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綜合監(jiān)控系統(tǒng)介紹

城市軌道交通作為大運(yùn)量、高密度的快速交通方式，對(duì)城市交通的重要作用日益顯現(xiàn)。在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中，為了保證旅客安全、列車有效運(yùn)營(yíng)、設(shè)備正常工作，必須對(duì)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控管理。

最初，國(guó)內(nèi)軌道交通監(jiān)控大多處于由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輔助監(jiān)控的狀態(tài)，各分立系統(tǒng)按照自身的技術(shù)特點(diǎn)，不同程度地應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。然而，它們的硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)是分立的，聯(lián)絡(luò)困難且成本高，有些系統(tǒng)間甚至難于溝通，無法適應(yīng)軌道全自動(dòng)無人駕駛的發(fā)展需要。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)集成技術(shù)的發(fā)展，通過統(tǒng)一平臺(tái)將多個(gè)地鐵機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行集成的設(shè)想成為了可能。它是通過建立單一的軟硬件平臺(tái)，將城市軌道交通的上述分立系統(tǒng)的管理和監(jiān)控功能集中起來，形成統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)和綜合監(jiān)控體制，實(shí)現(xiàn)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，以及相關(guān)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)與聯(lián)動(dòng)處理的效率，提高城市軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化程度以及對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)能力和處理速度。該系統(tǒng)在國(guó)際上，例如香港、新加坡、歐美都已有多個(gè)成功運(yùn)營(yíng)案例。近年來，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)在上海、廣州、北京等多條軌道交通線路上設(shè)置了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并取得了豐富的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

城市軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(PSCADA)、環(huán)境監(jiān)控(BAS，機(jī)電設(shè)備監(jiān)控EMCS)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警(FAS)、廣播(PA)、閉路電視(CCTV)、無線通信(RADIO)、門禁(ACS)、自動(dòng)售檢票(AFC)、乘客信息(PIS)、時(shí)鐘(CLK)、屏蔽門(PSD)等系統(tǒng)。根據(jù)各子系統(tǒng)的分布和功能，城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能可分為控制中心級(jí)、車站監(jiān)控級(jí)和車站現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，它們與調(diào)度指揮、信號(hào)、車輛信息等系統(tǒng)均有接口：

(1) 控制中心級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)

位于控制中心，主要完成線路運(yùn)營(yíng)、控制列車的安全運(yùn)行，確保乘客的安全，保證與乘客的通話、車站信息牌和乘客監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作模式時(shí)，中央級(jí)具有最高控制級(jí)別。

(2) 車站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)

位于各車站、車輛段及變電所，主要服務(wù)對(duì)象是車站值班員。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作模式時(shí)，車站級(jí)只起監(jiān)視作用。當(dāng)控制中心下放控制權(quán)和緊急事件發(fā)生時(shí)，車站級(jí)可以對(duì)管轄范圍內(nèi)的環(huán)境、設(shè)備和乘客進(jìn)行監(jiān)控。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)

由各種智能監(jiān)控對(duì)象和通過通信控制模塊監(jiān)控的非智能監(jiān)控對(duì)象組成，位于各監(jiān)控對(duì)象附近，具備接口轉(zhuǎn)換、信息采集、傳送、匯聚、命令接受、執(zhí)行和反饋等功能。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制主要用于系統(tǒng)/設(shè)備試驗(yàn)、維修調(diào)試和緊急情況。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需求

為了保證綜合監(jiān)控系統(tǒng)各級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部及子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的交換，需要為綜合監(jiān)控系統(tǒng)建立一套可靠的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。綜合監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)需要具有以下的特點(diǎn)：

冗余及容錯(cuò)性：

綜合監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)眾多，數(shù)據(jù)交換方式復(fù)雜，難免會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的問題。為了保證綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)正常傳輸，要求綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)具有一定的冗余能力，并且在局部出現(xiàn)故障時(shí)仍然能夠正常的工作。

• 確定性

確定性包括兩個(gè)層次，第一是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性，也就是數(shù)據(jù)包能夠在確定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)，滿足控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求；第二是故障恢復(fù)的確定性，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠在確定的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。

• 安全性

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)分布式的安全布署，能夠進(jìn)行訪問控制，MAC地址綁定和過濾，系統(tǒng)隔離等。

可擴(kuò)展性：

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，應(yīng)該靈活、方便，并且不能影響其他系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需更改設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)路由依然是明確的。系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，和原有設(shè)備應(yīng)該是兼容的，不至于浪費(fèi)原有的投資。

• 可管理性

網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要，對(duì)于本系統(tǒng)，采用圖形化的網(wǎng)管，能夠管理到所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每一個(gè)端口，包括整個(gè)端口的配置，告警，流量監(jiān)控、分析，以便網(wǎng)絡(luò)管理員能快速、準(zhǔn)確地檢查整體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，有效找到網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，快速診斷并在故障蔓延以前加以排除。該網(wǎng)管還要有通用軟件接口，便于集中監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)控。

• 系統(tǒng)統(tǒng)一性

系統(tǒng)應(yīng)采取一體化的網(wǎng)絡(luò)通信方案，整體設(shè)計(jì)；避免由于系統(tǒng)不同層次之間的技術(shù)分離，帶來網(wǎng)絡(luò)資源充分利用和管理等的不便

MOXA針對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)提出自己的最佳化方案，整套網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為骨干傳輸網(wǎng)，負(fù)責(zé)控制中心和各車站之間的站間通訊；車站局域網(wǎng)，負(fù)責(zé)車站內(nèi)不同子系統(tǒng)間的通訊；車站現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)車站子系統(tǒng)內(nèi)通訊。根據(jù)綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的不同部分的特點(diǎn)，MOXA選擇了最適合的拓?fù)浜彤a(chǎn)品來組建。

骨干傳輸網(wǎng)采用雙網(wǎng)架構(gòu)，產(chǎn)品選用MOXA高端模塊化三層交換機(jī)EDS-828系列。每個(gè)節(jié)點(diǎn)（控制中心、車站、停車場(chǎng)等）部署兩臺(tái)MOXA的EDS-828千兆骨干交換機(jī)，不同節(jié)點(diǎn)之間采用千兆光纖連接，構(gòu)成雙環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)上運(yùn)行 MOXA專利冗余環(huán)網(wǎng)協(xié)議- Turbo Ring協(xié)議，為綜合監(jiān)控骨干傳輸網(wǎng)提供冗余機(jī)制。在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，任意節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者節(jié)點(diǎn)間任意一條鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，環(huán)網(wǎng)都能夠在20ms以內(nèi)完成通訊鏈路的切換，保證環(huán)網(wǎng)通訊的連續(xù)性。此外，骨干傳輸網(wǎng)采用雙網(wǎng)熱備份機(jī)制，兩個(gè)千兆環(huán)網(wǎng)同時(shí)工作，從主備切換時(shí)可以立即使用，無需啟動(dòng)時(shí)間。

EDS-828系列交換機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，可以根據(jù)車站和控制中心的具體需求來選擇配制不同模塊，即滿足了現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備接入的要求，又能夠在系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)提供足夠的端口。EDS-828交換機(jī)支持豐富的路由協(xié)議，可以將車站局域網(wǎng)和骨干傳輸網(wǎng)隔離，避免單一車站故障時(shí)影響到骨干傳輸網(wǎng)。

在車站網(wǎng)絡(luò)中，為了避免不同子系統(tǒng)互相產(chǎn)生影響，并不適合直接將不同子系統(tǒng)接入到車站局域網(wǎng)。MOXA的DA-682系列嵌入式計(jì)算機(jī)，采用模組化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要選擇網(wǎng)口串口組合。DA-682用于連接車站子系統(tǒng)，在子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)隔離，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前置處理減輕車站服務(wù)器的負(fù)載。為了實(shí)現(xiàn)更高的冗余度，DA-682通常采用冗余配置。

車站現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)路采用導(dǎo)軌式安裝的EDS系列交換機(jī)，通過光纖組成冗余環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)上運(yùn)行MOXA Turbo Ring協(xié)議，具有線路冗余的特點(diǎn)，在線路發(fā)生故障時(shí)，能夠在20ms內(nèi)切換到備份路徑，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟婚g斷。

MOXA綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案采用在地鐵系統(tǒng)有著成熟應(yīng)用的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)設(shè)備EDS-828系列交換機(jī)組建骨干傳輸網(wǎng)，建立站間通訊平臺(tái)。采用DA-682系列嵌入式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)車站子系統(tǒng)的接入，通過EDS系列交換機(jī)組建現(xiàn)場(chǎng)環(huán)網(wǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過MOXA智能化的MXview網(wǎng)絡(luò)管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的全局監(jiān)控。MOXA方案實(shí)現(xiàn)了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)冗余性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展性和系統(tǒng)一致性的要求，為地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供最佳化的通訊平臺(tái)。