摘  要： 針對(duì)現(xiàn)在城市軌道交通的建設(shè)問(wèn)題，介紹了一種基于系統(tǒng)骨干網(wǎng)，通過(guò)專業(yè)接口裝置可以在SCADA系統(tǒng)軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信息集成和信息共享的一種地鐵網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分層式計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，即城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）。它為城市軌道交通科學(xué)和高效的運(yùn)營(yíng)組織和管理提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。通過(guò)詳細(xì)分析ISCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案和組成部分，為今后軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了借鑒。
關(guān)鍵詞： 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案；組成部分

　城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)ISCS（Integrated Supervision and Control System）是對(duì)城市軌道交通線路中所有電力和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的分層分布式計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，一般由位于控制中心的中央級(jí)ISCS、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）、各車(chē)站級(jí)ISCS、車(chē)輛段級(jí)ISCS、停車(chē)場(chǎng)級(jí)ISCS、設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)（DMS）和培訓(xùn)管理系統(tǒng)（TMS）組成[1]。它包含了內(nèi)部的集成子系統(tǒng)，并與其他專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行集成和互聯(lián)，達(dá)到多專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備共享、數(shù)據(jù)信息互通的目的，減少綜合投入，提高了運(yùn)營(yíng)管理效率以及應(yīng)變能力。
1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展
　在綜合監(jiān)控系統(tǒng)形成以前，地鐵的機(jī)電設(shè)備管理經(jīng)歷了混合半自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，即電話調(diào)度系統(tǒng)+分立電氣元件控制設(shè)備+手工操作；現(xiàn)在還有部分城市采用的分立自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)ATS、SCADA、FAS、AFC等各專業(yè)分別建網(wǎng)的計(jì)算機(jī)多島監(jiān)控；同時(shí)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步，統(tǒng)一的分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)ISCS軟件體系應(yīng)運(yùn)而生[2]。
2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案
　ISCS主干網(wǎng)絡(luò)承載著ISCS的信息交換和傳送任務(wù)，因此，網(wǎng)絡(luò)的可靠性至關(guān)重要。為此，系統(tǒng)采用冗余措施，從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
　ISCS網(wǎng)絡(luò)由3層組成，即主干層、局域?qū)雍凸I(yè)控制層。主干層主要用于控制中心局域網(wǎng)與各車(chē)站、車(chē)輛段局域網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)；局域?qū)蛹纯刂浦行?、各?chē)站、車(chē)輛段的局域網(wǎng)，控制中心為冗余的交換式100/1 000 Mb/s以太網(wǎng)，車(chē)站、車(chē)輛段為冗余交換式10/100 Mb/s以太網(wǎng)；工業(yè)控制層即各子系統(tǒng)執(zhí)行層面上的網(wǎng)絡(luò)，包括PSCADA、BAS、PSD和ACS等子系統(tǒng)，一般采用工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場(chǎng)總線，分散控制結(jié)構(gòu)。這3部分緊密聯(lián)系，從而完成對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的控制。
3 ISCS系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)分析
3.1 中央級(jí)ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　中央級(jí)ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用熱備、冗余、開(kāi)放、可靠、易擴(kuò)展的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)全線主干網(wǎng)將各車(chē)站級(jí)的ISCS信息匯集到控制中心，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控。其系統(tǒng)設(shè)備和主要功能如下。
　中心設(shè)置冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器完成中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理工作，能實(shí)現(xiàn)服務(wù)器自動(dòng)切換，每套服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)口與中心機(jī)房以太網(wǎng)交換機(jī)連接。中心設(shè)置冗余歷史服務(wù)器完成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、記錄和管理等工作，能實(shí)現(xiàn)服務(wù)器自動(dòng)切換，每套服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)口與中心機(jī)房以太網(wǎng)交換機(jī)連接。中心ISCS設(shè)置冗余的前端處理器（FEP），通過(guò)冗余配置的FEP，接收和發(fā)送中心各相關(guān)子系統(tǒng)的信息。每套FEP配置兩個(gè)互為備份的以太網(wǎng)接口分別與中心以太網(wǎng)冗余交換機(jī)連接。在調(diào)度大廳設(shè)置總調(diào)度員工作站、行車(chē)調(diào)度員工作站、環(huán)境（防災(zāi)）調(diào)度員工作站、供電調(diào)度員工作站和維修調(diào)度員工作站，其中任何一套工作站均能實(shí)現(xiàn)中心的全部功能，并可根據(jù)不同的用戶權(quán)限激活相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）。大屏幕控制系統(tǒng)和配置控制管理工作站負(fù)責(zé)顯示屏的統(tǒng)一管理、分配和顯示，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要配置可固定或靈活顯示信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)和閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，以提供信息及畫(huà)面。通過(guò)中心機(jī)房核心交換機(jī)負(fù)責(zé)與下屬車(chē)站及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
　中央級(jí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 車(chē)站級(jí)ISCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　當(dāng)中心ISCS或主干網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，車(chē)站ISCS仍應(yīng)繼續(xù)工作。車(chē)站ISCS通過(guò)車(chē)站級(jí)局域網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息匯集到車(chē)站級(jí)ISCS，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)站級(jí)的綜合監(jiān)控。車(chē)站ISCS配置冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器，完成車(chē)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理工作。冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器能自動(dòng)進(jìn)行切換，通過(guò)冗余的以太網(wǎng)接口與車(chē)站以太網(wǎng)交換機(jī)連接。車(chē)站設(shè)置冗余的FEP，接收和發(fā)送車(chē)站集成和互連系統(tǒng)的信息，每套FEP配兩個(gè)互為備份的以太網(wǎng)接口分別與車(chē)站以太網(wǎng)冗余交換機(jī)連接。在車(chē)站車(chē)控室設(shè)置車(chē)站值班站長(zhǎng)操作工作站和車(chē)站值班員操作工作站，其中任何一套工作站均能實(shí)現(xiàn)中心的全部功能，并可根據(jù)不同的用戶權(quán)限激活相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）。在車(chē)站控制室設(shè)置IBP盤(pán)，在緊急情況時(shí)，可通過(guò)IBP盤(pán)實(shí)現(xiàn)車(chē)站的關(guān)鍵控制功能。綜合監(jiān)控設(shè)備室車(chē)站級(jí)交換機(jī)負(fù)責(zé)與中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。車(chē)站級(jí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.3 骨干環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置
　ISCS通信采用傳輸速率為10 Gb/s的MSTP（內(nèi)嵌RPR）來(lái)組建城市軌道交通專用傳輸網(wǎng)絡(luò)。在工程控制中心、各車(chē)站、車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)分別設(shè)置傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，工程傳輸系統(tǒng)共需設(shè)MSTP（內(nèi)嵌RPR）26套節(jié)點(diǎn)設(shè)備。
　為保證系統(tǒng)安全可靠，工程采用以控制中心為匯聚點(diǎn)，在控制中心、23個(gè)車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)分別新設(shè)一套10 Gb/s MSTP（內(nèi)嵌RPR）設(shè)備，組建兩個(gè)具有自愈功能的物理保護(hù)環(huán)。環(huán)一由控制中心、停車(chē)場(chǎng)、車(chē)站共14個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，環(huán)二由控制中心、車(chē)輛段、車(chē)站共13個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，環(huán)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)采用站站相連的方式連接。控制中心預(yù)留與軌道交通指揮中心連接的接口，在換乘站預(yù)留與換乘線路的連接接口。骨干環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
4 ISCS配套系統(tǒng)
4.1 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）
　NMS系統(tǒng)構(gòu)成是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)配置、監(jiān)視和控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)有效實(shí)現(xiàn)的一套綜合體系，NMS系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與設(shè)備提供一系列的維護(hù)、監(jiān)測(cè)與快速故障處理手段，允許網(wǎng)絡(luò)管理員通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單界面高效管理網(wǎng)絡(luò)[3]。
　NMS系統(tǒng)主要包括服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和打印機(jī)等，如圖4所示。其主要功能是通過(guò)控制中心設(shè)備機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，從控制中心ISCS獲取數(shù)據(jù)；完成ISCS的網(wǎng)絡(luò)管理功能，系統(tǒng)軟件測(cè)試、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理工作、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)維護(hù)等工作，并完成ISCS的定期數(shù)據(jù)備份工作；NMS系統(tǒng)配置服務(wù)器完成數(shù)據(jù)處理工作，服務(wù)器應(yīng)通過(guò)冗余的100 Mb/s以太網(wǎng)接口與控制中心機(jī)房以太網(wǎng)交換機(jī)連接。

　NMS系統(tǒng)應(yīng)提供下列操作站：網(wǎng)絡(luò)管理操作工作站1，用于系統(tǒng)軟件測(cè)試、系統(tǒng)管理和系統(tǒng)組態(tài)等；網(wǎng)絡(luò)管理操作工作站2，用于系統(tǒng)軟件測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)備份及系統(tǒng)備份等；網(wǎng)絡(luò)管理操作工作站3，用于系統(tǒng)軟件測(cè)試、通信管理及數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等。任何一部操作工作站均應(yīng)實(shí)現(xiàn)NMS系統(tǒng)的全部功能，并可根據(jù)不同的用戶權(quán)限激活相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）。操作工作站的HMI應(yīng)是友好、易于操作的。
4.2 設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)（DMS）
　DMS系統(tǒng)對(duì)ISCS所管轄的相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備（含現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)備等）進(jìn)行維修調(diào)度，使運(yùn)營(yíng)管理實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本投資。
　DMS系統(tǒng)主要由操作站、前置處理機(jī)、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成，如圖5所示。其主要功能如下：車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)維護(hù)用房設(shè)置冗余三層光纖工業(yè)交換機(jī)，冗余三層光纖工業(yè)交換機(jī)通過(guò)冗余的光纖以太網(wǎng)接口與車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)ISCS的冗余三層光纖工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)分別相連，該以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接口與維護(hù)服務(wù)器、維護(hù)工作站等相連。

　DMS系統(tǒng)應(yīng)配置冗余服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)處理工作，并配置外部磁盤(pán)陣列；設(shè)置設(shè)備維護(hù)主任操作工作站，設(shè)備維護(hù)操作工作站[4]。上述任何一套操作站均可實(shí)現(xiàn)操作終端的全部功能，并可根據(jù)不同的用戶權(quán)限激活相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）。
4.3 培訓(xùn)管理系統(tǒng)構(gòu)成（TMS）
　DMS系統(tǒng)主要包括交換機(jī)、打印機(jī)、培訓(xùn)服務(wù)器、仿真模擬器、培訓(xùn)工作站、培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和模擬信號(hào)盤(pán)，如圖6所示。其主要功能如下：車(chē)輛段培訓(xùn)用房設(shè)置三層工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)，通過(guò)100 Mb/s光纖以太網(wǎng)接口與車(chē)輛段ISCS三層工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)相連，培訓(xùn)用房三層工業(yè)級(jí)光纖以太網(wǎng)交換機(jī)與培訓(xùn)服務(wù)器、培訓(xùn)工作站等相連。TMS應(yīng)配置服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)處理工作。服務(wù)器通過(guò)100 Mb/s以太網(wǎng)接口與培訓(xùn)以太網(wǎng)交換機(jī)連接，TMS系統(tǒng)服務(wù)器接收仿真模擬器數(shù)據(jù)。TMS系統(tǒng)設(shè)置教師操作工作站和學(xué)員操作工作站。上述任何一套操作站均可實(shí)現(xiàn)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(jù)不同的用戶權(quán)限激活相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）。

　綜合監(jiān)控系統(tǒng)為地鐵線路構(gòu)建信息共享平臺(tái)，支持各專業(yè)系統(tǒng)提升自動(dòng)化水平，提高地鐵的運(yùn)營(yíng)效率，在信息共享平臺(tái)支持下，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)管理科學(xué)化和智能化。采用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提高了自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、響應(yīng)性和安全性。它使得硬件配置和接口種類減少、各子系統(tǒng)間的接口減少，實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比，減少了投資。綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的組態(tài)功能，可以靈活構(gòu)架，可快速地滿足地鐵運(yùn)營(yíng)變化的需求，具有彈性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、適應(yīng)地鐵分期施工、分期拓展的特點(diǎn)，保護(hù)了業(yè)主的投資利益，因此非常易于將來(lái)接入城市軌道交通體系指揮系統(tǒng)。
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