浅析城市轨道交通综合监控系统技术的应用
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【摘要】城市轨道交通综合监控系统(Intergrated Supervision and Control System ,以下简称ISCS)是一种工业自动化监控系统，主要基于数据服务器、监控工作站（PC机）、工业监控软件、工业控制器（如PLC）、局域网、现场总线、传感器/执行器等软硬件设备，实现特定的监控和管理功能。其原理是集数据采集、运算、存储、输出、控制于一体的综合控制系统。本文介绍了ISCS的发展历程、系统构成及其在城市轨道交通中的应用。ISCS的实施将保障地铁的正常运行，提高对事件的反应能力和处理速度，最大限度地保证列车、乘客和工作人员的安全，提升轨道交通的服务质量和综合运营效率，为实现城市轨道交通现代化运营管理提供基础信息。
【关键词】地铁；综合监控系统；系统集成
中图分类号： U231文献标识码： A
城市轨道交通系统是一种在专用轨道线路上组织的高速、大运量、准点的交通系统，必须保证其高度的安全性和可靠性。ISCS的建立，既可以实现各个系统之间的信息资源共享，确保相关系统间自动进行业务关联和事件联动功能，快速应对突发事件，又能通过ISCS的信息平台，提供系统维护关联的基础信息和设备档案关联，保证设备的使用和维护，进一步提高设备的完好率，降低运营成本。
1、ISCS的发展历程
我国ISCS主要经历了四个发展阶段：人工监控系统、分立监控系统、综合监控系统（初期）、综合监控系统。
（1）人工监控系统：最早期的地铁运营管理，是以人工为主的监控系统。由于技术局限性、各专业的监控主要依靠人工进行，操作者与管理者之间的联系，多以电话方式进行，该阶段运营管理水平较低，效率低下，各种设备运转未实现自动化。
（2）分立监控系统：各关键专业子系统按照自身技术特点，建立各自独立的计算机自动化系统，遵循三级控制、两级管理原则。
（3）综合监控系统的初期阶段：深度集成BAS、PSCADA，其他系统集成或互联，系统集成规模小，联动要求少，各子系统独立招标，系统接口管理工作复杂。
（4）综合监控系统：设备控制为主，实现设备的可靠控制，系统集成深度高，系统集成信息庞大，联动要求高。
2、ISCS的系统组成
2.1中央综合监控系统
中央综合监控系统主要是由中央监控网络、运行控制中心、冗余实时数据服务器、冗余历史数据服务器、磁盘数据阵列、磁带数据记录装置、各种操作人员工作站、冗余的数据互联系统的网关配置装置、连续电源、打印机、网络运行系统、大屏幕显示系统等部分所构成的，一般是用于监视全线各个车站的具体子系统的工作运行状态，实现中央级的实际操作控制功能。ISCS在中央监控中心主要设置了中央级别的监控网络管理工作站，中央级别的监控网络关键之处在于冗余配置形式的以太网交换机。2.2车站、车辆段及停车场综合监控系统
车站相应的综合监控系统一般是由车站监控网络、车站服务器、车站操作人员工作站、前端数据处理器、双屏显示值班站长操作站、双屏显示值班人员操作站、车站数据互联系统的网关配置装置、打印机、综合后备盘等部分所构成，通常用于监视车站中各个子系统的工作运行状态，可以有效地完成车站级的具体操作控制功能。车辆段及停车场综合监控系统（DISCS）设备主要由交换机、服务器、磁盘阵列、操作员工作站、前端处理器（FEP）、在线式后备电源和事件打印机等组成，通常用来监视车辆段及停车场中各个子系统的工作运行状态，可以有效地完成车辆段及停车场级的具体操作控制功能。
2.3ISCS主干网络
ISCS主干网用于全线各车站、车辆段、停车场、控制中心局域网之间的互联，它是由设在车站、车辆段、停车场、控制中心等地点的交换设备及交换设备之间的区间光缆构成。ISCS的主干网络大部分已经使用数据传输速率是1000Mbit/s的以太网交换机实现数据传输功能的单一通信网络节点。
2.4综合后备盘
车站的车控室通常情况下会设置相应的综合后备盘，在发生紧急状况时启动有关重要设施的后备控制功能。根据各种不同站设施配置与车控室布置的具体区别，应当合理地采用一站一设计的思想。各个车站控制室的IBP柜、工作台的体积大小都需要根据房间大小而进行专门设置，控制室不但需要具备高效形式的车站控制功能，同时在总体美观方面具有相当高的规范标准。
2.５ 集中告警系统
集中告警系统（IAS）可对ISCS的主要监控设备进行集中告警，从而帮助运营维修人员更方便、更高效率地完成维修工作。
2.６ 培训管理系统
设置培训管理子系统（TMS）的目的是使学员处于模拟仿真的ISCS操作环境,对学员进行各种ISCS的培训操作，包括仿真单点的设置、遥控、组控、模式控制等功能。TMS系统是独立的系统，配置有独立的培训系统软件。
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3、ISCS在城市轨道交通中的应用
以国内某条地铁线路的ISCS为例，采用美国GE的Railedge软件作为核心软件平台，集成了PSCADA（变电所综合自动化系统）、BAS（环境与设备监控系统）、FAS（火灾自动报警系统）、ACS（门禁控制系统）、PSD（屏蔽门系统）等，互联了PA（广播系统）、CCTV（闭路电视监视系统）、PIS（乘客信息系统）、AFC（自动售检票系统）、SIG（信号系统）、CLK（时钟系统）、通信集中告警系统等。
国内某条地铁线路ISCS系统构成如图1所示：
图1 国内某条地铁线路的ISCS系统构成
3.1 监控功能
该线路的ISCS主要监控功能有：单点控制、序列控制、模式控制、时间表控制、远程组控、系统联动控制、焓值控制、设备状态监视和趋势记录等相关内容。
3.2 管理功能
ISCS可以进行安全认证管理、操作权限管理、系统维护管理、报警管理、文件管理、报表管理和打印管理等与运营有关的管理内容。3.3 控制中心调度功能
ISCS为总调、电调、环调、客调、维调提供统一平台，为行调提供支持性平台，保障地铁的安全高效运行，提高对事件的响应能力和处理速度，最大限度地保证列车、乘客和工作人员的安全，提升了轨道交通的服务质量和综合运营效率，实现了地铁各子系统信息互通、资源共享，提升自动化水平，达到了减员增效的目的，同时为实现城市轨道交通信息化建设提供了支持和保障。
3.4 车站级调度功能
ISCS采用区域中心模式，全线车站级分为区域中心站与普通站，区域中心站对周边的2-3个普通站进行相关的监控和运营管理，实现了信息集中、资源共享的目的。当中心调度故障时管理权限由相应区域中心代为接管，当普通车站调度故障时管理权限由区域中心站全权接管。
3.5 维调与维修管理
在控制中心设置维修调度，负责监视全线所有ISCS管辖范围内的机电设备工作状态，监视设备故障，派发维修工单，监督设备维修情况，查阅历史数据并打印统计报表。 在车辆段/停车场设置了综合维修告警系统，系统支持集中报警和维修管理的功能。
3.6 培训仿真测试系统
（1）仿真测试系统：
模拟ISCS操作环境和实际运行环境，并可以对主要的地铁ISCS硬软件产品进行测试，便于管理人员和技术人员掌握系统的响应性、稳定性等性能指标，不断提高运营管理和技术水平。
（2）培训系统：
通过对运营调度人员和设备维修及系统维护人员的培训，使他们能掌握主要机电系统设备的工作原理、设备性能、故障识别和处理，保证轨道交通系统的正常运营。
该线路的ISCS打造全运营概念的综合监控系统，真正实现调度、维修一体化的全运营管理系统。从而达到运营调度、救灾指挥统一平台的目标。
4、结束语
当前阶段在全世界范围内对ISCS的争论性问题不断增多，已经投入运行的ISCS出现各种工作模式共存的情况，其中有广州市的地铁多控制中心结构，香港、西安地铁在车站建立区域控制级的运行方式等方面。南京市的地铁1号线南延线应用了并行数据库的工作模式，在城市轨道交通行业领域中体现出一定的代表意义。选择哪种具体的ISCS结构，主要的理论根据是车站对应的监控模式、各种不同的集成范围与集成深度、中央级和车站级相互之间的耦合程度、车站之间的耦合程度等方面。要保证ISCS能够最大程度地发挥出优势，应当根据实际使用需求进行具体设计。伴随着时间的发展趋势，ISCS将不断扩大研究设计者的成果，通过优化完善之后，将会展现更理想的系统功能与更低廉的造价成本，在城市轨道交通行业领域中实现广泛应用目标。