一种轨道交通综合监控系统运行模式的实现

 

　　1 综合监控系统概述

　　城市轨道交通作为大运量、高密度的快速交通方式，对城市交通的重要作用日益显现。在城市轨道交通运营中，为了保证旅客安全、列车有效运营、设备正常工作，必须对系统各个环节进行监控管理。

　　初，国内轨道交通监控大多处于由多个计算机网络系统辅助监控的状态，各分立系统按照自身的技术特点，不同程度地应用了计算机技术和网络技术。然而，它们的硬件平台与软件平台是分立的，联络困难且成本高，有些系统间甚至难于沟通，无法适应轨道全自动无人驾驶的发展需要。近年来，随着科学技术的进步和计算机集成技术的发展，通过统一平台将多个地铁机电系统进行集成的设想成为了可能。它是通过建立单一的软硬件平台，将城市轨道交通的上述分立系统的管理和监控功能集中起来，形成统一的运行平台和综合监控体制，实现各种基础数据的统一管理，以及相关系统之间的数据共享。进而增强系统内部及系统之间的业务关联与联动处理的效率，提高城市轨道交通监控系统的自动化程度以及对突发事件的反应能力和处理速度。该系统在国际上，例如香港、新加坡、欧美都已有多个成功运营。近年来，国内也已经在上海、广州、北京等多条轨道交通线路上设置了综合监控系统，并取得了丰富的建设和运营经验。

　　2 综合监控系统的总体构成

　　2.1 综合监控系统集成方式

　　由于集成范围和集成深度的不同，综合监控系统可分为以下几种方式。

　　2.1.1 从集成范围划分

　　综合监控系统从集成范围来划分，可分为完全集成、准集成和部分集成3种方式：

　　2.1.1.1 完全集成：以ATC系统为基础与，将通信、信号、控制系统及所有弱电监控系统集成为一个系统，是一种理想的集成方案。但涉及面太广，技术十分复杂，目前实施难度太大。

　　2.1.1.2 准集成：除主要通信系统、涉及行车安全的ATC系统、涉及资金安全的AFC系统外，将多种监控系统集成为一个系统，既可以明显改善目前分立系统凌乱的局面，又便于系统联动功能的实施，能够较大地提高轨道交通系统运营调度的自动化水平。

　　2.1.1.3 部分集成：将部分功能单一的监控系统（如FAS、BAS、SCADA等）集成为一个系统，优点是实施容易，缺点是对提高轨道交通系统整体运维效果不大。

　　2.1.2 从集成深度划分

　　综合监控系统从集成深度来划分，有现场层集成-完全集成（深度集成）、执行层集成-准集成、管理层集成-表层集成（顶层集成）等3个集成深度方案。

　　2.1.2.1 顶层集成：在OCC和车站的监控层将子系统集成。综合监控系统在管理层面汇集、处理各子系统的数据，实现各子系统间的信息共享、交互及系统联动功能。这种方案的优点是实现简单，但仍然存在车站级设备及接口种类多、实现联动困难等缺点，这种方案集成度。

　　2.1.2.2 准集成：现场采集、驱动设备与执行层之间的通信协议均为系统内部协议，2层设备密不可分，一般综合监控系统不选择在此层面进行集成。

　　2.1.2.3 现场级集成（深度集成）：采用同一软件平台将被集成的子系统完全集成在一起。被集成子系统的中央层、车站监控层和控制层被集成在综合监控平台上，它们的功能都由综合监控软件来实现。系统应用软件完全统一，数据处理简约、迅速，系统间联动功能种类多、安全、简捷，综合监控系统与各子系统间的配合协调工作，由综合监控系统集成商来完成，减轻了建设方的工程管理工作。

　　深度集成的综合监控系统，是我国地铁工程实践中自主创新出的一种类型。它克服了顶层集成的缺点，采用同一种软件平台将被集成子系统完全融入综合监控系统，软件平台可延伸至现场级，可完成实时控制与远动功能，系统的有效性、响应性好。

　　2.2 综合监控系统集成范围

　　城市轨道交通的综合监控系统包括电力监控与数据采集（PSCADA）、环境监控（BAS,机电设备监控EMCS）、火灾自动报警（FAS）、广播（PA）、闭路电视（CCTV）、无线通信（RADIO）、门禁（ACS）、自动售检票（AFC）、乘客信息（PIS）、时钟（CLK）、屏蔽门（PSD）等系统。根据各子系统的分布和功能，城市轨道交通综合监控系统的功能可分为控制中心级、车站监控级和车站现场级监控系统，它们与调度指挥、信号、车辆信息等系统均有接口：

　　（1） 控制中心级监控系统

　　位于控制中心，主要完成线路运营、控制列车的安全运行，确保乘客的安全，保证与乘客的通话、车站信息牌和乘客监控。当系统处于正常工作模式时，中央级具有控制级别。

　　（2） 车站级监控系统

　　位于各车站、车辆段及变电所，主要服务对象是车站值班员。当系统处于正常工作模式时，车站级只起监视作用。当控制中心下放控制权和紧急事件发生时，车站级可以对管辖范围内的环境、设备和乘客进行监控。

　　（3） 现场级监控系统

　　由各种智能监控对象和通过通信控制模块监控的非智能监控对象组成，位于各监控对象附近，具备接口转换、信息采集、传送、汇聚、命令接受、执行和反馈等功能。现场级控制主要用于系统/设备试验、维修调试和紧急情况。

　　3 综合监控系统的功能

　　为了保证综合监控系统各级监控系统内部及子系统之间的数据的交换，需要为综合监控系统建立一套可靠的网络平台。综合监控通讯网络平台需要具有以下的特点：（1）冗余及容错性：综合监控系统内部子系统众多，数据交换方式复杂，难免会出现不可预测的问题。为了保证综合监控系统数据正常传输，要求综合监控网络具有一定的冗余能力，并且在局部出现故障时仍然能够正常的工作。（2）确定性：确定性包括两个层次，是数据传输的确定性，也就是数据包能够在确定的时间内到达，满足控制系统对数据实时性的要求；第二是故障恢复的确定性，在系统出现故障时，能够在确定的时间内恢复正常，保障系统数据的完整性。（3）安全性：网络应可以实现分布式的安全布署，能够进行访问控制，MAC地址绑定和过滤，系统隔离等。（4）可扩展性：对于网络的扩展，应该灵活、方便，并且不能影响其他系统的正常工作，系统扩展时，其他网络设备无需更改设置，网络路由依然是明确的。系统升级时，和原有设备应该是兼容的，不至于浪费原有的投资。（5）可管理性：网络管理对于系统的运营至关重要，对于本系统，采用图形化的网管，能够管理到所有的网络设备的每一个端口，包括整个端口的配置，告警，流量监控、分析，以便网络管理员能快速、准确地检查整体网络的运行情况，有效找到网络热点，快速诊断并在故障蔓延以前加以排除。该网管还要有通用软件接口，便于集中监控系统对通信网络设备的监控。（6）系统统一性：系统应采取一体化的网络通信方案，整体设计；避免由于系统不同层次之间的技术分离，带来网络资源充分利用和管理等的不便

　　3.1 正常工况下系统功能

　　当正常情况下，总调将负责综合监控系统及各子系统的调度与管理工作，协调相关业务台间的工作，共享网上各子系统的运行信息，协调完成相关调度台之间的配合工作，监视各系统设备的相关运行状态。

　　综合监控系统在日常监控管理模式下，OCC监控着全线各车站、各有关系统。根据预排时序和规定模式定时起停各种设备，并可根据列车运行信息、客流信息、环境探测参数调整供电、照明、环控、引导显示、售检票等系统参数，监控各系统工作状况。

　　3.2 火灾模式下的联动控制功能

　　当火灾发生时，根据现场的实际情况，制定相关的应急处理措施，及时决策，并监督防灾指挥台完成各项程序，有效指挥。

　　当车站、控制中心的现场探测设备确认火灾报警信息后，OCC自动转为防灾指挥中心，并自动切换到全系统的灾害模式。此时综合监控系统将综合现场报警信息、列车位置等有关的信息，使各有关系统协调工作。

　　控制中心的环调工作站，自动成为防灾指挥中心站，推出防灾指挥主画面；大屏幕系统可按火灾模式分割画面，成为指挥中心系统的显示窗口，向行调发送火灾报警信息。各车站环控系统、防排烟系统、消防泵站、屏蔽门、动力照明系统、门禁系统、广播系统、乘客资讯系统、CCTV系统、自动售检票系统等，自动进入火灾模式，按照预定的方式，同时、自动进入相应的工作状态。

　　3.3 阻塞模式中央联动功能

　　在阻塞发生时，根据现场的实际情况制定相关的应急处理施，配合OCC指挥中心人员，协调各业务台间的工作，及时决策、有效指挥。

　　当列车在站台、隧道区间受阻时，地铁运营部分受阻滞，综合监控系统收到ATS传来的信息后，自动进入阻塞模式，OCC大屏幕发出进入阻塞模式的消息，报警体系在OCC和各车站车控室提醒操作员进入阻塞模式，并在OCC大屏幕和车控室的值班员工作站，显示屏上显示列车的位置、状态、运行方向等信息，各有关系统也将协调互动，协助OCC调度人员消除阻塞。

　　3.4 故障模式中央联动功能

　　当主要系统设备出现重大故障，影响地铁系统的安全运行或危及设备、人身安全时，综合监控系统自动进入故障模式，OCC大屏幕发出进入故障模式的消息，报警体系在OCC和各车站车控室提醒操作员进入故障模式，各有关系统也将协调互动。

　　3.5 维护模式中央联动功能

　　当正常情况下，维调负责掌握各业务台监控范围内相关运行设备的运行技术状态信息，建立设备台帐，组织制定综合维修计划和措施，向相关业务台提供设备维修计划，作好维护管理工作。组织指挥定期或临时的现场设备的维修工作。

　　当列车运行结束后，如要进行隧道结构、线路、接触网等重要系统的维护时，综合监控系统进入维护模式，各有关系统也将协调互动。

　　3.6 异常情况下的维调功能

　　当火灾发生或阻塞发生时，配合灾害指挥台，参与灾害、事故救援等工作，了解现场设备的运行状态，掌握灾后的设备运行情况，根据实际情况制定维修计划和措施。

　　4 各种工况下综合监控系统协调工作模式

　　4.1 正常情况下系统工作模式

　　正常情况下，综合监控系统进入正常工作模式，也就是综合监控系统的日常监控管理模式，OCC监管着全线各车站、各系统。车站综合监控室监管着车站里的各系统。

　　4.2 火灾发生时各系统间的互动

　　当车站、控制中心的现场探测设备确认火灾报警信息后，OCC自动转为防灾指挥中心，并自动切换到全系统的灾害模式。此时，综合监控系统将综合现场报警信息、列车位置等有关的信息，使各有关系统协调工作。

　　控制中心的环调工作站自动成为防灾指挥中心站，推出防灾指挥主画面；大屏幕系统可按火灾模式分割画面，成为指挥中心系统的显示窗口。

　　当FAS确认火灾报警信息，综合监控系统自动启动全系统灾害模式，此时综合监控系统将综合FAS报警信息、CCTV实时画面、全线列车运行状况等信息，监控各系统协调工作。

　　整个地铁运行自动对火灾快速反应，自动进入有序、协调的防灾工作模式，防灾的全过程又可在OCC大屏幕上有序、有层次地显示出来。

　　4.2.1 火灾发生在车站区域

　　当车站站厅或站台发生火灾时，BAS系统会接收来自FAS的火灾报警信号，以及相应的模式。

　　（1）本车站综合控制室自动成为防灾指挥中心，同时通知控制中心，让控制中心协调调度全线车辆运行；

　　（2）FAS监控站自动成为防灾指挥工作站，弹出防灾指挥主画面；

　　（3）BAS按火灾模式控制命令工作，车站隧道风机、站台风机按车站监控主站模式命令工作，电梯、扶梯进入防灾位置；

　　（4）电力SCADA系统切断本站非消防电源，启动事故照明；

　　（5）车站售检票机闸门的电源为非消防被切断，售检票工作停止；

　　（6）门禁系统的被控门将自动解禁；

　　（7）按旅客疏散方向，有的屏蔽门打开，协助旅客疏散，有的关闭，防止烟气进入站台；

　　（8）全线列车按火灾位置信息进行防灾运行（控制中心调度）；

　　（9）CCTV自动控制相关摄像机，对准事故现场和旅客疏散通道，在防灾指挥中心（OCC）大屏幕上弹出视频实时监视画面；

　　（10）广播系统自动选区广播火灾模式下的消息，包括火灾发生地、火灾情况、旅客疏散方向、列车的位置及运行方向等；

　　（11）乘客导引系统和车站信息系统播出各种来自防灾中心的乘客导引命令信息，车站等离子屏主要播放与灾害有关的实时信息和防灾指挥信息。

　　（12）控制中心大屏幕系统可按灾害模式分割画面，成为防灾指挥系统的显示窗口。

　　4.2.2 火灾发生在隧道区域

　　隧道发生火灾时，报警信息是OCC环调综合监控系统提供的列车位置信号和列车司机口头的车头、车尾着火信息形成，相应的模式也是人为判断的。由OCC环调手动触发相应的模式，或者OCC环调通知对应车站操作员。

　　（1）控制中心自动成为防灾指挥中心，指挥火灾发生区两相连车站，控制中心协调调度全线车辆运行；

　　（2）FAS监控站自动成为防灾指挥工作站，推出防灾指挥主画面；

　　（3）火灾发生区两相连车站环控通风系统按火灾模式控制命令工作，车站隧道风机、站台风机按车站监控主站模式命令工作；

　　（4）电力SCADA系统切断火灾发生区两相连车站非消防电源，启动事故照明；

　　（5）火灾发生区两相连车站BAS系统电梯、扶梯进入防灾位置；

　　（6）火灾发生区两相连车站售检票机闸门的电源为非消防被切断，售检票工作停止；

　　（7）火灾发生区两相连车站门禁系统的被控门将自动解禁；

　　（8）让旅客迎新风疏散方向疏散；

　　（9）全线列车按火灾位置信息进行防灾运行；

　　（10）CCTV自动控制相关摄像机，对准事故现场和旅客疏散通道，在防灾指挥中心大屏幕上推出视频实时监视画面。

　　4.3 阻塞发生时各系统的互动

　　当列车在站台、隧道区间受阻时，地铁运营部分受阻滞，综合监控系统收到ATS传来的确认信息后，自动进入阻塞模式，OCC大屏幕发出进入阻塞模式的消息，报警体系在OCC和各车站车控室提醒操作员进入阻塞模式，并在OCC大屏幕和车控室的值班员工作站显示屏上显示列车的位置、状态、运行方向等信息。各有关系统也将协调互动，协助OCC调度人员消除阻塞。

　　（1）BAS按OCC的模式控制指令进行模式控制相关的风机，空调按模式指令动作，加大站台通风量和制冷量；

　　（2）车站设备的电梯、扶梯按阻塞工况运行，接受综合监控系统的指挥；屏蔽门自动打开，疏散旅客；

　　（3）CCTV的摄像机对准阻塞现场和旅客疏散通道，并在车站视频显示器和OCC大屏幕显示出来，供指挥人员使用；

　　（4）广播系统按阻塞模式广播（按照实际情况决定是否广播和广播的内容）；

　　（5）旅客导引和车站信息系统在终端显示屏上指导旅客疏散，并且反映列车的运行状况；

　　（6）在OCC和车站综合监控室的监控画面上显示列车的位置、状态、运行方向等信息，协助OCC指挥长指挥消除阻塞。

　　5 结论

　　（1）通过多方案比较，综合监控系统采用深度集成，不集成信号、AFC,互联FAS系统的方案是比较适宜的。

　　（2）在地铁运行中的正常、阻塞、故障、维护、站台火灾、站厅火灾、区间火灾等不同工况下，各机电子系统应按照综合监控系统预定的方案协调运行，才能充分发挥综合监控系统的作用，有效地提高城市轨道交通运营自动化管理水平。