[分享]轨道交通综合监控系统设计原则
一、综合监控系统概念
轨道交通综合监控系统是以现代计算机技术、网络技术、自动化技术和信息技术为基础的大型计算机集成系统。系统集成了多个轨道交通自动化专业子系统，并在集成平台支持下对地铁、轨道各专业进行统一监控，实现各专业系统的信息共享及系统之间的联动控制功能，提高运营效率，为实现城市轨道交通现代化运营管理提供信息化基础。
轨道交通自动化系统传统上由许多分立的系统组成，包括电力监控系统、环境与设备监控系统、门禁系统、火灾自动报警系统、信号系统、自动售检票系统、屏蔽门系统、闭路电视监控系统、广播系统、无线系统、时钟系统、乘客信息系统。这些分立的系统在控制中心（OCC）都有本专业的服务器、操作站及外用设备，都有自己的不同结构的通信网络，采用的是各不相同的监控软件；在车站也有本专业的监控网络及监控站，各自监控着不同种类的设备。
目前分立系统在实际运营中存在的主要问题为：如各子系统的人机界面（图形风格、设备监控操作方式、报警管理、实时历史数据管理等）由于子系统的分别建设而不同，采用的用途的设备UPS，服务器等品牌各不相同，因此存在资源浪费，不利于系统维护、二次开发及员工培训；无法在通用的、可互换的操作员工作站上对轨道交通所有运营数据做全面的综合监控，信息无法全面共享；各子系统较难实现直接、快速的数据交换，不利于地铁运营对所有地铁运营系统全面监控的实际需要，无法实现更为复杂、实用的联动功能等等缺点。
综合监控系统是将上述分散建立各资源采用集成，互联等方式综合成一个资源共享，调度灵活的大系统，它可以面向不同的调度人员（行车调度、电力调度、环境调度、维修调度等）、管理人员（车站运营管理人员、停车场运营管理人员、维护人员）的使用需求，可以在一个平台为不同的运营管理人员提供不同的信息。并通过采用合理的系统构建方式，为轨道交通运营管理提供一个既相互独立、又统一协调的调度指挥平台。
通过综合监控系统对轨道交通车站、区间的空调、通风、电力、火灾报警、闭路电视、广播及电话、给排水、照明、车站动力、自动扶梯等设备的运行状态进行自动化管理，使设备按预设状态自动运行，节省能源，方便管理，可使设备发挥最佳效益，而达到为乘客提供更加安全、舒适、可靠的乘车环境。
综合监控系统是传统集中控制系统的继承和发展，是一种更加积极的监视和控制系统。它可以提供更有效、直接的人机界面，能使环调、电调、行调、总调、车站行车值班等主要管理人员全面监控轨道交通运行状况，有效提高工作效率，减少调度人员对多个人机界面不适应而造成的误操作，保证管理人员以最快的速度得知运营中各系统的紧急事件的时间、地点，并通过各子系统的连动和信息交互，为维护抢修提供有力支持，提高了故障抢修效率，缩短因设备故障而影响运营的时间，便于管理者应付突发事件。
实施综合监控系统可以为轨道交通信息系统、资产管理系统乃至今后的辅助决策系统提供技术准备。通过各种统计数据、报表或图像，便于管理人员找出问题，共商对策，有效地提高轨道交通的技术水平和管理水平。
二、拟在三号线建设中采用的综合监控系统
1、系统集成范围
可集成的子系统主要有：
◆电力监控系统（PSCADA）
◆环境与设备监控系统（BAS）
◆门禁系统（ACS）
◆闭路电视系统（CCTV）
◆广播系统（PA）
2、可互联的子系统主要有：
◆火灾报警系统（FAS）
◆信号系统（SIG）
◆自动售检票系统（AFC）
◆屏蔽门或安全门系统（PSD、SD）
◆乘客资讯系统（PIS）
◆车载信息与安全防灾系统
◆无线通信系统
◆时钟系统（CLK）。
3、系统结构
综合监控系统设控制中心和车站两级管理，控制中心为主控级，车站为分控级。
控制结构为控制中心、车站、就地三级控制。
4、控制中心功能
■监控全线各车站的通风、空调、电力、火灾报警、闭路电视、广播及电话、给排水、照明、自动扶梯等设备的运行状态并提供事故报警。
■接受各车站典型测试点的温度、湿度CO2浓度等环境参数，监测全线用水量。
■与中央ATS（列车自动监控系统）接口，接收列车在隧道滞留的位置信息。
■与中央时钟接口，接收主时钟信息，统一系统全线时钟。
■系统有与防灾报警系统的接口，在发生灾害时，命令环控系统按灾害模式运行。
■纪录各车站主要设备的运行状态、运行时间。
■定期输出各类数据、报告。
5、车站控制室功能
■监控车站的通风、空调、电力、火灾报警、闭路电视、广播及电话、给排水、照明、自动扶梯等设备的运行状态并提供事故报警。
■协调全站设备的运行，必要时进行人工调整。实施记录本站各测试点的参数，监测集水池高、低水位及危险水位并报警。
■向控制中心传送设备信息，并执行其命令。
■接受防灾报警系统报警，并按灾害模式运行。
6、就地级功能
■向车站控制室传送所控设备的工作状态。
■执行车站控制室的控制命令。
■可就地调试与控制。
■具有独立运行能力。
三、设计原则浅析
综合监控系统监控范围大、涉及层面广，必须满足一些基本设计原则才可保证其实施成功，设计原则浅析如下：
（1）安全性原则
控制中心与车站的各种操作工作站上在功能上有冗余重叠的部分，但监控侧重点有所不同。
如果综合监控系统出现故障，综合监控系统在控制中心及车站均不能监控（如服务器、操作员工作站或主干网通讯故障等原因），综合监控系统在车站设置紧急后备盘提供硬线或独立完整的控制通道，操作员可直接向相关的子系统发出重要的控制命令，以保证轨道交通的正常、安全运营。
尽可能采用成熟可靠技术：由于地铁系统规模一般非常的大，采用成熟且可靠的技术可以减少整个系统的风险，提高总体安全性。鉴于实时性的监控要求，宜采用专用的、高效的实时数据库。实时数据库一般至少要达到管理三十万点的系统规模。
完善的权限管理：由于地铁运营人员众多，不同类型的监控人员所能监控的权限不同，要求综合监控系统能够安全管理所有运营人员的不同监控范围。综合监控系统将向全体运营人员、维护人员、管理人员提供完整的、实用的权限表。
联动功能：综合监控系统可根据不同系统之间的联动要求，设计并实现系统间联动，以提高地铁运营的安全性，可改进各专业之间的协调，提高应急处理能力，减轻紧急情况下运营人员的工作压力，避免发生不必要的操作错误，降低劳动强度。对重要的系统联动，必须经过运营人员的手动确认方可执行。
综合监控系统数据的相对完整性：为保证整个综合监控系统内部数据的安全性，将整个综合监控系统的内部数据做为一个整体进行设计，外部子系统的数据需要经过前端处理器（FEP）转化为综合监控系统内部的熟数据，将综合监控系统与外部子系统在物理网络连接及数据流上彻底隔离，防止外部危险对综合监控系统的冲击。
系统在极限负荷下的安全性：综合监控系统应具备雪崩处理能力，防止如下情况的发生：由于过多的、不可预知的事件序列发生而记录大量的无用事件，进而可能导致整个系统性能显著下降，严重影响运营的正常信息获取，干扰运营人员的正常监控。
系统的操作上的安全性：综合监控系统软件必须具有防火墙功能，防止各系统之间的网络安全。车站综合监控系统出现故障时，车站的紧急控制盘提供紧急情况下的操作，来保证系统在操作上的安全性。
（2）可靠性原则
冗余设计：综合监控系统硬件设备（服务器、操作员工作站、通信主干网、FEP）及相应软件（服务器、FEP的主备冗余软件、冗余网络）按照冗余原则进行设计。操作员站功能冗余。通过口令权限的限定，任何操作员站可以完成系统支持的全部操作员功能。
工业级设备：采用工业级标准的硬件设备，如工业级的FEP、操作员工作站、交换机等。
（3）实时性原则
考虑到综合监控系统的接口众多，为保证运营监控的实时性，综合监控系统自身的数据处理必须有较高的性能指标。
（4）信息丰富、实用性、满足运营需要的原则
综合监控系统围绕正常、灾害、故障、阻塞等模式进行功能设计。在正常运营模式下，不同专业需按照各自的操作运营规程完成各自的正常工作。在非正常运营模式下，综合监控系统可以设计相对应的工作模式，既可提供相关信息，也可提供程序化的、正确的操控手段，协调不同专业的工作。当出现异常情况，综合监控系统应能迅速地自动转变为应急模式，为防灾、救援和事故处理的指挥提供方便。综合监控系统的联动功能体现在不同模式下的相应功能需求。
从运营管理的角度出发，综合监控系统必须利于制定合理的运营管理模式，并需要在实际运营中不断总结提高运营管理水平。
综合监控系统面向的对象是控制中心的各类调度员和车站值班人员。综合监控系统可以根据不同运营人员的不同需求提供不同的信息。换言之，系统可以根据不同角色的登录用户，向其提供不同专业的显示内容，并具备相应的操作权限。允许不同级别类型的操作员在权限允许的范围内对综合监控系统信息的全面共享。
实用的历史数据管理、事件记录、操作记录等功能：根据实际运营人员综合监控的需要，可将信号、闭路电视、火灾自动报警及其他辅助信息的重要内容投影到控制中心的大屏幕显示系统上，为运营人员提供全面、丰富的实时信息。
可将运营需要的、重要的、实用的信息从各相关子系统传送到综合监控系统，避免过多的、无用的数据流入综合监控系统。系统可根据设定的优先级做不同的传输、处理及显示的处理。
实用的报警管理（包括报警滤波）功能：根据地铁运营的实际需要，对报警赋予不同的报警级别。对不同级别的报警，系统将使用不同的方法分别处理，以更有效地为运营服务。
通过乘客信息的信息传递，向乘客提供更为丰富的列车信息，提高地铁的服务质量。
通过联动功能，为乘客提供准确及时的信息和服务。如列车到站后，综合监控系统将联动广播进行实时列车信息广播。
（5）经济原则
合理控制综合监控系统的总体成本，对关键环节应以合理投入获得最大化的性能。如：服务器、网络设备可选取高性价比的设备，以得到良好的性能表现。
综合监控系统应易于维护，整个系统选用统一的、优化的硬件平台，维修及维护成本将显著降低。
（6）工程化原则
轨道交通专业众多，为避免各子系统与综合监控系统通信协议过于复杂，综合监控系统及子系统均采用标准的、开放的通讯协议，既易于工程化实施，又便于采用相同的标准检验。
综合监控系统是以相关专业完成自身自动化功能为基础，可进一步提高地铁整体水平的系统。在庞大、复杂的地铁工程实施过程中，综合监控系统必须与各子系统密切配合，既要完成对子系统的正常监控功能，又要在子系统调试成功的基础上完成综合监控系统的大联调。
对车站控制室的综合布置、操作台的合理设计、控制中心中心大厅的综合设计（包括大屏幕显示系统、各调度员工作站的位置布局设计等）均需从运营的工程角度出发，遵循人机工程学原理，充分满足运营的实际需要。既要做到空间的合理功能分工，又要体现运营信息的主次关系，让操作人员在有限的空间内获取最直接、最重要的信息。
（7）可扩展性原则
为便于轨道交通线路的扩展，为换乘站或线路间的互连提供基础条件，综合监控系统软件及硬件必须预留一定的可扩展空间，如数据库容量的扩展、服务器的硬件工作能力的扩展、网络流量的扩展能力、子系统接口的扩展能力、增加车站数量的扩展能力、增加服务器或工作站数量的扩展能力等等。
（8）设备选型标准化原则
根据轨道交通环境特点，考虑抗电磁干扰、防尘、防潮、防霉、防震等性能，确保系统可靠运行，软、硬件具有开放性和兼容性，产品成熟、可靠，并经有关部门鉴定。
（9）设计接口标准化原则
采用统一、标准的设计接口规范、接口界面、接口数量、接口协议。
（10）远程I/O集中设置原则
远程I/O设置在车站环控电控室、照明配电室、通风机房、各类水泵房、区间水泵房、区间风机房。
四、综合监控系统实施建议
机电工程招标国内外通常按各专业单独进行招标。各专业均独立招标、自成体系，有各自的监控网络系统。综合监控系统的设计核心是集中监控，即在中心对整个轨道交通的主要系统进行监控。而目前在各主要系统已有自己监控中心的情况下，要求综合监控系统对所有设备进行直接监控，与原有各自分系统监控功能重叠，从管理角度又难以保证两级操作命令不出现冲突。因此，如果想实现综合监控系统的功能，必须在设备招标之前必须完成对综合监控系统的范围和功能的定义，在各系统以后的招标中，统一规定好技术接口和范围，保证监控功能不重复设置。然而在多数的轨道交通建设中，由于资金、工期及经验等各方面客观因素的制约，管理者很难在初期完成监控系统功能的定义，且综合监控系统的软件编制较为复杂，存在一定的工期风险，实现起来所付出的经济代价较高。因此，笔者建议在实施之初，可以考虑将各系统按运营的实际功能需求划分，分为几个功能块来分别实施监控。例如在实际使用中，可如下实施系统监控：
为了控制中心的行车调度员调度指挥的方便，将ATS、电视监控信息、大屏幕控制系统综合在一起。
为了运营管理的需要，将SCADA、广播、时钟、乘客信息系统、车辆、AFC等信息综合在一起。
将防灾报警、自动扶梯、电梯、给排水（地铁还包括环控通风、屏蔽门）、安全门系统等机电设备系统信息综合在一起。
这样，既降低了系统软件设计的难度，也降低了对数据传输量的要求，提高了数据传输速度，使实现更为容易。
五、运营管理建议
综合监控系统虽然降低了运营管理中的维修量及操作难度，但对调度员和值班员的综合素质却提出了更高要求，要求熟悉多个系统的功能、具备一定管理能力的综合性人才。同时，对系统网络的维护人员也提出了较高要求。
随着我国轨道交通建设的兴起和逐步发展，以及信息科技的快速发展，综合监控系统一定会随之得到发展和应用并显现出其巨大的优越性。
(转自重庆轨道交通)
