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简谈地铁综合监控系统的构成及优化

作者:2017-01-14 15:39文章来源:未知
  地铁行车系统、电力系统、票务系统、信号系统等每个看似独立的系统间有着千丝万缕的关系,一个系统的运作往往需要另一个系统的配合。例如:常见的火灾发生,并不只是FAS(火灾报警系统)专业的事情,其中需要隧道通风、BAS(环控)、AFC(自动售检票)等各系统的配合。但目前由于各个系统各自的特点、不同的安全需要和不同的数据冗余,各个系统自成体系,有独立的网络结构、服务器和工作站等,形成了一个个信息孤岛(Automation-island)。以往国内地铁都是采用这样的系统模式,系统之间的联络比较困难且成本较高,难以实现信息互通、资源共享,要想实现协调统一则需要加以人工干涉。例如,当一个故障发生时候,通常的方式是首先通知维修调度,再由维修调度通知相关的维修部门。当发生大型故障涉及多个部门时,这种人工方式大大降低了运营效率和可靠性。如今各地铁公司都注意到了这样的问题,开始推行地铁综合监控系统,将各个平台关联起来,发挥它们的整体优势。
  1综合监控信息共享的体现
  地铁综合监控系统的构建目的是将SCADA(电力监控系统)、FAS、BAS、ATS(行车调度系统)等系统的功能整合为一体。综合监控系统不仅要能对各系统设备进行遥信、遥测、遥调、遥控,还要借助计算机技术实现信息资源的共享,保证各系统的高效性和应急事件的准确处理能力。
  信息共享的功能主要体现在各种故障模式以相关设备的互动来体现综合监控系统的价值。如当火灾发生时,系统推出火灾联动画面,以3站4个轨行区为显示单位,显示在火灾发生时隧道通风、行车系统、接触网等相关专业的位置及信息。
  2综合监控系统的两种结构
  综合监控系统建立的基本原则为:
  (1)及时准确的信息反馈,以全面了解设备运行状况;
  (2)充分的信息共享,协调各系统之间的调度管理,保证高效的调度能力;
  (3)合理的功能划分和调度界面的分配,确保系统的可靠性和调度的有序性;
  (4)有利于建设合理的调度管理体制;
  (5)合理的建设投资,最佳的性价比;
  (6)有良好的可扩展性。
  地铁综合监控系统是以数据服务为核心的监控系统,处理和传递的多为实时的系统信息。综合监控系统的结构取决于其数据服务模式,主要有两种基本的结构:一是基于集中数据服务模式的结构,称之为集中式综合监控系统;另一种是基于分布式数据服务模式的结构,称为分布式综合监控系统。
  集中式综合监控系统采用的是集中数据服务模式,是以中央级为核心的数据服务方式;其海量数据的处理主要由中央服务器负责;中央级综合监控系统直接与车站级综合监控系统联系,信息资源由各子系统监控中心和车站级监控平台提供;数据粒度比较粗,信息一般为比较高层的决策信息,而细节信息主要由车站级系统来存储和处理。
  分布式综合监控系统采用的是分布式数据服务模式,是一种基于网络的数据服务方式;物理上相互独立的分布式数据库是该系统的数据核心,网络是这些数据进行传递的重要载体;其车站级系统将收集到的信息进行分析和处理,当中央级综合监控系统进行相应的操作时,向车站级系统提取相关的实时数据,然后发送命令给车站级监控系统。
  3综合监控系统两种构成方案的对比
  集中式综合监控系统有利于实现数据的完整性和统一性,能最优化地共享中央级的各类资源,在数据处理和数据同步上比较简单。但这种方案主要依赖于中央级服务器的性能,且处理的数据量很大,中央服务器和网络承载的负担比较大。服务器和网络线路是这种结构的瓶颈所在,一旦发生重大故障,会造成全线监控系统的瘫痪。
  分布式综合监控系统由于其在数据、硬件和控制维度上的分散,中央服务器和主干网的负载明显减轻,但是在数据完整性和一致性上逊于集中式综合监控系统。
  从扩展性方面看,集中式综合监控系统主要依赖于中央级服务器,与车站级服务器关系不大;一旦要增加站点,对中央服务器的压力将显著增加,必须通过升级服务器来解决。但服务器市场发展较慢,且价格非常高昂,而分布式综合监控由于维度分散,增加新的站点对系统承载基本没有影响,所以,在扩展能力及成本控制上分布式综合监控系统具有优势。
  总的来说,两种监控模式在设计使用中各有千秋。随着网络技术的迅猛发展,分布式综合监控系统大量应用于目前的地铁行业,如南京地铁1号线南延线、香港地铁、西安地铁、北京地铁10号线等,已经成为当前轨道交通行业的发展方向。
  4分布式综合监控系统分析
  4.1分布式综合监控系统的组成
  分布式综合监控系统包括主控系统和子系统。可以看出,主控系统既不是各个子系统的相互接口,也不是各个子系统功能层的集合;它是在各子系统功能层之上的一个系统,面向的是中央调度员和车站值班员。
  当系统大规模化和设备复杂化后,分布式系统在数据统一性上存在一定的困难,需要引入自律性的概念。
  4.2自律性概念
  自律性分布式综合监控系统需要子系统能做到自律可控性和自律协调性。自律可控性是指在任意一个子系统处于非工作状态时,其他子系统可以对其责任范围内进行任意控制。自律可协调性是指在任意一个子系统处于非工作状态时,其他子系统能根据不同的目的进行协调。地铁行业有交通形式单一、控制相对简单、自动化程度高、正点率高等特点,使用自律分布式系统能有效地解决系统分散且控制协调困难的问题。目前,南京地铁1号线南延线就采用自律分布式综合监控系统,体现出了这种系统高效、安全、稳定的优点。
  4.3自律性特点
  分布式综合监控系统引入自律特性后,车站具有较强的自主监控及协调能力。当综合监控系统运行在正常情况时,车站监控系统作为实时数据的服务器,中央级从车站监控系统获取所需数据,二者之间具有紧密的数据维度的耦合。当综合监控系统运行在非正常情况下时,中央级和车站级监控系统轮流作为数据的服务器和客户端,频繁交换数据和控制权限。引入自律特性的分布式监控系统采用C/S(客户/服务器)模式,能有效地提高系统全局监控能力,充分发挥车站的自律可控性和可协调性,维护各子系统平台的独立性,可充分共享人员、设备、数据等各层次的各类资源。
  4.4自律性分布式系统的改进及应用
  以往监控系统采用的是典型C/S数据服务模式。该模式是以一个站或几个站为一个域,每个域有一台服务器负责接收站级数据并对其进行处理,将处理后的数据发送给中央服务器端;客户端负责处理用户界面,把用户命令变成服务器端可以理解的语句,当客户端向服务器端提出请求后,由服务器端接受这个请求,对其进行处理,把相应的结果返回给客户端。这样的设计目前虽然比较普遍,但成本较高;其控制信息的收发只依赖于中心服务器,当互为主备的两台中心服务器都发生问题时,系统的控制能力便失去了。
  南京地铁1号线南延线的综合监控系统经过研究改进,采用并行实时数据库模式(ParallelRealTimeDatabase)。这种模式是C/S模式的进化产品,每一个操作工作站和每一个服务器都有一个自己的完全并行的实时数据库进行同步拷贝;当任意点发生数据变化的时候,秉性对象管理服务(ParallelObjectManagementService,简为POMS)系统将同步信号采用广播信息方式发送到网络上其他的计算机,每台收到信息的计算机将及时刷新自身的实时数据库。
  可以看出,改进后的并行实时数据库系统,中央级不再需要庞大的服务器,而在车站设置相对较强的自律客户端。实时数据库的分散,有效缓解了服务器的压力,当数据发生改变,立刻同步给所有的实时数据库;调度查看信息时,只要访问自己客户机的实时数据库就可以了,对网络吞吐量的要求也有所降低。在后期扩展上,由于服务器压力较小,只需将客户机接入局域网即可,省去了对服务器的扩容。
  优化配置后的系统开放性、可靠性、安全性、易扩展性、易维护性、实时性等性能均可以满足,对综合监控系统的各级服务器、骨干网络以及分布在各车站的实时数据服务器的处理能力要求有所降低,且有更广泛的选择空间,工程成本也得以降低。
  5结语
  目前业界对综合监控系统构成方案争论较大,已投运的综合监控系统也是各种模式共存。这些系统有:广州地铁的多控制中心结构,香港、西安地铁在车站设置区域控制级的方式,南京地铁2号线的集中式,等等。南京地铁1号线南延线采用了当前比较先进的并行数据库模式,在地铁行业中有一定的代表性。选用何种系统结构,主要的依据是车站的监控规模、不同的集成范围和集成深度、中央级与车站级间的耦合程度、车站之间的耦合程度等。要想让综合监控系统发挥最大的优势,应按使用的需要来进行设计。随着技术的进步,汇集设计者的研究结晶,经过优化改进,地铁综合监控系统将会有更佳的系统性能及更低的系统造价。
 

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