武澤東

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）

1 引言

目前，我國的城市軌道交通正在朝著全面數(shù)字化、自動(dòng)化、高度智能化的方向發(fā)展。綜合監(jiān)控系統(tǒng)為城市軌道交通的運(yùn)行提供了一個(gè)高效、統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)，特別是通過高效的分層、分散的計(jì)算機(jī)集成技術(shù)。應(yīng)改為通過分層、分散的計(jì)算機(jī)集成技術(shù)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)為城市軌道交通的運(yùn)行提供了一個(gè)高效、統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一種以主干網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的大規(guī)模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)專業(yè)的數(shù)據(jù)采集與控制。

2 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀概述

智能化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)是指將彼此孤立的各設(shè)備控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)化的方式進(jìn)行連接，并監(jiān)控或協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)設(shè)備的工作，為乘客提供一個(gè)便利、快捷、舒適的乘車環(huán)境。在災(zāi)害來臨時(shí)，最大程度地保障人身和財(cái)產(chǎn)安全，以達(dá)到“安全、高效、優(yōu)質(zhì)服務(wù)”的智慧城市軌道交通系統(tǒng)。智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括電力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、車站輔助設(shè)備監(jiān)控、通訊監(jiān)控、列車運(yùn)行監(jiān)控、決策支持等6大系統(tǒng)。

3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，多采取分層管理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。一般采用二級(jí)管理、三級(jí)控制模式，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為中心控制層、車站控制層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。

1）中央級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

通過對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)中心級(jí)的功能進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和二次處理，使其具有統(tǒng)計(jì)報(bào)表、中心聯(lián)動(dòng)、程序控制等多種功能。隨著信息與資源的日益增長(zhǎng)，集中式綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定、方便地?cái)?shù)據(jù)共享與傳輸，為路網(wǎng)指揮中心、供電局地方調(diào)度中心提供數(shù)據(jù)支持。通過這些技術(shù)的綜合運(yùn)用，可以確保高品質(zhì)的城市軌道交通運(yùn)行[1]。

2）車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)

在每個(gè)站點(diǎn)都配備一個(gè)綜合的站級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)整合和聯(lián)網(wǎng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠從被控系統(tǒng)中讀出數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)等操作，從而真實(shí)地反映出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)；車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)功能，為日常運(yùn)行提供了更多的可能性，并使各站點(diǎn)的值班人員可以單獨(dú)地進(jìn)行監(jiān)控。

目前，在軌道交通工程中，多采用分層、分布式的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，但由于不同的運(yùn)營(yíng)要求，不同的系統(tǒng)會(huì)有不同的應(yīng)用，比如中央集中式的系統(tǒng)，依靠以太網(wǎng)的連接功能，與各個(gè)站點(diǎn)的自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，避免了總投入加大。

3）綜合監(jiān)控系統(tǒng)與自動(dòng)化子系統(tǒng)的集成、互聯(lián)

通過集成方式或互聯(lián)方式的應(yīng)用，可以對(duì)各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的解決方案。

首先，集成子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)中央、站兩級(jí)的上位機(jī)的監(jiān)控，但是一旦脫離了本系統(tǒng)，就很難完成上述功能。為使一體化子系統(tǒng)具有更好的上位機(jī)功能，必須有一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來支撐，對(duì)各專業(yè)信息進(jìn)行整合。其次，相互連接的子系統(tǒng)其特點(diǎn)與集成監(jiān)控系統(tǒng)無關(guān)，但是通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)交互，使操作人員能夠根據(jù)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)操作，并能實(shí)現(xiàn)信息的交流與互聯(lián)。

為了達(dá)到有效的一體化、互聯(lián)的目的，必須將電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，并結(jié)合其他系統(tǒng)的運(yùn)行要求，以互聯(lián)的形式連接。但是，隨著綜合監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種功能子系統(tǒng)如門禁系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等必須與綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來，否則會(huì)極大影響到系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

4 關(guān)于智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)是各個(gè)分支系統(tǒng)傳輸各種信息的平臺(tái)，包括語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。該系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心的平臺(tái)進(jìn)行分析和集成，并將其分配給對(duì)應(yīng)的外接裝置。同時(shí)，在平臺(tái)上建立信息傳遞參數(shù)，對(duì)多余的信息進(jìn)行篩選，使其在平臺(tái)上進(jìn)行透明傳遞，從而確保各種信息的準(zhǔn)確、高效、智能化。因此，城市軌道交通的一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是通過各個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)語音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)采集和分析的平臺(tái)[2]。

4.2 數(shù)據(jù)信息共享平臺(tái)技術(shù)

在采用共享平臺(tái)的數(shù)據(jù)技術(shù)之前，首先在平臺(tái)上設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集和分析。信息共享平臺(tái)是一種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。另外，對(duì)城市軌道交通而言，通過對(duì)其數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，可以對(duì)其安全性、保密性、完整性等諸多問題進(jìn)行分析，包括數(shù)據(jù)的安全提取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全、數(shù)據(jù)的安全利用等方面。

4.3 數(shù)據(jù)整合挖掘技術(shù)

當(dāng)今社會(huì)，信息與智慧并存，城市軌道交通通過共享平臺(tái)的數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中處理，從多個(gè)角度進(jìn)行對(duì)比和分析，把隱藏在數(shù)據(jù)后面的全部信息都挖掘出來，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與模型分析結(jié)合起來，對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集，從而對(duì)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)做出正確的預(yù)測(cè)。

5 綜合監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展展望

5.1 應(yīng)用廣度的拓展

綜合監(jiān)控體系在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控范圍不斷擴(kuò)大，以國內(nèi)早期建設(shè)的北京地鐵5號(hào)線為例，其集成的系統(tǒng)有：電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、PSD、ATS、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、TS、廣播系統(tǒng)、CCTV、時(shí)鐘系統(tǒng)CLK、乘客信息系統(tǒng)、PIS、TEL/ALARM 等系統(tǒng)。隨著城市軌道交通系統(tǒng)中各種應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及自動(dòng)化、智能化程度的不斷提高，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上都得到了革新和發(fā)展，例如：AFC、門禁、綜合辦公網(wǎng)絡(luò)、TIMS、UPS、電力質(zhì)量管理、POSS、安全防護(hù)系統(tǒng)等。另一方面，由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)所獲得的信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷增多，勢(shì)必要借助綜合監(jiān)控平臺(tái)，向廣大的使用者提供更多的信息和數(shù)據(jù)，從而使其表現(xiàn)形式更加多樣化。在我國軌道交通建設(shè)工程中，已經(jīng)有了對(duì)電力公司、城市電扶梯管理中心、消防指揮中心、軌道交通指揮中心等多個(gè)部門和單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。在智能移動(dòng)平臺(tái)、智能終端和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)不再是單純的概念。基于B/S結(jié)構(gòu)的集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為各種智能終端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供了可能性[3]。

5.2 應(yīng)用深度的拓展

隨著綜合監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要接收和處理更多的數(shù)據(jù)，因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的要求也越來越高。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度都是高層次綜合監(jiān)控系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)。

分層集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。由于缺少深度整合和子系統(tǒng)聯(lián)接方式，無法將數(shù)據(jù)采集、處理、呈現(xiàn)、傳輸?shù)纫淮瓮瓿?，需要在?shù)據(jù)處理中加入轉(zhuǎn)化和再處理環(huán)節(jié)，直接影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和控制性能。

在可靠性方面，MTBF 是指系統(tǒng)的平均失效時(shí)間，由n個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)，其平均無故障時(shí)間為1/MTBF1+1/MTBF2+1/MTBF3+1。從公式可以看出，串聯(lián)的系統(tǒng)或裝置的增多，會(huì)顯著減少系統(tǒng)的無故障時(shí)間。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與專業(yè)系統(tǒng)的一體化，既可以降低系統(tǒng)的資源消耗，又可以大大提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

通過將各專業(yè)子系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合，使其能夠獲取更加完整的子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息，從而使系統(tǒng)能夠更加迅速、穩(wěn)健地進(jìn)行系統(tǒng)之間的協(xié)同管理，提高對(duì)災(zāi)害與緊急事件的反應(yīng)能力和處理速度。就國內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀而言，可以將電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)整合到綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，使其他專業(yè)子系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間通過互聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享[4]。

當(dāng)然，在軌道交通上，隨著各種監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，廣播控制、視頻控制、應(yīng)急廣播控制等都在不斷地被開發(fā)出來，但各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系效果并不是很好。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用深度擴(kuò)展，不僅體現(xiàn)在對(duì)各子系統(tǒng)的深度整合上；還表現(xiàn)在從最初的支持調(diào)度管理，到后來逐漸發(fā)展到對(duì)調(diào)度管理、維護(hù)管理、第三方數(shù)據(jù)支持等。其中最具代表性的就是智能分析和輔助決策以及能源效率管理[5]。

1）智能的數(shù)據(jù)分析和決策支持

隨著城市軌道交通的全面發(fā)展，城市軌道交通的綜合監(jiān)控逐漸成為一個(gè)立體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，改變了商業(yè)、科技、醫(yī)療、政府、教育等各個(gè)領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用研究是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)發(fā)展的必然要求。隨著數(shù)據(jù)不斷“膨脹”，需要對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并逐步將其用于數(shù)據(jù)的分析與處理。從全面的監(jiān)測(cè)管理、維護(hù)管理、第三方數(shù)據(jù)支持等幾個(gè)方面來看，數(shù)據(jù)分析、處理、支持是未來的發(fā)展方向。

2）能源效率的管理

能源效率管理是一個(gè)涉及面很廣的綜合概念，它的核心內(nèi)容就是通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的各種信息進(jìn)行綜合分析，使各個(gè)子系統(tǒng)之間的操作方案得到最優(yōu)化，并進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)控制，從而獲得最大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，節(jié)能減排已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中必須重視的問題。在電力系統(tǒng)中引入電能質(zhì)量管理系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以針對(duì)不同季節(jié)、不同時(shí)段設(shè)計(jì)控制模式，是節(jié)能管理的典型應(yīng)用。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通節(jié)能管理中的一個(gè)重要任務(wù)，就是通過對(duì)大量、全面的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，使子系統(tǒng)的優(yōu)化操作更全面、更靈活。

6 結(jié)語

綜上所述，本文根據(jù)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，基于信息技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)城市軌道交通進(jìn)行分析研究。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地保證信息的全面?zhèn)鬟f，保證旅客的人身安全，保障地鐵的運(yùn)行和發(fā)展，建設(shè)更高效、更完善的智能軌道交通，實(shí)現(xiàn)智慧化地鐵運(yùn)營(yíng)與管理。