摘  要： 結(jié)合北京地鐵15號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)，通過(guò)對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)前端處理器（FEP）、服務(wù)器因故障退出工作后數(shù)據(jù)流向的分析，闡述了硬件冗余和“1＋N”機(jī)制在保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)流動(dòng)安全和數(shù)據(jù)流動(dòng)不間斷方面發(fā)揮的重要作用。
關(guān)鍵詞： 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)流；冗余

    地鐵是城市軌道交通的重要命脈，其穩(wěn)定可靠的運(yùn)行顯得尤為重要，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)地鐵系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行的重要保障，為此，安全的數(shù)據(jù)流及可靠的冗余機(jī)制是衡量綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的重要指標(biāo)。本文著重對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流和冗余機(jī)制進(jìn)行分析。
1 軌道交通15號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
    北京地鐵15號(hào)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用KEYVIA ISCS 軟件平臺(tái)，該平臺(tái)基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)體系、分層分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通用商用數(shù)據(jù)庫(kù)與專業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，統(tǒng)一的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)管理并協(xié)調(diào)每一個(gè)系統(tǒng)支持和功能模塊的公用數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。系統(tǒng)軟件平臺(tái)由一系列的基于服務(wù)器和基于操作站的軟件模塊組成，它提供一種基于中間件先進(jìn)的客戶/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)，支持基于WEB瀏覽的系統(tǒng)應(yīng)用外延訪問(wèn)。
    KEYVIA ISCS 軟件平臺(tái)的核心就是基于實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用的分布式運(yùn)行環(huán)境，支持分層分布式的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。整個(gè)軟件系統(tǒng)共分為4個(gè)技術(shù)層，分別是：
    (1)商用的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)；
    (2)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)，包括中間件平臺(tái)、分布式實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)用支持等；
    (3)應(yīng)用產(chǎn)品群，包括綜合監(jiān)控、通用監(jiān)控、供電監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、PSD、ACS、CCTV、PA等監(jiān)控，同時(shí)支持工程測(cè)試、培訓(xùn)和仿真產(chǎn)品；
    (4)拓展和深化的應(yīng)用，主要為經(jīng)濟(jì)調(diào)度、規(guī)劃支持、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、模式優(yōu)化、輔助決策、專業(yè)分析等。
2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流及冗余機(jī)制
    在每個(gè)車站ISCS系統(tǒng)中建立本車站的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)接口層采集數(shù)據(jù)，經(jīng)車站服務(wù)器處理后更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)KEYVIA ISCS總線發(fā)布到中央控制系統(tǒng)，在中央ISCS系統(tǒng)中建立面向全線的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，將從各個(gè)車站獲得的數(shù)據(jù)同步到中央數(shù)據(jù)庫(kù)。
    當(dāng)車站ISCS系統(tǒng)僅需本車站的數(shù)據(jù)時(shí)，只需從本地車站數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)。而中央ISCS系統(tǒng)則可以獲得全線數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行全線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)保證了各個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立性，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)故障時(shí)不會(huì)引發(fā)其他系統(tǒng)發(fā)生故障。
    當(dāng)車站ISCS系統(tǒng)需要相鄰車站的數(shù)據(jù)時(shí)，存在兩條路徑。第一路徑是從相鄰車站的車站監(jiān)控系統(tǒng)定制數(shù)據(jù)，獲取相鄰車站數(shù)據(jù)；第二路徑是從中央監(jiān)控系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)。KEYVIA ISCS可設(shè)置獲取路徑優(yōu)先級(jí)，一個(gè)路徑故障后可以從另一個(gè)路徑獲取。北京地鐵15號(hào)線采用第二路徑優(yōu)先原則進(jìn)行。
    KEYVIA ISCS采用“1＋N”機(jī)制將中央ISCS系統(tǒng)的各個(gè)主機(jī)（包括服務(wù)器和工作站）構(gòu)成一個(gè)中央邏輯切換管理區(qū)域，只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)正常，則整個(gè)中央ISCS的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能均正常；因此KEYVIA ISCS系統(tǒng)將不再完全依賴服務(wù)器的運(yùn)行，即使兩個(gè)服務(wù)器均發(fā)生故障，系統(tǒng)仍然可以保證實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的正確，大大提高了整個(gè)ISCS系統(tǒng)的可靠性[1]。
2.1 采集數(shù)據(jù)流
    正常情況下車站前置機(jī)(FEP)從各子系統(tǒng)處采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，然后發(fā)送到需要處理該接口的服務(wù)器，例如中央實(shí)時(shí)服務(wù)器和車站實(shí)時(shí)服務(wù)器等。電力自動(dòng)化(PSCADA)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可由中心前置機(jī)FEP來(lái)采集。
    為方便描述，下面以中心接口子系統(tǒng)和備用中心接口子系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。正常情況下，數(shù)據(jù)流采集如圖1所示。

    當(dāng)中心所有的FEP發(fā)生故障時(shí)，備用中心的FEP接管數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)正常運(yùn)行，如圖2所示。當(dāng)中心所有的實(shí)時(shí)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，備用中心的實(shí)時(shí)服務(wù)器切換為主服務(wù)器，系統(tǒng)正常運(yùn)行，如圖3所示。

2.2 報(bào)警信息流向
    正常情況下，主實(shí)時(shí)服務(wù)器產(chǎn)生報(bào)警信息，并將報(bào)警通知到所有需要該報(bào)警的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)上的報(bào)警顯示交互處理模塊顯示處理報(bào)警，并接受報(bào)警確認(rèn)[2]。如圖4所示。

2.3 HMI與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)流向

     所有的HMI工作站在設(shè)計(jì)上都是統(tǒng)一的。每臺(tái)HMI工作站可以向一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)用于顯示。每臺(tái)HMI工作站獲取數(shù)據(jù)的路徑的原則：本地?cái)?shù)據(jù)從本地服務(wù)器獲取，鄰站數(shù)據(jù)可以從主中心、備中心或鄰站獲取，選擇路徑的原則按照優(yōu)先級(jí)排列[3]。
    圖5所示為HMI從中心獲取鄰站數(shù)據(jù)的示意圖。圖6為HMI從鄰站獲取鄰站數(shù)據(jù)的示意圖。
2.4 控制信息流向
    如圖7所示，當(dāng)中央操作員發(fā)出控制命令時(shí)，控制信息流向：

    (1)中央操作員從HMI發(fā)送控制命令；
    (2)中央實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)接收到控制命令后進(jìn)行控制條件校核，校核成功則將命令發(fā)送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)；
    (3)數(shù)據(jù)采集服務(wù)接收到控制命令后將命令發(fā)送到被控制的子系統(tǒng)。
    當(dāng)車站操作員發(fā)出控制命令時(shí)，控制信息流向：
    (1)車站操作員從HMI向設(shè)備發(fā)送控制命令；
    (2)車站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)接收到控制命令后進(jìn)行控制條件校核，校核成功則將命令發(fā)送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)；
    (3)數(shù)據(jù)采集服務(wù)接收到控制命令后將命令發(fā)送到被控制的子系統(tǒng)。
    北京地鐵15號(hào)線中、東段工程綜合監(jiān)控系統(tǒng)2011年底已順利開(kāi)通運(yùn)行，目前系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，完善的數(shù)據(jù)流方案及可靠的冗余機(jī)制在系統(tǒng)出現(xiàn)各種單點(diǎn)故障、多點(diǎn)故障時(shí)發(fā)揮了重要的作用，清晰完善的數(shù)據(jù)流方案為運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員排查問(wèn)題提供了明確的思路，可靠的系統(tǒng)冗余機(jī)制為運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員檢修設(shè)備提供了有效的手段，保證了綜合監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為地鐵運(yùn)營(yíng)安全提供了保障。
參考文獻(xiàn)
[1] 魏曉棟.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[2] 陳瑞陽(yáng).工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.
[3] 劉曉娟，林海香，司徒國(guó)強(qiáng).城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.