辛 鑫，李 潔，張致宏

（1.北京市地鐵運營有限公司 技術(shù)創(chuàng)新研究院分公司，北京 100082；2.地鐵運營安全保障技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100082；3.北京市地鐵運營有限公司 供電分公司，北京 100082）

城市軌道交通專用通信系統(tǒng)是為運營管理和設(shè)備維修提供通信條件、傳輸各種調(diào)度命令信息、為旅客提供必要的信息服務(wù)的綜合系統(tǒng)，主要包括傳輸、無線通信、公務(wù)電話、專用電話、視頻監(jiān)視、時鐘、廣播、電源、乘客信息等9 個子系統(tǒng)[1-3]。每個子系統(tǒng)均有獨立的網(wǎng)管系統(tǒng)，分別負責(zé)各自線路系統(tǒng)設(shè)備的故障管理、性能管理、數(shù)據(jù)配置管理等。截至2022 年底，北京市軌道交通運營總里程797.3 km，運營線路27 條。隨著軌道交通規(guī)模的不斷擴大，對設(shè)備的運營管理需求也在不斷提升，管理系統(tǒng)按照“一線一中心”的建設(shè)模式難以支撐運行管理的新需求[4]。為加強設(shè)備的集中管理，有必要建設(shè)綜合管理系統(tǒng)對專用通信各子系統(tǒng)設(shè)備進行集中監(jiān)視、管理和控制。本文以北京地鐵專用通信系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方案，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)設(shè)備的有效管理。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文采用標(biāo)準統(tǒng)一的接口設(shè)計、組件化設(shè)計、分層架構(gòu)設(shè)計思想，將城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為4 層，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1 采集層

通過不同的采集手段設(shè)計相應(yīng)的功能組件[5]，實現(xiàn)對專用通信各子系統(tǒng)、各線路設(shè)備的資源數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、各子系統(tǒng)登錄日志和操作日志的采集。

1.2 數(shù)據(jù)層

采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信息完善、數(shù)據(jù)標(biāo)準化等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將采集到的性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對采集原始數(shù)據(jù)的存儲、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

1.3 應(yīng)用層

搭建服務(wù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)系統(tǒng)管理、資源管理、性能管理、告警管理、拓撲管理、業(yè)務(wù)監(jiān)視、音源管理、能耗分析、播放監(jiān)視等各類業(yè)務(wù)功能，為資源管理人員掌握信息資源，提供分析決策的支撐。

1.4 展現(xiàn)層

采用B/S 架構(gòu)，向用戶提供可視化界面，實現(xiàn)各線路設(shè)備運行狀態(tài)信息和告警信息的實時呈現(xiàn)。

2 系統(tǒng)功能

城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可根據(jù)用戶實際需求，擴展設(shè)計相應(yīng)的功能[6-8]。系統(tǒng)功能如圖2 所示。

圖2 專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)管理

（1）用戶管理、角色管理：具備用戶和角色的增加、刪除、修改、查詢操作。

（2）權(quán)限管理：為不同級別的用戶分配相應(yīng)的功能操作權(quán)限和數(shù)據(jù)管理范圍權(quán)限。

（3）登錄管理：對登錄系統(tǒng)的用戶進行鑒權(quán)。

（4）日志管理：對用戶的登錄信息和操作信息進行記錄并生成訪問日志和操作日志。

2.2 資源管理

（1）資源采集：可以周期性采集各子系統(tǒng)設(shè)備資源信息的功能，同時可對資源數(shù)據(jù)采集周期進行配置。

（2）資源維護：具備線路、機房、車站等資源數(shù)據(jù)的新增、修改和刪除功能。

（3）資源查詢：通過對設(shè)備所屬設(shè)備廠商、設(shè)備名稱、設(shè)備型號等條件進行組合查詢，獲得系統(tǒng)設(shè)備的詳細屬性。

2.3 性能管理

（1）性能數(shù)據(jù)采集：可以周期性采集各子系統(tǒng)設(shè)備性能指標(biāo)的功能，同時可對性能指標(biāo)采集周期進行配置。

（2）性能數(shù)據(jù)處理：將采集到的原始數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，生成標(biāo)準格式的數(shù)據(jù)文件并上傳至服務(wù)器。

（3）性能數(shù)據(jù)存儲：通過網(wǎng)絡(luò)采集到的性能數(shù)據(jù)在系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)庫，保留期間可由系統(tǒng)靈活設(shè)定并修改。

（4）性能數(shù)據(jù)呈現(xiàn)：通過設(shè)備名稱、數(shù)據(jù)采集開始時間、性能參數(shù)名稱等查詢條件進行歷史性能數(shù)據(jù)的查詢，以表格或直方圖、趨勢圖等形式呈現(xiàn)查詢結(jié)果；

（5）性能門限管理：可以設(shè)置和修改性能指標(biāo)的閾值門限，門限設(shè)置支持三級（緊急、主要、次要）告警；

（6）性能越限處理：根據(jù)設(shè)置的門限和采集的性能數(shù)據(jù)值，自動產(chǎn)生性能告警，通過圖形或表格等方式進行呈現(xiàn)，提示進行處理；

（7）性能分析：可對設(shè)備歷史性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計以及趨勢分析。

2.4 告警管理

（1）告警采集：實時采集各子系統(tǒng)設(shè)備的告警，支持專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)與各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)告警的同步；

（2）告警處理：具備告警數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、信息完善和告警轉(zhuǎn)發(fā)的功能，系統(tǒng)接收到告警后，調(diào)取發(fā)生告警設(shè)備的相關(guān)資源信息，擴充完善告警的關(guān)鍵屬性信息，如廠商信息、設(shè)備所屬的區(qū)域信息、設(shè)備型號信息等，經(jīng)過數(shù)據(jù)適配、過濾、分揀和存儲，用圖表、顏色、聲音等向運營維護人員提示有關(guān)告警信息和告警統(tǒng)計信息；

（3）告警存儲：可以對告警信息的存儲、備份；

（4）告警標(biāo)準化：根據(jù)業(yè)務(wù)需求，對各線路設(shè)備告警進行告警標(biāo)準化信息重定義，包括告警級別、告警名稱、告警類別、對業(yè)務(wù)的影響等；

（5）告警呈現(xiàn)：通過聲音、拓撲圖圖標(biāo)顏色變化呈現(xiàn)系統(tǒng)的實時告警信息，并將告警名稱、設(shè)備名稱、IP 地址等信息及時通知相關(guān)運維人員；

（6）告警清除：具備自動清除和手動清除信息功能；

（7）告警查詢：通過對線路名稱、車站名稱、時間、廠商、設(shè)備類型、告警名稱等條件進行組合查詢，獲得系統(tǒng)歷史、當(dāng)前的告警信息數(shù)據(jù)；

（8）告警知識庫：知識提交、知識檢索和知識庫可以聯(lián)動，運維人員可以通過知識庫查找解決故障方法。

2.5 拓撲管理

（1）拓撲展示：通過城市軌道交通線網(wǎng)組織圖和設(shè)備拓撲圖，顯示系統(tǒng)管理范圍內(nèi)的站點、設(shè)備分布和各站點設(shè)備的告警狀態(tài)。

（2）拓撲監(jiān)視：通過拓撲圖圖標(biāo)的顏色變化實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備告警狀態(tài)監(jiān)視、性能狀態(tài)監(jiān)視和告警數(shù)量監(jiān)視功能。

（3）拓撲圖操作：具備視圖的顯示控制功能，可以實現(xiàn)視圖的放大、縮小、移動和還原，具備基本信息查詢功能，在拓撲圖上顯示所查詢設(shè)備的基本屬性信息、告警信息和性能指標(biāo)。

2.6 業(yè)務(wù)監(jiān)視

支持全線路攝像頭的任意點播、實時視頻預(yù)覽，支持單畫面、多畫面的點播切換；支持攝像頭的分線路、站點的樹狀展示、搜索定位，支持故障攝像頭的關(guān)聯(lián)告警查看。

2.7 音源管理

可呈現(xiàn)廣播線路網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)保存的音頻文件列表，并根據(jù)需要按時間段查詢、下載、試聽其中某個音頻文件，例如車站實時錄制的廣播文件、話筒音頻文件等。

2.8 能耗分析

通過列表方式呈現(xiàn)能耗單價信息，用戶可在列表上增加、刪除、修改能耗單價信息。系統(tǒng)根據(jù)能耗單價可計算出各類用電的能耗費用；可通過列表和圖形（如：柱圖、餅圖、曲線）方式呈現(xiàn)站點用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)；可按照不同的空間粒度（線路、站點類型）和不同的時間粒度（日、月、季），生成站點用電量TOP 排名和站點用電量統(tǒng)計報表。

2.9 播放監(jiān)視

支持監(jiān)視播放器發(fā)布狀態(tài)及實際顯示效果的功能，實時顯示指定車站指定顯示終端的當(dāng)前播出畫面。

3 關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)涉及專業(yè)、線路、設(shè)備較多，且不同建設(shè)時期的線路網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)采用的品牌、型號不一，不同廠商網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的北向接口數(shù)據(jù)格式、接口協(xié)議不盡相同。

3.1 數(shù)據(jù)采集

通過收集資源數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和操作指令數(shù)據(jù)等各子系統(tǒng)不同類型的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)可制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，保證接口的規(guī)范性、易擴展和易維護性。資源數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備資源對象和屬性數(shù)據(jù)量小、時延要求低，可采用文件傳輸協(xié)議或安全文件傳輸協(xié)議；性能數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備性能對象和性能指標(biāo)，數(shù)據(jù)量大、時延要求較低，可采用文件傳輸協(xié)議或安全文件傳輸協(xié)議；告警數(shù)據(jù)接口用于采集各子系統(tǒng)設(shè)備告警信息，時延要求較高，可采用傳輸控制協(xié)議；操作指令接口用于下發(fā)相關(guān)操作指令，時延要求較高，可采用超文本傳輸協(xié)議。

3.2 數(shù)據(jù)處理

對上傳的數(shù)據(jù)進行分類、匯總、分析、加工和處理。數(shù)據(jù)處理模塊對線路、機房、車站等資源數(shù)據(jù)的新增、修改與刪除；因為廠商設(shè)備采集的數(shù)據(jù)不一致，要對采集到的原始數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，映射為與廠商無關(guān)的測量參數(shù)，并將標(biāo)準格式數(shù)據(jù)上傳到指定服務(wù)器；實現(xiàn)對告警信息進行標(biāo)準化處理，對各專業(yè)設(shè)備告警進行告警標(biāo)準化信息重定義。

3.3 數(shù)據(jù)可視化

通過表格或圖形（如：直方圖、趨勢圖）等方式對設(shè)備所屬設(shè)備廠商、設(shè)備型號、設(shè)備名稱等資源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集開始時間、性能參數(shù)名稱等性能數(shù)據(jù)進行組合查詢；告警數(shù)據(jù)可通過告警監(jiān)視窗的形式呈現(xiàn)設(shè)備的實時告警信息，系統(tǒng)可對告警級別進行區(qū)分，進行聲音和顏色的提示。

4 應(yīng)用案例

目前，北京市地鐵運營有限公司在分析城市軌道交通多條線路專用通信系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀與運營現(xiàn)狀，以及網(wǎng)絡(luò)化運營對專用通信路網(wǎng)綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，對專用通信路網(wǎng)綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析進行了系統(tǒng)化研究，并以視頻監(jiān)視系統(tǒng)和電源系統(tǒng)為例，開發(fā)了城市軌道交通專用通信視頻監(jiān)視綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和電源綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如圖3、圖4 所示。

圖3 視頻監(jiān)視綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)界面

圖4 電源綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)界面

5 結(jié)束語

目前，各線路采用“一線一中心”的網(wǎng)管設(shè)計建設(shè)模式，不同專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)采用煙囪式分散建立，設(shè)備種類、數(shù)量多，管理分散，數(shù)據(jù)集成度低、互聯(lián)互通性差，維護成本高。本文基于城市軌道交通專用通信系統(tǒng)各條線路網(wǎng)絡(luò)管理現(xiàn)狀，提出了專用通信綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，有效地降低軌道交通運營維護成本、提高運營維護效率、提升運營安全性和穩(wěn)定性。