趙越超 高昊 曹凱遠

摘 要：現(xiàn)階段，各地區(qū)通過大力發(fā)展地鐵交通業(yè)，擴大地鐵工程建設(shè)覆蓋面，有效緩解城市人口增加帶來的交通運輸壓力。為確保地鐵建設(shè)及后期運行能夠得到根本管控，需要利用云架構(gòu)技術(shù)，設(shè)計出功能完善的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)，確保該系統(tǒng)具有遠程監(jiān)控以及決策功能，可有效預(yù)防火災(zāi)等嚴重事故出現(xiàn)?；诖?，本文以云平臺為切入點，分析云架構(gòu)下地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路及設(shè)計要求，提出地鐵綜合監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計要點，以供參考。

關(guān)鍵詞：云架構(gòu);地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計

0 前言

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是保障地鐵安全高效運行的關(guān)鍵工具，在當(dāng)前綜合監(jiān)控系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中，經(jīng)常會受到各類因素影響，造成軟件、硬件失效或故障問題，嚴重影響到地鐵安全管控水平。因此為充分發(fā)揮出地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)重要作用，需要結(jié)合云架構(gòu)技術(shù)，對監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部功能進行不斷完善。

1 概述云平臺技術(shù)

云計算就是指動態(tài)伸縮虛擬化資源，借助互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)方式，為用戶提供更加精準高效的計算服務(wù)?！霸啤敝复\行及分布式系統(tǒng)，此系統(tǒng)由虛擬計算機構(gòu)成，在服務(wù)級別協(xié)議下被動部署，成為一個或多個統(tǒng)一的計算資源。

云平臺，是提供云計算服務(wù)的工具，可以在不受到物理資源限制的情況下，依照用戶需求對資源進行計算以及動態(tài)部署?，F(xiàn)階段我國地鐵監(jiān)控系統(tǒng)具有更加顯著的綜合性特征，原有分島控制自動化形式被打破，使地鐵在線監(jiān)控功能日漸完善。而通過將云計算及云平臺應(yīng)用在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，能夠使火災(zāi)報警、環(huán)境監(jiān)控、供電系統(tǒng)等多個檢測子系統(tǒng)集中到同一平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)管與控制目標。

2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要點

地鐵運行狀態(tài)綜合監(jiān)控工作主要就是在地鐵安裝在線監(jiān)控裝置后，依照監(jiān)控數(shù)據(jù)，對地鐵內(nèi)部設(shè)施運行狀態(tài)進行實時評估，確保地鐵運行全過程能夠受到科學(xué)管控?，F(xiàn)階段國內(nèi)地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)大多只能夠根據(jù)單個監(jiān)控參數(shù)的閾值開展實時狀態(tài)評估工作，評估結(jié)果較為單一。同時，地鐵狀態(tài)評估研究沒有考慮多個因素共同作用，需要在未來地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)過程中，重點研究多屬性地鐵設(shè)施狀態(tài)評估方式，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的輔助決策功能進行不斷完善。

2.1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目標

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要對地鐵內(nèi)部各子系統(tǒng)進行綜合管理，確保這些子系統(tǒng)能夠集成到同一系統(tǒng)界面管控。在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計期間，該系統(tǒng)應(yīng)具備信息處理功能，采用最優(yōu)化方式采集設(shè)備運行各類信息，對這些信息進行快速分析及處理，形成一個更加綜合開放的工作平臺，使各系統(tǒng)之間的信息資源實現(xiàn)公開共享目標。建立起各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動關(guān)系，節(jié)省地鐵系統(tǒng)日常管控成本，確保地鐵能夠安全高效運行。

單服務(wù)器環(huán)中，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的容積應(yīng)達120萬點。開關(guān)量變化反應(yīng)時間與報警響應(yīng)時間應(yīng)小于1秒，模擬量變化響應(yīng)時間需小于2秒，車站與中心控制系統(tǒng)發(fā)出到現(xiàn)場設(shè)施響應(yīng)時間的返回時間也許不超過2秒。服務(wù)器可選用工業(yè)級集成專用服務(wù)器，總控中心可采用具備切換供能的中央大屏幕顯示。

2.2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路

借助云架構(gòu)建立起的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)分為設(shè)備層、監(jiān)控層、應(yīng)用層三種形式。其中，設(shè)備層包括水平綜合布線、計算機網(wǎng)絡(luò)、電力監(jiān)管以及預(yù)警等系統(tǒng);控制層包括BMS計算系統(tǒng);應(yīng)用層屬于智能化集成模塊，應(yīng)當(dāng)具備信息共享以及應(yīng)用功能，確保地鐵設(shè)備運行狀態(tài)能夠更加直觀地呈現(xiàn)在計算機屏幕上，用戶可通過應(yīng)用層對各子系統(tǒng)的功能進行設(shè)定，實現(xiàn)地鐵綜合管理目標。

要求地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)采用主備冗余方式，通過中心實時服務(wù)器、歷史服務(wù)器、操作工作臺中使用硬件冗余方式，使系統(tǒng)內(nèi)各故障或交叉故障均可避免對車輛正常運行造成的不利影響。

3 云架構(gòu)下地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計流程

3.1 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)置

在將云架構(gòu)技術(shù)應(yīng)用在車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計過程中，需要將無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點、路由器節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點優(yōu)化組合，確保這些終端節(jié)點能夠合理布置在地鐵關(guān)鍵設(shè)備周邊，由協(xié)調(diào)器節(jié)點匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行壓縮，傳至終端。同時，在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)置期間，還需要選擇適宜的電源。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的運行能耗較低，可以選擇結(jié)構(gòu)簡單的蓄電池，保障供電可靠。

3.2 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

綜合控制系統(tǒng)界面設(shè)計。在控制界面中添加工程變量數(shù)值，確保用戶可以直接利用該界面更改此系統(tǒng)運行參數(shù)。繪制人機交互畫面，要求畫面中的圖形、顏色、文字及數(shù)據(jù)分布清晰，方便相關(guān)操作人員使用。

報表設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計。需要借助先進的BMS系統(tǒng)，制作自由報表，確保報表設(shè)計以及數(shù)據(jù)管理工作的功能能夠結(jié)合在一起。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計。要求地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)具有一定仿真功能，可在系統(tǒng)運行期間對數(shù)據(jù)進行全面統(tǒng)計處理。在原數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上配置底層設(shè)備運行信號仿真軟件，模擬監(jiān)控系統(tǒng)底層設(shè)備反饋數(shù)據(jù)信息。配備驅(qū)動文件，確保數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入以及集中管控功能。借助分布式儲存架構(gòu)，使數(shù)據(jù)庫的虛擬化功能能夠被充分發(fā)揮出來，提供虛擬機HA、儲存熱遷移功能，確保綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運行更加可靠。

3.3 地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警設(shè)計

在地鐵實際運行期間，內(nèi)部設(shè)備運行狀態(tài)會受到運行時長、運行負荷、日常管理水平等因素影響，因此綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)測值與各影響因素之間具有多變量、非線性關(guān)聯(lián)。由于此種關(guān)聯(lián)較為動態(tài)，傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警模型難以對此類因素進行精準預(yù)測，導(dǎo)致地鐵在線監(jiān)控功能與實際預(yù)期目標存在較大差異。

為切實提升地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)運行能力，可在構(gòu)建預(yù)警模型過程中，應(yīng)用具有先進自學(xué)習(xí)性、自適應(yīng)性功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對復(fù)雜非線性關(guān)系進行高效處理，確保在線監(jiān)控預(yù)測問題更加精準。

利用云平臺HA、熱遷移功能，縮短地鐵內(nèi)部設(shè)施故障發(fā)生時間，確保系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵任務(wù)能夠連續(xù)使用，在對故障問題進行及時預(yù)警的情況下，避免單個節(jié)點故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷問題出現(xiàn)。

3.4 地鐵綜合監(jiān)控決策功能設(shè)計

就目前來看，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行過程中存在狀態(tài)預(yù)測功能不完善、狀態(tài)評估功能不強、告警信息統(tǒng)計利用率不足等問題。為從根本上提升地鐵在線監(jiān)控實際運行效益，需在傳統(tǒng)決策功能基礎(chǔ)上，設(shè)計出更加完善的在線監(jiān)控預(yù)測評估輔助決策系統(tǒng)，對地鐵的風(fēng)險進行全面預(yù)估。

借助云管理平臺，負責(zé)云平臺資料管理、彈性調(diào)度與操作維護等功能，確保整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)均能夠通過云管理平臺呈現(xiàn)，具備用戶管理、集群管理以及業(yè)務(wù)模板管理等功能，配合地鐵輔助決策系統(tǒng)，提升綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用率。

4 總結(jié)

總而言之，利用云架構(gòu)技術(shù)設(shè)計出功能完善的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能夠切實提升系統(tǒng)運行期間的質(zhì)量及效率，幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)車站設(shè)施運行故障問題，為制定出專項的故障運維方案提供重要理論依據(jù)。為充分發(fā)揮出云架構(gòu)技術(shù)的可行性，相關(guān)工作人員還積極引進先進設(shè)計理念，不斷優(yōu)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對設(shè)計出的系統(tǒng)進行試驗運行，增強系統(tǒng)運行期間的技術(shù)可行性和經(jīng)濟適用性。

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