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摘要：结合铁路智能运输系统体系框架的研究成果，提出城市轨道智能运输系统的基本构想，并探讨其中的城市轨道智能化综合监控系统。在对国内外城市轨道交通监控系统的现状分析的基础上，提出智能化、综合化将是未来城市轨道交通监控系统的发展方向。分析城市轨道智能化综合监控系统的内涵、结构及其涉及的关键技术。
关键词：城市轨道交通；智能交通系统；综合监控系统
目前综合监控系统已在世界范围内的城市轨道交通工程中获得广泛而成功的应用，北美、欧洲，以及新加坡、韩国、香港等有几十条数百公里的城市轨道交通线路应用了综合监控系统，提高了集成自动化管理和应对突发事件的能力。我国城市轨道交通工程应用综合监控系统刚刚起步，从设计、施工到运营管理都缺乏经验，还需要从功能需求、系统结构、接口关系、系统集成、设备招标、安装、调试、运营管理等各个环节对综合监控系统进行深入地分析和研究，寻找一套可行的，适合国内城市轨道交通工程特点的操作办法。
一、城市轨道交通监控系统的现状
目前，我国已经拥有地铁的城市如北京、上海、天津、广州、深圳、大连、武汉、南京、重庆、成都、香港和台北的城市轨道交通监控系统都取得了迅速发展，建立了AFC、ATC、SCADA、BAS、FAS以及高速通信网等系统。但由于现有的监控系统多按控制功能、对象、范围的不同划分为若干个子系统，各子系统之间独自建设、彼此孤立，由此带来以下问题。
（1）由于城市轨道交通具有投资巨大、建设周期较长的特点，规划路网中的各条线路分不同时期修建，因此，造成设备制式和通信制式不一致。这种多样性、不兼容性为后期城市轨道交通的扩容、管理和维护带来了极大的困难，资源设备难以共享，运营成本增大。
（2）现有的监控系统是一系列彼此孤立的、异域异构、缺乏统一编码规范的监控子系统，如行车调度监控系统、通信监控系统、电力监控系统、环境及防灾监控系统、站段设备监控系统、车辆状态及检测监控系统、紧急事件管理系统、维修管理系统等。这些系统共用的大量业务信息难以共享，而且还存在人机交互界面的多样性、不一致性问题，严重影响了信息的充分利用以及综合决策水平。
（3）各独立的监控子系统没有统一的通信制式和通信平台，使通信资源严重浪费，传输效率低，设备难以共享，实时控制水平低。
（4）城市轨道交通作为整个道路智能交通系统（简称：ITS系统）的重要组成部分，与公交、铁路、航空存在着大量的数据交换需求，但现有的监控系统都没有考虑到接口需求。
上述问题将成为制约我国城市轨道交通快速发展的瓶颈。因此，当务之急是要在大规模城市轨道建设之初，充分利用智能决策技术、信息处理技术、通信技术等新兴技术，研究具有高级决策支持能力的智能化综合监控系统，从总体上规范作为城市轨道运营管理核心的综合监控系统，以便实现各城市之间、各城市轨道系统内部以及城市轨道系统与ITS 系统及其他运输方式的互通互联、信息共享，并通过综合信息的深层次加工和利用提高决策支持水平，从而大大提高城市轨道领域的市场竞争能力和管理服务水平，为各级领导、运营管理人员、广大市民提供直观而丰富的决策和信息支持。
二、城市轨道交通综合监控系统的组成
应用城市轨道交通综合监控系统的总体要求［3］是：保障乘客安全，提供各子系统之间的业务关联和事件联动，提高对事件的反应能力和速度，增强轨道交通对各种灾害的抵御能力；保障行车，提供统一的基础数据平台，保证各子系统采用相同的基本运行参数；提高运营管理效率，提供统一的维护和运行平台，保障设备维护计划与运营计划的协调；节能降耗，优化设备运行模式，降低能耗及运营成本；作为营运线路的信息中心，为城市轨道交通网络化管理和上层管理部门提供统一的信息渠道和接口。根据国内外综合监控相关技术发展水平，结合我国城市轨道交通运营管理要求和习惯，以及国内系统集成单位的工程技术条件和工程建设管理水平，城市轨道交通综合监控系统的组成分为：中央综合监控系统及车站综合监控系统［1］。
中央综合监控系统由网络设备、实时服务器、历史服务器、数据存储设备、各种工作站、综合显示屏、打印机、不间断电源、通信处理机等组成，网络设备、实时服务器、历史服务器、通信处理机采用冗余配置；中央综合监控系统负责对全线的行车、环境、灾害、客流、供电、服务及车站主要设备的运行情况进行全面监控，并根据不同情况启动相应的预设工作模式和应急预案，协调全线各子系统的联动控制。车站综合监控系统由网络设备、服务器、工作站、不间断电源、通信处理机、综合后备盘及打印机等组成，网络设备、服务器、通信处理机采用冗余配置，车辆基地的服务器与工作站可作为综合监控系统的备用中心使用。车站级监控是综合监控系统的基本运行单位，其功能包括直接监控和运行联动两部分，直接监控功能在值班员工作站上实现；运行联动功能由相应的事件触发产生，其中部分要在值班员工作站上确认。
综合监控系统监控的现场设备采用现场总线接入综合监控系统车站网络设备或通信处理机，应通过骨干网例 “传输系统”将综合监控系统中央级监控网、车站级监控网连接构成整个系统的网络；中央级监控网、车站级监控网采用冗余的工业以太网或冗余的商用以太网；在综合监控系统中应建立网络管理系统、设备维护管理系统及培训系统等功能系统。
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三、综合监控系统的技术发展方向
作为以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，综合监控系统可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。综合监控系统有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为监控调度不可缺少的工具。综合监控系统在开发过程中的一条重要理念应是要为用户提供一套易于扩展和使用的系统：开始规模很小，但不论从短期和长远的角度，都可以方便地根据用户的需求加以在线扩充。这样的设计理念才能保证系统不会过早地失去使用价值。但是，随着技术的发展、管控一体化和“信息化和工业化深度融合”以及管理的日益精细化，现有以实时监控为主要应用目的综合监控系统也无法完全满足地铁安全、高效运营管理的需要，特别是系统软件架构在调度、生产计划和工作流处理方面存在的先天不足已严重制约了系统从过程控制层向生产执行层和经营管理层的扩展，影响了从综合监控系统向智能化综合信息管理系统的发展。为解决上述问题，综合监控系统需要在现有实时监控的基础上，结合迅速发展的信息技术，通过引入面向服务架构（Service-Oriented Architecture，简称SOA）、多核并行处理、平行扩展的服务器集群、移动应用、安全系统等成熟的IT技术，构建新一代的综合信息智能管理系统，满足国内外用户不断增长的信息化集成要求，提供良好的用户体验。
3.1 与信息系统一体化
绝大部分现有综合监控系统与上层生产调度和计划、质量管理、设备管理、安全管理、办公自动化等管理信息系统是分离的，或者仅有简单的从下向上的单向简单数据传输，无法与上层信息系统融合成为一个有机的统一体。按照发展新型工业和企业信息化的要求，自动化应该是集管理和控制于一体的，它包含低层的控制与高层次的管理自动化。企业信息化对系统的自动化程度提出了更高的要求，它包含了从经营管理层、生产执行层、过程控制层直到现场设备层的全过程，涵盖了从传感器开始到整个系统优化运行的全部低层控制及高层管理。为保证整个控制过程中的所有有用的信息不沉淀和流失，便于实现实时协调，加强对上层决策的辅助支持，应建立全局化的概念，统一信息平台，克服“自动化孤岛”、“信息孤岛”现象，实现管控一体化的无缝集成。整个系统应采用分层分布式系统结构，软件体系应采用模块化结构，构建为开放的可扩展的系统，以利于系统灵活配置、功能扩展和性能提升，支持企业可持续的业务流程重组，适应企业的改造与升级。综合信息管理系统中包含了实时控制信息和业务管理信息，系统应保证两类信息严格分开处理，防止互相干扰或影响。可在统一数据管理系统和数据服务软总线基础上，构建专业化的应用数据库、以实时监控为主的实时数据软总线和以运营管理为主的管理数据软总线。专业化应用数据库包括设备数据库、实时数据库、历史数据库、报警数据库地理信息数据库、决策支持数据库、多媒体流数据库等，这些数据库逻辑上形成统一的完整数据库，为整个系统提供基础的数据服务功能，物理上可独立管理和维护，互相之间通过数据软总线进行信息交换和协同处理。系统中以实时监控为主的应用将主要通过实时数据软总线进行通信，可确保这些应用的实时性和高可用性；以经营管理和运营优化为主的应用将主要通过管理数据软总线进行通信，获取管理所需的基础设备数据和现场运营数据，可确保这些应用所需的大数据量通信和数据挖掘优化运算。
3.2 安全系统
安全是指不因人、机、媒介的相互作用而导致系统损失、人员伤害、任务受影响或造成时间的损失。目前国内的综合监控系统大都没有按照安全相关系统进行设计和建设，缺乏系统的安全分析、危害识别和安全管理。随着综合监控系统的进一步发展，综合监控系统的安全性越来越得到重视和关注，安全问题不解决也将制约综合监控系统的发展和提升。 IEC61508国际标准规范了电气/电子/可编程电子安全相关系统软硬件生存周期的各个阶段的任务和目标，提供一个制定安全需求规范的方法，是进行轨道交通安全评估和论证重要的参考标准。在轨道交通领域，欧洲以IEC61508标准为基础，吸收该标准的精髓，制订铁路行业标准，它包括以下4个部分：
（1）EN-50126铁路应用：可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）规范和说明；
（2）EN-50128 铁路应用：铁路控制和防护系统的软件；
（3）EN-50129 铁路应用：安全相关电子系统；
（4）EN-50159铁路应用：通信、信号和处理系统。综合监控系统应参照这些标准的要求进行设计、开发、制造、运营和维护，使得系统的安全完整性等级达到SIL2/SIL3。
3.3 移动智能系统
目前专网和公网无线通信技术已经非常成熟，并广泛应用各类自动化和信息化系统中。在城市轨道交通行业应用中，基于TETRA（Terrestrial Trunked Radio，即陆上集群无线电）的数字集群通信技术已在列车运营管理和控制系统中广泛使用。通过融合现有综合监控系统和移动通信系统，可为城市轨道交通的日常运营管理提供行车、电力和环控的本地和远程调度服务，以及移动维修调度、客流分析、节能分析、无线应急指挥等服务。综合监控系统通过深度集成无线通信系统，能实现现有综合监控系统的可移动化和远程服务能力，从而改变以往系统只能在车站和中心调度室固定终端上操作和使用的缺点，发挥移动增值独特优势，针对地铁维修人员提供移动维修功能，针对地铁火灾等紧急情况下提供应急预案管理、指挥和决策辅助功能，针对地铁调度人员和管理人员等提供基于平板电脑、智能手机或微型面板的移动监控终端，实现移动办公，有利于提升系统的智能化水平。
结论
城市轨道交通综合监控系统在国内走过大约十年路程，经过多方的不断努力，已被广泛运用到工程实践中，已成为轨道交通自动化技术发展的必然趋势，综合监控系统必将在前进和发展中克服各种困难，向着集成度更高、智能化更强、功能更加丰富的新型系统迈进，成为城市轨道交通运营最重要的工具。
参考文献：
［1］中华人民共和国住房和城乡建设部． 城市轨道交通综合监控系统工程设计规范（GB50636 － 2010）［S］． 北京：中国计划出版社，2011．
［2］马克刚，马小兵，赵宇． 地铁综合监控系统可靠性评估体系框架［J］． 都市快轨交通，2010，（1）．
［3］温玉君，戴孙放． 综合监控系统在城市轨道交通工程中的应用［J］． 2010，（9）．
、
论文作者:于洁
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
标签：监控系统论文; 系统论文; 轨道交通论文; 城市论文; 设备论文; 管理系统论文; 通信论文; 《基层建设》2016年7期论文;