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摘要：地铁是城市轨道交通的一部分，地铁在城市中建设中逐年加快，且大量用电力牵引的轨道交通，它的线路通常设在地下隧道内，有的也在城市中心以外的地区从地下转到地面或高架桥上。地铁综合监控系统作为保证地铁正常运行的管理系统具有非常重要的作用，本文介绍了地铁综合监控系统的构成及原理。
关键词：地铁综合监控；系统集成；软件体系结构
地铁是城市轨道交通的一部分，随着社会、经济及科技的高速发展，为了缓解城市交通的紧张状况地铁应运而生。地铁与城市其他交通工具相比，具有占用地面面积较少，能够避免城市地面拥挤，节约城市用地；客运量大；污染程度比较小。地铁在城市中建设中逐年加快，且大量用电力牵引的轨道交通，它的线路通常设在地下隧道内，有的也在城市中心以外的地区从地下转到地面或高架桥上。地铁综合监控系统作为保证地铁正常运行的管理系统具有非常重要的作用，这里主要针对地铁综合监控系统结构进行论述。
1.综合监控结构概况
为实现地铁信息互通、资源共享，提升自动化水平，提高地铁运营的安全性、可靠性和响应性，最终达到减员增效的目的，设置综合监控系统（ISCS）。
综合监控系统（ISCS）是一个高度集成的综合自动化监控系统，其目的主要是通过集成地铁多个主要弱电系统，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，从而实现对地铁主要设备的集中监控和管理功能，实现对列车运行情况和客流统计数据的关联监视功能，最终实现相关各系统之间的信息共享和协调互动功能。通过综合监控系统的统一用户界面，运营管理人员能够更加方便、有效地监控管理整条线路的运作情况。
综合监控系统由中央级综合监控系统、车站级综合监控系统、停车场综合监控系统、车辆段综合监控系统和其他辅助功能子系统（例如培训管理系统、集中告警系统、仿真测试平台和网管系统等）等多个部分组成。通过综合监控骨干传输网将以上各部分联接起来，形成一个有机整体。
（1）ISCS系统的网络结构
ISCS独立组网，采用工业以太网方式构建，为双冗余环网结构。将OCC、各车站、车辆段、停车场均作为此工业以太网环上的一个节点，通过以太网交换机连入双冗余工业以太网环网中。变电站、集中冷站则通过就近的车站连入监控系统中，组成一个统一的、冗余的千兆以太网环网。
（2）ISCS系统的硬件体系结构
ISCS系统基本上采用车站层和OCC层两层结构，按照地铁中监控对象、集成子系统、互联子系统的具体特点，分别在车站级和OCC级进行集成。
第一层：中央级监控系统（CISCS）包括冗余的实时服务器、冗余的历史服务器、外部磁盘阵列、磁带机、各种调度员工作站（如电调、环调、行调、维调和总调等）、网管服务器、网管工作站、软件测试平台服务器、事件打印机、报表打印机、彩色图形打印机、冗余的带路由功能的工业以太网网络交换机、监控系统远程终端单元（FEP，负责中央互联系统的接入）、大屏幕系统（OPS）、UPS等。
第二层：车站监控系统（SISCS）主要包括冗余的实时服务器、外部磁盘阵列、值班站长工作站、事件打印机、报表打印机、带路由功能的工业以太网网络交换机，IBP和UPS等。停车场/车辆段监控系统（DISCS）与SISCS一样，都属于第二层，只是配置有所不同。服务器主要功能是完成实时数据的采集与处理，向分布在车站内的被监控对象和被集成系统发送模式、程控、点控等控制命令。车站工作站控制和监视本站（停车场＼车辆段）管辖范围内的各被监控对象、被集成系统。车站级（停车场＼车辆段）的命令通过网络发送到各被监控对象及各被集成系统。主变电站、集中冷站内被集成系统接入相邻车站的SISCS。
第三层：现场级监控系统由变电所综合自动化子系统（PSCADA）设备、环境与设备监控子系统（BAS）设备和监控系统远程终端单元（FEP）等三个部分组成。PSCADA采用分层、分布式结构，由所内管理层、网络通信层、间隔设备层组成，包括控制信号盘、分散式或集中组屏式测控/保护单元等智能电子装置、智能接口单元（光纤以太网接口转换设备）、所内通信网络和维护设备等部分。主要监控对象包括主变电站、牵引、降压变电站等供电设备。BAS采用分层、分布式结构，由监控管理层、现场设备层组成，包括控制器、远程I/O（RI/O）、现场总线、各类传感器、二通阀等。主要监控对象包括配电照明、应急照明电源、变频器、通风空调、给排水、电扶梯等设备。FEP处理被集成系统和互联系统的接口，从FEP采集的数据通过车站交换机送到车站服务器。
（3）ISCS系统的软件体系结构
分为三层：
第一层：数据接口层。专门用于数据采集和协议转换，主要由FEP、控制信号盘、控制器、远程I/O、传感器及二通阀等构成，通过数据采集、协议转换、数据隔离等保护各自子系统数据的独立性。
第二层：数据处理层。专门用于数据管理，主要由车站和中央服务器构成，通过实时数据库和关系数据库提供ISCS的应用功能。
第三层：人机接口层。专门用于处理人机接口，主要由操作员工作站构成，通过从车站和中央服务器获取数据，在工作站上显示人机监控界面。
（4）ISCS系统的控制功能简述
在正常情况下，OCC的调度员通过调度工作站，控制和监视各被集成系统。OCC的命令，通过ISCS网络发送到各被集成系统。实时服务器主要功能是完成实时数据的采集与处理，从OCC向分布在各站点的被集成系统发送模式、程控或点控等控制命令。历史服务器主要功能是完成历史数据的存储、记录和管理等功能。车站级ISCS系统和OCC级ISCS系统相对独立，当主干网出现故障或因其他情况不能进行实时数据通信时，系统仍可通过调度电话等方式进行控制命令的上传与下达。当通信正常后，所有待传的数据则能完整归档。
典型轨道线的运营监控可分成四层：轨道交通应急指挥中心；线路中央运营室监控；车站控制室监控；设备自动控制系统。
应急指挥中心负责协调多条运营主体线路之间的相互配合，要求能快速地应对各种突发事件。为了避免应急指挥中心和各线路控制中心之间的操作冲突擦，指挥中心只能监视和协调线路运营，没有车站设备控制权。在需要时，应急指挥中心可以取代区域控制中心，实现对线路的供电、环境等设备的应急指挥功能。应急指挥中心扮演了最高层的指挥角色。
区域中央级的监控系统负责全线的运营操作。操作员通过工作站人机界面，以自己的用户标识登陆，实现所需要的监控功能。这功能包括列车运营调度、电源调度、环境控制调度、总调度等。
车站级的监控系统负责监控车站内的机电设备。在紧急状况时，如中央级的监控系统发生故障，车站级的监控系统可以采用降级模式继续运行。
最底层的控制系统负责车站内子系统的自动化设备控制。
2.系统软件
综合监控系统的软件主要由基础软件、应用软件、接口软件等构成。基础软件主要完成数据处理、管理等功能；应用软件主要完成系统使用、管理、维护应用等功能；接口软件实现各子系统、设备间的通信处理。
目前，广州轨道交通3、4、5号线采用的是基于法国的SCADASOFT平台，北京轨道交通指挥系统采用的是基于新加坡的OASYS 平台，北京轨道交通5 号线、上海轨道交通十号线采用的是基于英国的RAILSCADA 平台、北京首都机场线采用的是基于国产化的RAILSYS 平台，南京二号线采用的是基于国产化的RT21-ISCS 平台。另有西门子公司的监控软件PVSS作为系统软件平台也在推进中。
3.结语
综合监控系统已经成为国际主流技術，已成为国内轨道交通自动化系统的技术发展趋势。运营管理人员通过综合监控系统对轨道交通内各系统实现统一的运营管理、维护等，对提高工作效率具有积极意义。
关键词：地铁综合监控；系统集成；软件体系结构
地铁是城市轨道交通的一部分，随着社会、经济及科技的高速发展，为了缓解城市交通的紧张状况地铁应运而生。地铁与城市其他交通工具相比，具有占用地面面积较少，能够避免城市地面拥挤，节约城市用地；客运量大；污染程度比较小。地铁在城市中建设中逐年加快，且大量用电力牵引的轨道交通，它的线路通常设在地下隧道内，有的也在城市中心以外的地区从地下转到地面或高架桥上。地铁综合监控系统作为保证地铁正常运行的管理系统具有非常重要的作用，这里主要针对地铁综合监控系统结构进行论述。
1.综合监控结构概况
为实现地铁信息互通、资源共享，提升自动化水平，提高地铁运营的安全性、可靠性和响应性，最终达到减员增效的目的，设置综合监控系统（ISCS）。
综合监控系统（ISCS）是一个高度集成的综合自动化监控系统，其目的主要是通过集成地铁多个主要弱电系统，形成统一的监控层硬件平台和软件平台，从而实现对地铁主要设备的集中监控和管理功能，实现对列车运行情况和客流统计数据的关联监视功能，最终实现相关各系统之间的信息共享和协调互动功能。通过综合监控系统的统一用户界面，运营管理人员能够更加方便、有效地监控管理整条线路的运作情况。
综合监控系统由中央级综合监控系统、车站级综合监控系统、停车场综合监控系统、车辆段综合监控系统和其他辅助功能子系统（例如培训管理系统、集中告警系统、仿真测试平台和网管系统等）等多个部分组成。通过综合监控骨干传输网将以上各部分联接起来，形成一个有机整体。
（1）ISCS系统的网络结构
ISCS独立组网，采用工业以太网方式构建，为双冗余环网结构。将OCC、各车站、车辆段、停车场均作为此工业以太网环上的一个节点，通过以太网交换机连入双冗余工业以太网环网中。变电站、集中冷站则通过就近的车站连入监控系统中，组成一个统一的、冗余的千兆以太网环网。
（2）ISCS系统的硬件体系结构
ISCS系统基本上采用车站层和OCC层两层结构，按照地铁中监控对象、集成子系统、互联子系统的具体特点，分别在车站级和OCC级进行集成。
第一层：中央级监控系统（CISCS）包括冗余的实时服务器、冗余的历史服务器、外部磁盘阵列、磁带机、各种调度员工作站（如电调、环调、行调、维调和总调等）、网管服务器、网管工作站、软件测试平台服务器、事件打印机、报表打印机、彩色图形打印机、冗余的带路由功能的工业以太网网络交换机、监控系统远程终端单元（FEP，负责中央互联系统的接入）、大屏幕系统（OPS）、UPS等。
第二层：车站监控系统（SISCS）主要包括冗余的实时服务器、外部磁盘阵列、值班站长工作站、事件打印机、报表打印机、带路由功能的工业以太网网络交换机，IBP和UPS等。停车场/车辆段监控系统（DISCS）与SISCS一样，都属于第二层，只是配置有所不同。服务器主要功能是完成实时数据的采集与处理，向分布在车站内的被监控对象和被集成系统发送模式、程控、点控等控制命令。车站工作站控制和监视本站（停车场＼车辆段）管辖范围内的各被监控对象、被集成系统。车站级（停车场＼车辆段）的命令通过网络发送到各被监控对象及各被集成系统。主变电站、集中冷站内被集成系统接入相邻车站的SISCS。
第三层：现场级监控系统由变电所综合自动化子系统（PSCADA）设备、环境与设备监控子系统（BAS）设备和监控系统远程终端单元（FEP）等三个部分组成。PSCADA采用分层、分布式结构，由所内管理层、网络通信层、间隔设备层组成，包括控制信号盘、分散式或集中组屏式测控/保护单元等智能电子装置、智能接口单元（光纤以太网接口转换设备）、所内通信网络和维护设备等部分。主要监控对象包括主变电站、牵引、降压变电站等供电设备。BAS采用分层、分布式结构，由监控管理层、现场设备层组成，包括控制器、远程I/O（RI/O）、现场总线、各类传感器、二通阀等。主要监控对象包括配电照明、应急照明电源、变频器、通风空调、给排水、电扶梯等设备。FEP处理被集成系统和互联系统的接口，从FEP采集的数据通过车站交换机送到车站服务器。
（3）ISCS系统的软件体系结构
分为三层：
第一层：数据接口层。专门用于数据采集和协议转换，主要由FEP、控制信号盘、控制器、远程I/O、传感器及二通阀等构成，通过数据采集、协议转换、数据隔离等保护各自子系统数据的独立性。
第二层：数据处理层。专门用于数据管理，主要由车站和中央服务器构成，通过实时数据库和关系数据库提供ISCS的应用功能。
第三层：人机接口层。专门用于处理人机接口，主要由操作员工作站构成，通过从车站和中央服务器获取数据，在工作站上显示人机监控界面。
（4）ISCS系统的控制功能简述
在正常情况下，OCC的调度员通过调度工作站，控制和监视各被集成系统。OCC的命令，通过ISCS网络发送到各被集成系统。实时服务器主要功能是完成实时数据的采集与处理，从OCC向分布在各站点的被集成系统发送模式、程控或点控等控制命令。历史服务器主要功能是完成历史数据的存储、记录和管理等功能。车站级ISCS系统和OCC级ISCS系统相对独立，当主干网出现故障或因其他情况不能进行实时数据通信时，系统仍可通过调度电话等方式进行控制命令的上传与下达。当通信正常后，所有待传的数据则能完整归档。
典型轨道线的运营监控可分成四层：轨道交通应急指挥中心；线路中央运营室监控；车站控制室监控；设备自动控制系统。
应急指挥中心负责协调多条运营主体线路之间的相互配合，要求能快速地应对各种突发事件。为了避免应急指挥中心和各线路控制中心之间的操作冲突擦，指挥中心只能监视和协调线路运营，没有车站设备控制权。在需要时，应急指挥中心可以取代区域控制中心，实现对线路的供电、环境等设备的应急指挥功能。应急指挥中心扮演了最高层的指挥角色。
区域中央级的监控系统负责全线的运营操作。操作员通过工作站人机界面，以自己的用户标识登陆，实现所需要的监控功能。这功能包括列车运营调度、电源调度、环境控制调度、总调度等。
车站级的监控系统负责监控车站内的机电设备。在紧急状况时，如中央级的监控系统发生故障，车站级的监控系统可以采用降级模式继续运行。
最底层的控制系统负责车站内子系统的自动化设备控制。
2.系统软件
综合监控系统的软件主要由基础软件、应用软件、接口软件等构成。基础软件主要完成数据处理、管理等功能；应用软件主要完成系统使用、管理、维护应用等功能；接口软件实现各子系统、设备间的通信处理。
目前，广州轨道交通3、4、5号线采用的是基于法国的SCADASOFT平台，北京轨道交通指挥系统采用的是基于新加坡的OASYS 平台，北京轨道交通5 号线、上海轨道交通十号线采用的是基于英国的RAILSCADA 平台、北京首都机场线采用的是基于国产化的RAILSYS 平台，南京二号线采用的是基于国产化的RT21-ISCS 平台。另有西门子公司的监控软件PVSS作为系统软件平台也在推进中。
3.结语
综合监控系统已经成为国际主流技術，已成为国内轨道交通自动化系统的技术发展趋势。运营管理人员通过综合监控系统对轨道交通内各系统实现统一的运营管理、维护等，对提高工作效率具有积极意义。