摘 要： 針對現在城市軌道交通的建設問題，介紹了一種基于系統骨干網，通過專業接口裝置可以在SCADA系統軟件平臺上實現多專業、多系統的數據采集、信息集成和信息共享的一種地鐵網絡監控分層式計算機集成系統，即城市軌道交通綜合監控系統（ISCS）。它為城市軌道交通科學和高效的運營組織和管理提供了先進的技術手段。通過詳細分析ISCS的系統網絡方案和組成部分，為今后軌道交通綜合監控系統的建設提供了借鑒。
關鍵詞： 城市軌道交通網絡監控系統；系統網絡方案；組成部分
城市軌道交通綜合監控系統ISCS（Integrated Supervision and Control System）是對城市軌道交通線路中所有電力和機電設備進行監控的分層分布式計算機集成系統，一般由位于控制中心的中央級ISCS、網絡管理系統（NMS）、各車站級ISCS、車輛段級ISCS、停車場級ISCS、設備維護管理系統（DMS）和培訓管理系統（TMS）組成[1]。它包含了內部的集成子系統，并與其他專業自動化系統進行集成和互聯，達到多專業系統設備共享、數據信息互通的目的，減少綜合投入，提高了運營管理效率以及應變能力。
1 綜合監控系統的發展
在綜合監控系統形成以前，地鐵的機電設備管理經歷了混合半自動化監控系統，即電話調度系統+分立電氣元件控制設備+手工操作；現在還有部分城市采用的分立自動化監控系統ATS、SCADA、FAS、AFC等各專業分別建網的計算機多島監控；同時伴隨著計算機技術發展和網絡技術進步，統一的分層分布式計算機網絡，統一的綜合自動化監控系統ISCS軟件體系應運而生[2]。
2 系統網絡方案
ISCS主干網絡承載著ISCS的信息交換和傳送任務，因此，網絡的可靠性至關重要。為此，系統采用冗余措施，從而保證系統的安全運行。
ISCS網絡由3層組成，即主干層、局域層和工業控制層。主干層主要用于控制中心局域網與各車站、車輛段局域網的聯絡；局域層即控制中心、各車站、車輛段的局域網，控制中心為冗余的交換式100/1 000 Mb/s以太網，車站、車輛段為冗余交換式10/100 Mb/s以太網；工業控制層即各子系統執行層面上的網絡，包括PSCADA、BAS、PSD和ACS等子系統，一般采用工業控制網絡或現場總線，分散控制結構。這3部分緊密聯系，從而完成對整個控制網絡的控制。
3 ISCS系統主要結構分析
3.1 中央級ISCS系統結構
中央級ISCS系統結構采用熱備、冗余、開放、可靠、易擴展的計算機系統，通過全線主干網將各車站級的ISCS信息匯集到控制中心，實現多系統的綜合監控。其系統設備和主要功能如下。
中心設置冗余實時服務器完成中心實時數據的采集和處理工作，能實現服務器自動切換，每套服務器通過以太網口與中心機房以太網交換機連接。中心設置冗余歷史服務器完成歷史數據的存儲、記錄和管理等工作，能實現服務器自動切換，每套服務器通過以太網口與中心機房以太網交換機連接。中心ISCS設置冗余的前端處理器（FEP），通過冗余配置的FEP，接收和發送中心各相關子系統的信息。每套FEP配置兩個互為備份的以太網接口分別與中心以太網冗余交換機連接。在調度大廳設置總調度員工作站、行車調度員工作站、環境（防災）調度員工作站、供電調度員工作站和維修調度員工作站，其中任何一套工作站均能實現中心的全部功能，并可根據不同的用戶權限激活相應的人機界面（HMI）。大屏幕控制系統和配置控制管理工作站負責顯示屏的統一管理、分配和顯示，可根據運營需要配置可固定或靈活顯示信號系統、綜合監控系統和閉路電視監視系統，以提供信息及畫面。通過中心機房核心交換機負責與下屬車站及系統的網絡通信，進行數據交換。
中央級系統網絡結構如圖1所示。
3.2 車站級ISCS系統結構
當中心ISCS或主干網發生故障時，車站ISCS仍應繼續工作。車站ISCS通過車站級局域網絡將現場級的信息匯集到車站級ISCS，從而實現車站級的綜合監控。車站ISCS配置冗余的實時服務器，完成車站實時數據采集和處理工作。冗余實時服務器能自動進行切換，通過冗余的以太網接口與車站以太網交換機連接。車站設置冗余的FEP，接收和發送車站集成和互連系統的信息，每套FEP配兩個互為備份的以太網接口分別與車站以太網冗余交換機連接。在車站車控室設置車站值班站長操作工作站和車站值班員操作工作站，其中任何一套工作站均能實現中心的全部功能，并可根據不同的用戶權限激活相應的人機界面（HMI）。在車站控制室設置IBP盤，在緊急情況時，可通過IBP盤實現車站的關鍵控制功能。綜合監控設備室車站級交換機負責與中心綜合監控系統的網絡通信，進行數據交換。車站級系統網絡結構如圖2所示。
3.3 骨干環網網絡結構配置
ISCS通信采用傳輸速率為10 Gb/s的MSTP（內嵌RPR）來組建城市軌道交通專用傳輸網絡。在工程控制中心、各車站、車輛段和停車場分別設置傳輸網絡節點設備，工程傳輸系統共需設MSTP（內嵌RPR）26套節點設備。
為保證系統安全可靠，工程采用以控制中心為匯聚點，在控制中心、23個車站、車輛段、停車場分別新設一套10 Gb/s MSTP（內嵌RPR）設備，組建兩個具有自愈功能的物理保護環。環一由控制中心、停車場、車站共14個節點組成，環二由控制中心、車輛段、車站共13個節點組成，環內各節點采用站站相連的方式連接。控制中心預留與軌道交通指揮中心連接的接口，在換乘站預留與換乘線路的連接接口。骨干環網結構如圖3所示。
4 ISCS配套系統
4.1 網絡管理系統（NMS）
NMS系統構成是通過網絡配置、監視和控制計算機網絡來保證網絡服務有效實現的一套綜合體系，NMS系統為網絡系統與設備提供一系列的維護、監測與快速故障處理手段，允許網絡管理員通過一個簡單界面高效管理網絡[3]。
NMS系統主要包括服務器、工作站、網絡設備和打印機等，如圖4所示。其主要功能是通過控制中心設備機房的網絡交換機，從控制中心ISCS獲取數據；完成ISCS的網絡管理功能，系統軟件測試、系統網絡管理工作、系統數據庫維護、系統組態維護等工作，并完成ISCS的定期數據備份工作；NMS系統配置服務器完成數據處理工作，服務器應通過冗余的100 Mb/s以太網接口與控制中心機房以太網交換機連接。
NMS系統應提供下列操作站：網絡管理操作工作站1，用于系統軟件測試、系統管理和系統組態等；網絡管理操作工作站2，用于系統軟件測試、網絡管理、數據備份及系統備份等；網絡管理操作工作站3，用于系統軟件測試、通信管理及數據庫維護等。任何一部操作工作站均應實現NMS系統的全部功能，并可根據不同的用戶權限激活相應的人機界面（HMI）。操作工作站的HMI應是友好、易于操作的。
4.2 設備維護管理系統（DMS）
DMS系統對ISCS所管轄的相關系統設備（含現場基礎設備等）進行維修調度，使運營管理實現全面自動化，節省運營成本投資。
DMS系統主要由操作站、前置處理機、打印機、網絡設備等組成，如圖5所示。其主要功能如下：車輛段/停車場維護用房設置冗余三層光纖工業交換機，冗余三層光纖工業交換機通過冗余的光纖以太網接口與車輛段/停車場ISCS的冗余三層光纖工業以太網交換機分別相連，該以太網交換機通過以太網接口與維護服務器、維護工作站等相連。
DMS系統應配置冗余服務器，完成數據處理工作，并配置外部磁盤陣列；設置設備維護主任操作工作站，設備維護操作工作站[4]。上述任何一套操作站均可實現操作終端的全部功能，并可根據不同的用戶權限激活相應的人機界面（HMI）。
4.3 培訓管理系統構成（TMS）
DMS系統主要包括交換機、打印機、培訓服務器、仿真模擬器、培訓工作站、培訓現場設備和模擬信號盤，如圖6所示。其主要功能如下：車輛段培訓用房設置三層工業級光纖以太網交換機，通過100 Mb/s光纖以太網接口與車輛段ISCS三層工業級光纖以太網交換機相連，培訓用房三層工業級光纖以太網交換機與培訓服務器、培訓工作站等相連。TMS應配置服務器，完成數據處理工作。服務器通過100 Mb/s以太網接口與培訓以太網交換機連接，TMS系統服務器接收仿真模擬器數據。TMS系統設置教師操作工作站和學員操作工作站。上述任何一套操作站均可實現操作終端的全部功能，任何一套操作站都能模擬所有操作站功能，并可根據不同的用戶權限激活相應的人機界面（HMI）。
綜合監控系統為地鐵線路構建信息共享平臺，支持各專業系統提升自動化水平，提高地鐵的運營效率，在信息共享平臺支持下，實現了運營管理科學化和智能化。采用現代數字技術構建的綜合自動化監控系統提高了自動化系統的可靠性、響應性和安全性。它使得硬件配置和接口種類減少、各子系統間的接口減少，實現了高性價比，減少了投資。綜合自動化監控系統為分層分布式結構，具有強大的組態功能，可以靈活構架，可快速地滿足地鐵運營變化的需求，具有彈性高、可擴展性強、適應地鐵分期施工、分期拓展的特點，保護了業主的投資利益，因此非常易于將來接入城市軌道交通體系指揮系統。
參考文獻
[1] GB50490—2009，城市軌道交通設計規范[S].
[2] 彭輝.城市軌道交通智能綜合監控系統設計[J].鐵道工程學報，2006（1）：15-18.
[3] 徐杰，賈利民.城市軌道交通綜合監控平臺系統集成的研究[J].鐵道學報，2007（3）：35.
[4] 魏曉東.地鐵綜合監控系統建設關鍵問題分析[J].鐵道城市軌道交通，2009（6）：17.