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4  綜合監控系統的構成

　　構建城市軌道交通綜合監控系統須遵從一些基本原則，需要首先建立一些新的設計理念。

4.1  綜合監控系統的構建原則

　　綜合監控系統是全線的信息共享平臺，對地鐵線路建設至關重要，構建綜合監控系統須遵從以下原則：

　　(1)  綜合監控系統應圍繞列車安全穩定運行、地鐵經營效率提高、機電設備良好運轉、旅客服務完善等目標進行設置。綜合監控系統面向OCC電調、環調、行調、維調、總調及車站值班長和值班員，滿足這些崗位功能需求。

　　(2)  綜合監控系統采取分層分布式結構，由中央監控中心級（OCC）中央監控系統、車站級車站監控系統以及車站內的基礎自動化（設備自動化）系統組成,三層網絡、三層管理。

　　(3)  綜合監控系統構建的基本原則是：系統須采用先進的計算機網絡構建硬件平臺，并設置網絡管理系統提供對網絡的性能管理、配置管理和故障管理。系統須采用先進的計算機集成系統軟件體系對各子系統進行集成。軟件體系支持所有子系統的功能要求，支持綜合自動化監控系統高性能指標的實現。系統必須具備完善的人機界面體系支持綜合監控功能實現。

　　(4)  綜合監控系統須采用可靠性設計，系統設備和系統構成應安全可靠。硬、軟件技術先進成熟、能夠高可靠高穩定運行。系統采用主備冗余分層分布結構，盡可能采用光纖傳輸介質。系統須采用行之有效的抗干擾措施。車站內的子系統一般采用工業控制網絡或現場總線，分散控制結構，自律式控制器保證基礎自動化層的安全可靠。

　　(5)  綜合監控系統應為開放系統，硬件設備通信接口、網絡協議、數據庫等均采用國際標準，具有ODBC、OPC標準接口功能；系統應具有較大的擴展能力，支持分期施工。系統可采用多媒體技術為地鐵工程提供更強的功能。系統應提供較廣闊的集成平臺，能接入其他的系統也能對地鐵工程進程中新出現的項目進行集成。系統具有集成第三方設備和軟件的能力。

　　(6)  綜合監控系統須采用先進的計算機集成系統軟件對各相關系統進行無縫地接口。系統軟件支持所有相關系統的功能要求，支持綜合監控系統性能指標的實現。各被集成或互聯的子系統保證相對獨立工作。

　　(7)  當出現異常情況由正常運行方式轉為災害運行方式時，綜合監控系統能迅速轉變為災害模式，為防災、救援和事故處理的指揮提供方便。

　　(8)  綜合監控系統采用工業級產品，保證能全天候7×24小時不間斷地遠行。綜合監控系統采用模塊化設計，易于擴展。綜合監控系統不僅滿足線路本身運營和管理的要求，并能為今后線路的擴展以及其它線的接入和與更高一級管理系統連接預留一定的條件。

　　(9)  綜合監控系統須在信息的處理上堅持實時監控信息和事務信息嚴格分開的原則，保證信息安全和網絡安全。

　　(10)  綜合監控系統需采用深度集成模式構建，采用同一軟件平臺集成子系統、實現綜合監控和聯動控制。

4.2  綜合監控系統總構架設計的基本問題

　　建設地鐵綜合監控系統時總體設計構架尤為重要。在工程的設計階段，必須確立綜合監控系統是為地鐵運營提供信息共享平臺的這一設計總原則。

　　由此，工程的設計須考慮：

　　?  信息共享平臺已成為將來運營服務的基礎工具。

　　?  在OCC和車站控制室必須一體化考慮綜合監控系統的設備的安裝和布置。

　　?  系統的綜合功能的全面發揮，克服傳統設計基于系統分立帶來的種種問題。

　　?  在總體設計階段要考慮采用了綜合監控系統后的一系列新理念，及對工程的一系列良好影響。
綜合監控系統的總體構架設計應該解決兩大基本問題：

　　?  集成哪些系統？互聯哪些系統？

　　?  軟件平臺的范圍與集成深度。

4.2.1  集成哪些系統？互聯哪些系統？

　　綜合監控系統應集成哪些子系統互聯哪些子系統這是總體設計首當其沖的大問題。解決這一總體設計的問題只能是依據具體工程環境與條件的要求來確定。

　　(1)  機電設備監控系統是共享平臺的基礎，電力SCADA、BAS、FAS三大子系統應該集成到綜合監控系統中。但FAS系統又要依據當地消防管理部門的規定作出決策。

　　(2)  SIG、AFC應該保持其獨立性，僅僅通過接口裝置與綜合監控系統互聯。

　　(3)  其它的專業子系統，應視具體情況集成或互聯，如門禁系統。

　　(4)  在(3)中的大部分子系統，其硬件可直接聯入綜合監控系統的網絡，軟件保持獨立。這種類型的接入有人稱之為“網聯”。但因軟件獨立仍屬于互聯范疇。有的設計中，要求這些子系統的功能界面在完全綜合監控中實現，稱為“界面集成”，但因軟件獨立也屬互聯范疇。

　　以上四點可謂解答問題的基本答案。但每一條地鐵線路有其具體情況，需要設計師們，認真調查研究、與業主充分協商作出選擇。但是切不可為集成而集成，生硬地將一些子系統勉強集成到綜合監控系統中來。一般來講，(1)中的三個系統監控點數占了總監控點數的80%以上，是基本的底層實時元素。(3)中的小系統，或集成或互聯不影響大局。但對CCTV（Closed-circuit television，閉路電視），如為模擬信息一定不要集成。

4.2.2  綜合監控系統的工程范圍與集成深度

　　綜合監控系統的范圍對總體架構的影響較大，一般綜合監控系統的范圍包括OCC中央綜合監控系統，車站級監控系統及被集成子系統的控制系統，范圍從OCC各調度總站到被集成子系統控制器的端子排。包括將車站級監控網與中央監控網聯在一起的綜合監控系統的骨干網，也包括連接各互聯子系統的網關裝置（或稱互聯接口裝置）。
本文闡述的綜合監控系統是指深度集成的綜合監控系統，綜合監控系統的軟件平臺可在車站級集成被集成的各子系統。軟件平臺伸至被集成子系統的控制層。綜合監控系統的軟件取代了原來各個被集成子系統的軟件，綜合監控系統實現他們的全部功能。被集成子系統已被融入綜合監控系統中不再單獨存在，但各被集成子系統在獨立操作基礎上又可實現綜合監控功能和聯動功能。

4.3  地鐵綜合監控系統的總體架構

　　地鐵綜合監控系統的總體構架如圖7所示。它由中央綜合監控系統、車站綜合監控系統（包括車輛段綜合監控系統）以及將它們連接的綜合監控骨干網組成。中央綜合監控系統和車站綜合監控系統的支持網為局域網，骨干網為廣域網。骨干網分布在各地（車站）的節點與節點所支持的本地局域網構成了綜合監控系統的總體網絡架構。

4.3.1  中央綜合監控系統

　　中央綜合監控系統安裝在線路監控中心，用于監視全線各個車站（包括車輛段）的各個子系統的運行狀態，完成中心級的操作控制功能。

　　中央綜合監控系統由中央監控網、OCC實時服務器、歷史和事件服務器、磁盤陣列、磁帶記錄裝置、各類操作員工作站、中心互聯系統、UPS、OPS、打印機、機柜和附件等部分組成。此外，還有全系統的網絡管理系統（NMS）、大屏幕（OPS）系統。

　　整個中央監控網應設計為冗余的100/1000Mbps交換式以太網，符合IEEE 802.3標準，采用TCP/IP協議。

　　控制中心實時數據服務器由2套服務器冗余配置組成，共同完成實時數據、配置數據和文件管理的服務。OCC歷史服務器由2套冗余服務器組成，共同完成歷史數據、報警記錄、操作記錄、報表等與歷史相關的數據和文件服務。兩個歷史服務器通過2GB光纖共享同一個磁盤陣列（可選）。

　　控制中心可提供下列調度員工作站：1套電調工作站；1套環調工作站；1套維調工作站；1套總調工作站；綜合監控系統可為行車調度員提供共享信息，設計行調工作站列為可選項。

　　外圍設備可配置：中心彩色事件打印機1套；中心報表打印機1套；中心彩色圖形打印機1套。

　　控制中心配置一對冗余的互聯網關裝置（或稱FEP），負責在OCC接入綜合監控系統的互聯子系統，在OCC實現互聯PIS、AFC、ATS、報警系統、FAS、CLK、CCTV、PA等子系統。

　　服務器、網絡交換機和互聯網關裝置采用標準機柜安裝。

　　中央綜合監控系統還包括網管系統（NMS），由1臺服務器、2臺NMS工作站級外圍設備組成。

　　中央綜合監控系統還包括大屏幕系統（OPS）；大屏幕系統可選DLP投影墻及相應控制器組成，也可選用混合式投影墻。實踐表明：DLP投影墻的運營成本較高，應采用有效措施加以控制。

4.3.2  車站綜合監控系統

　　車站綜合監控系統包括：

　　?  車站級監控網為雙冗余高速交換式以太網，數據傳輸率為100Mbps，IEEE802.3標準，TCP/IP協議。網絡交換機為冗余配置；

　　?  冗余的車站服務器1套；

　　?  車站雙屏值班站長操作站、車站雙屏值班員操作站各1臺；

　　?  車站互聯系統的網關裝置（也稱FEP或通信控制器）1套；

　　?  車站彩色激光網絡打印機1套；

　　?  綜合后備盤（IBP）1套；為保證中央級自動化集成系統或車站級自動化集成系統在災害及阻塞等特殊情況下出現癱瘓時，重要監控對象仍能被控制，在車站車控室設置綜合后備盤（IBP），實現緊急情況下相關設備的后備控制功能。IBP為以下控制功能提供后備控制操作，它們包括但不限于：SIG的緊急停車、扣車和放行；環控通風排煙系統和消防聯動控制以及阻塞模式下的控制；PSD緊急開門控制；AFC閘機釋放控制；ACS的釋放；FG控制；消防水泵；扶梯停止控制。

　　?  車站機柜及附件。

4.3.3  綜合監控系統的骨干網

　　綜合監控系統骨干網（MBN）可采用地鐵工程通信骨干網的傳輸信道，也可單獨組建骨干網。如單獨組建骨干網、應采用數據傳輸速率為1000Mbps的工業級以太網方式或電信級彈性分組環（RPR）方式構建，應滿足地鐵工程的數據傳輸、交換的要求，還需要為今后延伸，以及其他線路的接入和更高層綜合集成系統預留一定的條件。

4.3.4  OCC和車控室的一體化設計

　　綜合監控系統作為全線的信息共享平臺對運營的支持主要體現在運營中心（OCC）和各車站車控室實現的監控管理功能。由于有了信息共享平臺，OCC和車控室的設計和所實現的功能將與傳統做法應有較大的變化，需對OCC和車控室做一體化設計，提高線路運營水平、實現綜合監控系統對運營的更強支持。

4.3.4.1  OCC的一體化設計

　　中央運營管理中心的設計應考慮以下原則：

　　(1)  OCC設計須按地鐵設計規范，建立行調工作站（包括行調操作員站和相應的打印機、專用電話、麥克等），環調工作站，防災調度工作站，維調工作站和總調工作站。其中行調操作員站含兩個站一個是SIG行調操作員站為主站，另一個是自動化集成系統為運營提供的行調操作站（可選）。這些工作站按照地鐵規范的要求實現信息溝通，不僅如此，還要在信息共享平臺的基礎上實現這些工作站的綜合監控功能。因此，這些工作站要做統一的配置設計，既顯現代化風貌，又便于操作管理。

　　(2)  OCC設計須圍繞大屏幕系統和各工作站的設計和布置展開。大屏幕系統設計應適應綜合監控的需求，既成為自動化運營管理系統的顯示屏，又要簡潔、實用。各工作站的設計與布置應具有現代化監控中心的水平。OCC設計，要考慮與整個地鐵線路的設計建設水平匹配，考慮與自動化集成系統的先進水平相適應，因此，要在機房建筑設計階段考慮OCC總體設計與布置。

　　(3)  OCC各工作站功能設計是OCC一體化設計的基礎，綜合監控系統的軟件平臺需支持各工作站的人機界面體系實現綜合監控功能，按照權限管理可進入各自站的人機界面體系，特殊情況下，也可通過獲得權限實現對其他站功能的操作。

　　(4)  OCC設計應與參觀通道、貴賓室、會議室、展示室的設計統一考慮。

　　(5)  OCC一體化設計與運營模式和管理規范密切相關，OCC的設備配置和布置、操作權限的設計、管理功能的分配應統一考慮。應考慮電源和引入線的防雷電措施，要做OCC大廳的防靜電設計，要做OCC大廳內電子設備的接地設計。

4.3.4.2  車站綜控室的一體化設計

　　地鐵各車站的綜控室既是車站站務管理中心又是車站級信息共享平臺的操作指揮中心，需進行一體化設計。擬考慮以下原則：

　　(1)  車站綜控室設計應將站務管理工作和綜合監控系統車站監控功能實現統一考慮，做出一體化設計，使信息共享平臺充分支持站務管理。

　　(2)  車站綜控室設計應圍繞站務管理工作臺和IBP盤進行統一設計與布置，IBP盤的設計應與車控室設計相和諧。

　　(3)  車控室的各自動化系統操作站和終端裝置不宜太多，應以綜合監控系統車站操作員站為核心，盡可能由信息共享平臺的功能畫面代替分立終端的畫面。

　　(4)  車站綜控室設計要在機房建筑設計階段統一設計，合理布置車控室IBP盤和其他設備以及文件箱柜、工作臺等。既顯現代化水平又有人性化體現。

　　(5)  車站綜控室設計要充分考慮現代化站務管理需求和為乘客服務要求。

5  地鐵綜合監控系統的軟件

　　地鐵綜合監控系統中最關鍵點之一是系統軟件，關于地鐵綜合監控系統軟件的要求目前業界存在著許多模糊觀念，斷然地用操作系統來判定系統的穩定性，迷信地引用過時的技術觀念，給技術規格書的制定、綜合監控系統的建設帶來不利影響。為此，總結多年來工業自動化系統和城市軌道交通自動化系統工程建設中的實際經驗，提出下列觀點，供地鐵自動化系統建設者們參考。

　　實質上，地鐵綜合監控系統的軟件主要由該軟件的成熟度以及系統集成商對綜合監控系統軟件的把握能力、應用能力決定。

5.1  軟件成熟度

　　綜合監控系統軟件的成熟度從下列幾方面分析：

　　(1)  軟件系統的穩定性與成熟性。綜合監控系統軟件平臺的穩定性不僅取決于操作系統的穩定性，更多地取決于建立在操作系統平臺之上的系統軟件以及裝配的硬件和相關驅動程序是否成熟和穩定，并不全在操作系統本身。傳統的設計思想認為UNIX的穩定性強于Windows NT。實質上，Windows平臺近十年在穩定性與安全性方面的進步極大，2003年進行了安全性升級。Windows平臺在工業控制領域甚至安全系統的應用份額已超過UNIX平臺。不管是哪一個操作系統，整體軟件平臺的穩定性是根本的。在操作系統之上的系統軟件，應用軟件的成熟度更為重要。這方面，Windows的應用軟件組件更為成熟，影響范圍更大。如工作站軟件、接口軟件組件、人機界面軟件，Windows幾乎占有絕對的市場份額。

　　同時，系統軟件、應用軟件和相關的接口驅動程序對操作系統的匹配、運行的工程實證性對軟件系統更為重要。因此，在對綜合監控系統軟件提出需求時，不宜輕易地否定某種操作系統和以某操作系統為基礎的整體軟件體系。例如，近年，倫敦地鐵對150個地鐵車站進行大規模改造，包括中央控制（OCC）、線控系統（LCS）、區域控制（GCS）和站控系統（SCS），明確要求軟件平臺采用以Windows為基礎的Wonderware平臺。

　　綜合監控軟件平臺的成熟性是指工程應用的實證性。這里，不僅要考察軟件在系統開通后的運行穩定性和有效性業績，更要考察其應用水平，給地鐵運營帶來的效益、給地鐵設備維修與維護帶來的好處，給乘客服務帶來的好處以及系統的擴展能力的實際表現。不應該將集成或互聯的數量作為成熟性的標準。

　　(2)  軟件系統的開放性。系統軟件的基礎平臺應是一個開放系統，即它是由穩定的、成熟的操作系統，集成了商用的中間件和軟件組件構成。軟件平臺的專利組件愈少愈好。數據庫的通用性愈強愈好。開放性帶來的是系統性能價格比的提升。開放系統支持簡約的系統結構和合理適度的設備配置。

　　(3)  系統的基本性能指標。軟件系統必須有效支持冗余配置以提高系統的可靠性，系統有效性不低于99.97%。軟件系統支持深度集成以提高響應性，上行和下行數據的響應周期分別在2秒內。軟件的集成規模和能力以及深度集成的范圍，軟件機制對通信負荷率的影響也是重要的性能指標。

　　(4)  軟件的表示層展示―系統的人機界面水平。軟件體系一般由數據采集、數據處理和數據服務（數據表示）三層組成。軟件的表示層是外部世界所能看到的軟件功能。綜合監控系統人機界面體系是洞察軟件水平與功能的窗口。系統軟件必須提供符合工程要求，符合運營操作人員要求，滿足維護人員需求的人機界面體系。人機界面體系應全面反映出系統的綜合監控功能，并能做出全面的展示。已運行工程中人機界面為用戶接受的程度和人機界面運行效果是對軟件系統的重要考察標準。

　　(5)  本文所闡述的綜合監控軟件主要指可進行深度集成的軟件體系。綜合監控軟件應能對各機電子專業進行深度集成。綜合監控系統軟件應是一體化的軟件體系，將數據采集、數據處理和數據服務的軟件三個層次渾然一體地完整地構建在一個軟件體系中，軟件對系統集成的范圍可直接到控制器的端子排。軟件平臺可將PSCADA、BAS的軟件集成在內，PSCADA、BAS與軟件平臺的接口成為平臺內部接口。PSCADA、BAS成為綜合監控系統本身的系統組成。

　　如果軟件系統只能作頂層的信息集成，將PSCADA、BAS作為單獨的子系統與綜合監控系統全面數據互聯，它們之間的接口是兩個系統的數據表示層間接口，是兩個軟件平臺對接。某種意義上講，相當于軟件的數據服務層由兩個系統集成商去完成，此種情況下，接口工作較為復雜，雙方的接口點表需要不斷地核對和協調，接口開發和實施的工作量極大。不應該選擇這樣的軟件體系。

　　(6)  系統軟件的擴展能力。系統軟件應提供良好的、通用的開放性接口，能有效支撐地鐵應用功能的開發，其中數據庫、接口驅動和人機界面的開放型尤為重要。一般數據庫應能提供ODBC、OPC等開放接口，并提供擴展定義監控對象的能力，應優先選擇對象數據庫。接口驅動框架應采用ISO_15745之類的通用框架，能有效提供IEC61850、IEC60870-5-101等通用規約，并提供擴展開發專用規約的能力。人機界面應建立在組件和腳本的基礎上，能提供快速設計出多種人機界面體系的能力，以滿足具體工程要求。

　　(7)  系統軟件的功能實現成熟度。系統軟件在實現某一重要功能時，應該經歷過實際應用的反復檢驗。因此，在闡述功能實現時，應該要求系統集成商不是單純地響應標書要求，而應闡明功能實現的方案，展示一個實際應用成功并成熟的功能實現方法。系統軟件對重要功能具體實現方法的展示是其軟件成熟度的重要標志。一般而論，綜合監控系統集成了三大機電設備系統：SCADA、FAS、BAS，互聯了其他專業子系統。系統軟件的成熟性表現在對集成系統的深度集成上，同時也表現在所展示出的對機電設備監控管理功能上。如SCADA順控功能的實現方法，BAS系統中設備監管體系的完善性都可以審視出軟件的成熟程度。一些國外軟件商提供的軟件在這方面存在較多問題，除了深度集成能力低以外，功能實現距國內的應用要求差距較大。

5.2  系統集成商對綜合監控軟件的把握能力

　　除了軟件本身的成熟度，應該要求系統集成商對綜合監控軟件的應用成熟度，一方面是對軟件的把握能力，另一方面是對軟件的應用能力。

　　系統集成商對軟件系統的把握，主要是：

　　(1)  對系統軟件體系的把握。一般對軟件的把握是指對軟件體系深入了解、對軟件成功應用了多次，具有針對具體工程的應用經驗。系統集成商自已開發的軟件當然更便于把握。在大項目中第一次應用其它廠商的軟件承擔工程是冒險的做法。

　　(2)  開發應用軟件的能力。系統集成商開發應用軟件的能力至關重要。地鐵工程中應用差異性較大，業主的管理方式各有不同，工程中需求不同，變化較大，系統集成商必須能夠熟練地開發具體應用軟件滿足工程要求。系統集成商須熟知與把握系統軟件和應用軟件對操作系統的匹配；系統集成商須熟知與把握對應用軟件的工程適應性開發；熟知與把握接口驅動程序的開發以及與系統的匹配。開發應用軟件的能力還表現在針對特殊應用能在系統軟件方面做創新的開發工作。

　　(3)  系統集成商對軟件的把握能力還表現在實施系統的活動中。對系統軟件的調試能力以及構建系統時的總聯調能力也是對軟件系統把握的能力。

　　系統集成商對軟件的應用能力，主要是：

　　(1)  綜合監控的應用能力。系統集成商熟知軟件在地鐵機電設備系統以及其他專業的應用；熟知系統軟件應給用戶在各專業領域提供的基本功能，以及特殊功能的實現方法；系統集成商可給用戶提供綜合監控系統基本人機界面體系，可按照用戶要求作出適應性修改，可提供新的人機界面設計；系統集成商能充分發揮綜合監控系統信息共享平臺的作用，提供更多的面向運營人員、面向維修人員、面向乘客的功能，并可為將來的現代化運營管理新要求提供增值服務。

　　(2)  軟件系統調試和維護能力。對軟件的成熟應用也表現在對系統的性能的測試、對系統的聯調、對系統故障的迅捷診斷和恢復，對系統的維修能力。

　　(3)  對軟件的應用能力也表現在對軟件的再開發能力，在已有的軟件平臺上利用共享信息可開發更多的功能。
總之，系統集成商的應用能力主要表現為在具體工程中運用軟件開放系統、無縫地接口子系統、構建起綜合監控系統的能力。

5.3  WINDOWS操作系統與Unix操作系統比較

　　這兩大操作系統性能的比較已經是一個較“古老”的話題。理論“天國”的爭論進行了數天，人間的技術進展已生動地變化了幾個技術時代，當人們還在爭論哪個操作系統更好的時候，系統本身的技術進步已跨過了幾個技術臺階，性能提高了上百倍。

　　Unix、Linux和Windows從發展過程來看，表現了比較明顯的行業特征。如電信、金融、教育、政府對Unix比較青睞，如能源、制造、流通、公共事業等行業對Windows有比較大的興趣，而一般的工業自動化系統更是Windows占有絕大的份額。

　　一般認為，Unix更為穩定可靠，但這已是過去的事情。微軟相繼發布Windows NT1.0、NT3.5、NT4.0，到后來的Server 2000，Server 2003，Windows被小型企業廣泛采用。“安全性低、不穩定”等缺點已被根本克服。知名專家Chris Ray 認為無論從商業價值還是從技術性能上看，Windows都具備了“滿足企業用戶需求”的條件，他說：“Windows比Unix 平臺能節省40%到50%的總擁有成本”。Windows 在1996年時性能低于Unix，每分鐘交易處理能力僅為3千多次，而Unix 達到每分鐘5千多次。但經過微軟與英特爾的共同努力，到2003年，Windows性能提高了180倍，價格僅為原來的1/3。可靠性方面，Windows Server 2003是Windows NT的8倍，停機時間約為原來的1/4。至于最受關注的