4  综合监控系统的构成

　　构建城市轨道交通综合监控系统须遵从一些基本原则，需要首先建立一些新的设计理念。

4.1  综合监控系统的构建原则

　　综合监控系统是全线的信息共享平台，对地铁线路建设至关重要，构建综合监控系统须遵从以下原则：

　　(1)  综合监控系统应围绕列车安全稳定运行、地铁经营效率提高、机电设备良好运转、旅客服务完善等目标进行设置。综合监控系统面向OCC电调、环调、行调、维调、总调及车站值班长和值班员，满足这些岗位功能需求。

　　(2)  综合监控系统采取分层分布式结构，由中央监控中心级（OCC）中央监控系统、车站级车站监控系统以及车站内的基础自动化（设备自动化）系统组成,三层网络、三层管理。

　　(3)  综合监控系统构建的基本原则是：系统须采用先进的计算机网络构建硬件平台，并设置网络管理系统提供对网络的性能管理、配置管理和故障管理。系统须采用先进的计算机集成系统软件体系对各子系统进行集成。软件体系支持所有子系统的功能要求，支持综合自动化监控系统高性能指标的实现。系统必须具备完善的人机界面体系支持综合监控功能实现。

　　(4)  综合监控系统须采用可靠性设计，系统设备和系统构成应安全可靠。硬、软件技术先进成熟、能够高可靠高稳定运行。系统采用主备冗余分层分布结构，尽可能采用光纤传输介质。系统须采用行之有效的抗干扰措施。车站内的子系统一般采用工业控制网络或现场总线，分散控制结构，自律式控制器保证基础自动化层的安全可靠。

　　(5)  综合监控系统应为开放系统，硬件设备通信接口、网络协议、数据库等均采用国际标准，具有ODBC、OPC标准接口功能；系统应具有较大的扩展能力，支持分期施工。系统可采用多媒体技术为地铁工程提供更强的功能。系统应提供较广阔的集成平台，能接入其他的系统也能对地铁工程进程中新出现的项目进行集成。系统具有集成第三方设备和软件的能力。

　　(6)  综合监控系统须采用先进的计算机集成系统软件对各相关系统进行无缝地接口。系统软件支持所有相关系统的功能要求，支持综合监控系统性能指标的实现。各被集成或互联的子系统保证相对独立工作。

　　(7)  当出现异常情况由正常运行方式转为灾害运行方式时，综合监控系统能迅速转变为灾害模式，为防灾、救援和事故处理的指挥提供方便。

　　(8)  综合监控系统采用工业级产品，保证能全天候7×24小时不间断地远行。综合监控系统采用模块化设计，易于扩展。综合监控系统不仅满足线路本身运营和管理的要求，并能为今后线路的扩展以及其它线的接入和与更高一级管理系统连接预留一定的条件。

　　(9)  综合监控系统须在信息的处理上坚持实时监控信息和事务信息严格分开的原则，保证信息安全和网络安全。

　　(10)  综合监控系统需采用深度集成模式构建，采用同一软件平台集成子系统、实现综合监控和联动控制。

4.2  综合监控系统总构架设计的基本问题

　　建设地铁综合监控系统时总体设计构架尤为重要。在工程的设计阶段，必须确立综合监控系统是为地铁运营提供信息共享平台的这一设计总原则。

　　由此，工程的设计须考虑：

　　?  信息共享平台已成为将来运营服务的基础工具。

　　?  在OCC和车站控制室必须一体化考虑综合监控系统的设备的安装和布置。

　　?  系统的综合功能的全面发挥，克服传统设计基于系统分立带来的种种问题。

　　?  在总体设计阶段要考虑采用了综合监控系统后的一系列新理念，及对工程的一系列良好影响。
综合监控系统的总体构架设计应该解决两大基本问题：

　　?  集成哪些系统？互联哪些系统？

　　?  软件平台的范围与集成深度。

4.2.1  集成哪些系统？互联哪些系统？

　　综合监控系统应集成哪些子系统互联哪些子系统这是总体设计首当其冲的大问题。解决这一总体设计的问题只能是依据具体工程环境与条件的要求来确定。

　　(1)  机电设备监控系统是共享平台的基础，电力SCADA、BAS、FAS三大子系统应该集成到综合监控系统中。但FAS系统又要依据当地消防管理部门的规定作出决策。

　　(2)  SIG、AFC应该保持其独立性，仅仅通过接口装置与综合监控系统互联。

　　(3)  其它的专业子系统，应视具体情况集成或互联，如门禁系统。

　　(4)  在(3)中的大部分子系统，其硬件可直接联入综合监控系统的网络，软件保持独立。这种类型的接入有人称之为“网联”。但因软件独立仍属于互联范畴。有的设计中，要求这些子系统的功能界面在完全综合监控中实现，称为“界面集成”，但因软件独立也属互联范畴。

　　以上四点可谓解答问题的基本答案。但每一条地铁线路有其具体情况，需要设计师们，认真调查研究、与业主充分协商作出选择。但是切不可为集成而集成，生硬地将一些子系统勉强集成到综合监控系统中来。一般来讲，(1)中的三个系统监控点数占了总监控点数的80%以上，是基本的底层实时元素。(3)中的小系统，或集成或互联不影响大局。但对CCTV（Closed-circuit television，闭路电视），如为模拟信息一定不要集成。

4.2.2  综合监控系统的工程范围与集成深度

　　综合监控系统的范围对总体架构的影响较大，一般综合监控系统的范围包括OCC中央综合监控系统，车站级监控系统及被集成子系统的控制系统，范围从OCC各调度总站到被集成子系统控制器的端子排。包括将车站级监控网与中央监控网联在一起的综合监控系统的骨干网，也包括连接各互联子系统的网关装置（或称互联接口装置）。
本文阐述的综合监控系统是指深度集成的综合监控系统，综合监控系统的软件平台可在车站级集成被集成的各子系统。软件平台伸至被集成子系统的控制层。综合监控系统的软件取代了原来各个被集成子系统的软件，综合监控系统实现他们的全部功能。被集成子系统已被融入综合监控系统中不再单独存在，但各被集成子系统在独立操作基础上又可实现综合监控功能和联动功能。

4.3  地铁综合监控系统的总体架构

　　地铁综合监控系统的总体构架如图7所示。它由中央综合监控系统、车站综合监控系统（包括车辆段综合监控系统）以及将它们连接的综合监控骨干网组成。中央综合监控系统和车站综合监控系统的支持网为局域网，骨干网为广域网。骨干网分布在各地（车站）的节点与节点所支持的本地局域网构成了综合监控系统的总体网络架构。

4.3.1  中央综合监控系统

　　中央综合监控系统安装在线路监控中心，用于监视全线各个车站（包括车辆段）的各个子系统的运行状态，完成中心级的操作控制功能。

　　中央综合监控系统由中央监控网、OCC实时服务器、历史和事件服务器、磁盘阵列、磁带记录装置、各类操作员工作站、中心互联系统、UPS、OPS、打印机、机柜和附件等部分组成。此外，还有全系统的网络管理系统（NMS）、大屏幕（OPS）系统。

　　整个中央监控网应设计为冗余的100/1000Mbps交换式以太网，符合IEEE 802.3标准，采用TCP/IP协议。

　　控制中心实时数据服务器由2套服务器冗余配置组成，共同完成实时数据、配置数据和文件管理的服务。OCC历史服务器由2套冗余服务器组成，共同完成历史数据、报警记录、操作记录、报表等与历史相关的数据和文件服务。两个历史服务器通过2GB光纤共享同一个磁盘阵列（可选）。

　　控制中心可提供下列调度员工作站：1套电调工作站；1套环调工作站；1套维调工作站；1套总调工作站；综合监控系统可为行车调度员提供共享信息，设计行调工作站列为可选项。

　　外围设备可配置：中心彩色事件打印机1套；中心报表打印机1套；中心彩色图形打印机1套。

　　控制中心配置一对冗余的互联网关装置（或称FEP），负责在OCC接入综合监控系统的互联子系统，在OCC实现互联PIS、AFC、ATS、报警系统、FAS、CLK、CCTV、PA等子系统。

　　服务器、网络交换机和互联网关装置采用标准机柜安装。

　　中央综合监控系统还包括网管系统（NMS），由1台服务器、2台NMS工作站级外围设备组成。

　　中央综合监控系统还包括大屏幕系统（OPS）；大屏幕系统可选DLP投影墙及相应控制器组成，也可选用混合式投影墙。实践表明：DLP投影墙的运营成本较高，应采用有效措施加以控制。

4.3.2  车站综合监控系统

　　车站综合监控系统包括：

　　?  车站级监控网为双冗余高速交换式以太网，数据传输率为100Mbps，IEEE802.3标准，TCP/IP协议。网络交换机为冗余配置；

　　?  冗余的车站服务器1套；

　　?  车站双屏值班站长操作站、车站双屏值班员操作站各1台；

　　?  车站互联系统的网关装置（也称FEP或通信控制器）1套；

　　?  车站彩色激光网络打印机1套；

　　?  综合后备盘（IBP）1套；为保证中央级自动化集成系统或车站级自动化集成系统在灾害及阻塞等特殊情况下出现瘫痪时，重要监控对象仍能被控制，在车站车控室设置综合后备盘（IBP），实现紧急情况下相关设备的后备控制功能。IBP为以下控制功能提供后备控制操作，它们包括但不限于：SIG的紧急停车、扣车和放行；环控通风排烟系统和消防联动控制以及阻塞模式下的控制；PSD紧急开门控制；AFC闸机释放控制；ACS的释放；FG控制；消防水泵；扶梯停止控制。

　　?  车站机柜及附件。

4.3.3  综合监控系统的骨干网

　　综合监控系统骨干网（MBN）可采用地铁工程通信骨干网的传输信道，也可单独组建骨干网。如单独组建骨干网、应采用数据传输速率为1000Mbps的工业级以太网方式或电信级弹性分组环（RPR）方式构建，应满足地铁工程的数据传输、交换的要求，还需要为今后延伸，以及其他线路的接入和更高层综合集成系统预留一定的条件。

4.3.4  OCC和车控室的一体化设计

　　综合监控系统作为全线的信息共享平台对运营的支持主要体现在运营中心（OCC）和各车站车控室实现的监控管理功能。由于有了信息共享平台，OCC和车控室的设计和所实现的功能将与传统做法应有较大的变化，需对OCC和车控室做一体化设计，提高线路运营水平、实现综合监控系统对运营的更强支持。

4.3.4.1  OCC的一体化设计

　　中央运营管理中心的设计应考虑以下原则：

　　(1)  OCC设计须按地铁设计规范，建立行调工作站（包括行调操作员站和相应的打印机、专用电话、麦克等），环调工作站，防灾调度工作站，维调工作站和总调工作站。其中行调操作员站含两个站一个是SIG行调操作员站为主站，另一个是自动化集成系统为运营提供的行调操作站（可选）。这些工作站按照地铁规范的要求实现信息沟通，不仅如此，还要在信息共享平台的基础上实现这些工作站的综合监控功能。因此，这些工作站要做统一的配置设计，既显现代化风貌，又便于操作管理。

　　(2)  OCC设计须围绕大屏幕系统和各工作站的设计和布置展开。大屏幕系统设计应适应综合监控的需求，既成为自动化运营管理系统的显示屏，又要简洁、实用。各工作站的设计与布置应具有现代化监控中心的水平。OCC设计，要考虑与整个地铁线路的设计建设水平匹配，考虑与自动化集成系统的先进水平相适应，因此，要在机房建筑设计阶段考虑OCC总体设计与布置。

　　(3)  OCC各工作站功能设计是OCC一体化设计的基础，综合监控系统的软件平台需支持各工作站的人机界面体系实现综合监控功能，按照权限管理可进入各自站的人机界面体系，特殊情况下，也可通过获得权限实现对其他站功能的操作。

　　(4)  OCC设计应与参观通道、贵宾室、会议室、展示室的设计统一考虑。

　　(5)  OCC一体化设计与运营模式和管理规范密切相关，OCC的设备配置和布置、操作权限的设计、管理功能的分配应统一考虑。应考虑电源和引入线的防雷电措施，要做OCC大厅的防静电设计，要做OCC大厅内电子设备的接地设计。

4.3.4.2  车站综控室的一体化设计

　　地铁各车站的综控室既是车站站务管理中心又是车站级信息共享平台的操作指挥中心，需进行一体化设计。拟考虑以下原则：

　　(1)  车站综控室设计应将站务管理工作和综合监控系统车站监控功能实现统一考虑，做出一体化设计，使信息共享平台充分支持站务管理。

　　(2)  车站综控室设计应围绕站务管理工作台和IBP盘进行统一设计与布置，IBP盘的设计应与车控室设计相和谐。

　　(3)  车控室的各自动化系统操作站和终端装置不宜太多，应以综合监控系统车站操作员站为核心，尽可能由信息共享平台的功能画面代替分立终端的画面。

　　(4)  车站综控室设计要在机房建筑设计阶段统一设计，合理布置车控室IBP盘和其他设备以及文件箱柜、工作台等。既显现代化水平又有人性化体现。

　　(5)  车站综控室设计要充分考虑现代化站务管理需求和为乘客服务要求。

5  地铁综合监控系统的软件

　　地铁综合监控系统中最关键点之一是系统软件，关于地铁综合监控系统软件的要求目前业界存在着许多模糊观念，断然地用操作系统来判定系统的稳定性，迷信地引用过时的技术观念，给技术规格书的制定、综合监控系统的建设带来不利影响。为此，总结多年来工业自动化系统和城市轨道交通自动化系统工程建设中的实际经验，提出下列观点，供地铁自动化系统建设者们参考。

　　实质上，地铁综合监控系统的软件主要由该软件的成熟度以及系统集成商对综合监控系统软件的把握能力、应用能力决定。

5.1  软件成熟度

　　综合监控系统软件的成熟度从下列几方面分析：

　　(1)  软件系统的稳定性与成熟性。综合监控系统软件平台的稳定性不仅取决于操作系统的稳定性，更多地取决于建立在操作系统平台之上的系统软件以及装配的硬件和相关驱动程序是否成熟和稳定，并不全在操作系统本身。传统的设计思想认为UNIX的稳定性强于Windows NT。实质上，Windows平台近十年在稳定性与安全性方面的进步极大，2003年进行了安全性升级。Windows平台在工业控制领域甚至安全系统的应用份额已超过UNIX平台。不管是哪一个操作系统，整体软件平台的稳定性是根本的。在操作系统之上的系统软件，应用软件的成熟度更为重要。这方面，Windows的应用软件组件更为成熟，影响范围更大。如工作站软件、接口软件组件、人机界面软件，Windows几乎占有绝对的市场份额。

　　同时，系统软件、应用软件和相关的接口驱动程序对操作系统的匹配、运行的工程实证性对软件系统更为重要。因此，在对综合监控系统软件提出需求时，不宜轻易地否定某种操作系统和以某操作系统为基础的整体软件体系。例如，近年，伦敦地铁对150个地铁车站进行大规模改造，包括中央控制（OCC）、线控系统（LCS）、区域控制（GCS）和站控系统（SCS），明确要求软件平台采用以Windows为基础的Wonderware平台。

　　综合监控软件平台的成熟性是指工程应用的实证性。这里，不仅要考察软件在系统开通后的运行稳定性和有效性业绩，更要考察其应用水平，给地铁运营带来的效益、给地铁设备维修与维护带来的好处，给乘客服务带来的好处以及系统的扩展能力的实际表现。不应该将集成或互联的数量作为成熟性的标准。

　　(2)  软件系统的开放性。系统软件的基础平台应是一个开放系统，即它是由稳定的、成熟的操作系统，集成了商用的中间件和软件组件构成。软件平台的专利组件愈少愈好。数据库的通用性愈强愈好。开放性带来的是系统性能价格比的提升。开放系统支持简约的系统结构和合理适度的设备配置。

　　(3)  系统的基本性能指标。软件系统必须有效支持冗余配置以提高系统的可靠性，系统有效性不低于99.97%。软件系统支持深度集成以提高响应性，上行和下行数据的响应周期分别在2秒内。软件的集成规模和能力以及深度集成的范围，软件机制对通信负荷率的影响也是重要的性能指标。

　　(4)  软件的表示层展示―系统的人机界面水平。软件体系一般由数据采集、数据处理和数据服务（数据表示）三层组成。软件的表示层是外部世界所能看到的软件功能。综合监控系统人机界面体系是洞察软件水平与功能的窗口。系统软件必须提供符合工程要求，符合运营操作人员要求，满足维护人员需求的人机界面体系。人机界面体系应全面反映出系统的综合监控功能，并能做出全面的展示。已运行工程中人机界面为用户接受的程度和人机界面运行效果是对软件系统的重要考察标准。

　　(5)  本文所阐述的综合监控软件主要指可进行深度集成的软件体系。综合监控软件应能对各机电子专业进行深度集成。综合监控系统软件应是一体化的软件体系，将数据采集、数据处理和数据服务的软件三个层次浑然一体地完整地构建在一个软件体系中，软件对系统集成的范围可直接到控制器的端子排。软件平台可将PSCADA、BAS的软件集成在内，PSCADA、BAS与软件平台的接口成为平台内部接口。PSCADA、BAS成为综合监控系统本身的系统组成。

　　如果软件系统只能作顶层的信息集成，将PSCADA、BAS作为单独的子系统与综合监控系统全面数据互联，它们之间的接口是两个系统的数据表示层间接口，是两个软件平台对接。某种意义上讲，相当于软件的数据服务层由两个系统集成商去完成，此种情况下，接口工作较为复杂，双方的接口点表需要不断地核对和协调，接口开发和实施的工作量极大。不应该选择这样的软件体系。

　　(6)  系统软件的扩展能力。系统软件应提供良好的、通用的开放性接口，能有效支撑地铁应用功能的开发，其中数据库、接口驱动和人机界面的开放型尤为重要。一般数据库应能提供ODBC、OPC等开放接口，并提供扩展定义监控对象的能力，应优先选择对象数据库。接口驱动框架应采用ISO_15745之类的通用框架，能有效提供IEC61850、IEC60870-5-101等通用规约，并提供扩展开发专用规约的能力。人机界面应建立在组件和脚本的基础上，能提供快速设计出多种人机界面体系的能力，以满足具体工程要求。

　　(7)  系统软件的功能实现成熟度。系统软件在实现某一重要功能时，应该经历过实际应用的反复检验。因此，在阐述功能实现时，应该要求系统集成商不是单纯地响应标书要求，而应阐明功能实现的方案，展示一个实际应用成功并成熟的功能实现方法。系统软件对重要功能具体实现方法的展示是其软件成熟度的重要标志。一般而论，综合监控系统集成了三大机电设备系统：SCADA、FAS、BAS，互联了其他专业子系统。系统软件的成熟性表现在对集成系统的深度集成上，同时也表现在所展示出的对机电设备监控管理功能上。如SCADA顺控功能的实现方法，BAS系统中设备监管体系的完善性都可以审视出软件的成熟程度。一些国外软件商提供的软件在这方面存在较多问题，除了深度集成能力低以外，功能实现距国内的应用要求差距较大。

5.2  系统集成商对综合监控软件的把握能力

　　除了软件本身的成熟度，应该要求系统集成商对综合监控软件的应用成熟度，一方面是对软件的把握能力，另一方面是对软件的应用能力。

　　系统集成商对软件系统的把握，主要是：

　　(1)  对系统软件体系的把握。一般对软件的把握是指对软件体系深入了解、对软件成功应用了多次，具有针对具体工程的应用经验。系统集成商自已开发的软件当然更便于把握。在大项目中第一次应用其它厂商的软件承担工程是冒险的做法。

　　(2)  开发应用软件的能力。系统集成商开发应用软件的能力至关重要。地铁工程中应用差异性较大，业主的管理方式各有不同，工程中需求不同，变化较大，系统集成商必须能够熟练地开发具体应用软件满足工程要求。系统集成商须熟知与把握系统软件和应用软件对操作系统的匹配；系统集成商须熟知与把握对应用软件的工程适应性开发；熟知与把握接口驱动程序的开发以及与系统的匹配。开发应用软件的能力还表现在针对特殊应用能在系统软件方面做创新的开发工作。

　　(3)  系统集成商对软件的把握能力还表现在实施系统的活动中。对系统软件的调试能力以及构建系统时的总联调能力也是对软件系统把握的能力。

　　系统集成商对软件的应用能力，主要是：

　　(1)  综合监控的应用能力。系统集成商熟知软件在地铁机电设备系统以及其他专业的应用；熟知系统软件应给用户在各专业领域提供的基本功能，以及特殊功能的实现方法；系统集成商可给用户提供综合监控系统基本人机界面体系，可按照用户要求作出适应性修改，可提供新的人机界面设计；系统集成商能充分发挥综合监控系统信息共享平台的作用，提供更多的面向运营人员、面向维修人员、面向乘客的功能，并可为将来的现代化运营管理新要求提供增值服务。

　　(2)  软件系统调试和维护能力。对软件的成熟应用也表现在对系统的性能的测试、对系统的联调、对系统故障的迅捷诊断和恢复，对系统的维修能力。

　　(3)  对软件的应用能力也表现在对软件的再开发能力，在已有的软件平台上利用共享信息可开发更多的功能。
总之，系统集成商的应用能力主要表现为在具体工程中运用软件开放系统、无缝地接口子系统、构建起综合监控系统的能力。

5.3  WINDOWS操作系统与Unix操作系统比较

　　这两大操作系统性能的比较已经是一个较“古老”的话题。理论“天国”的争论进行了数天，人间的技术进展已生动地变化了几个技术时代，当人们还在争论哪个操作系统更好的时候，系统本身的技术进步已跨过了几个技术台阶，性能提高了上百倍。

　　Unix、Linux和Windows从发展过程来看，表现了比较明显的行业特征。如电信、金融、教育、政府对Unix比较青睐，如能源、制造、流通、公共事业等行业对Windows有比较大的兴趣，而一般的工业自动化系统更是Windows占有绝大的份额。

　　一般认为，Unix更为稳定可靠，但这已是过去的事情。微软相继发布Windows NT1.0、NT3.5、NT4.0，到后来的Server 2000，Server 2003，Windows被小型企业广泛采用。“安全性低、不稳定”等缺点已被根本克服。知名专家Chris Ray 认为无论从商业价值还是从技术性能上看，Windows都具备了“满足企业用户需求”的条件，他说：“Windows比Unix 平台能节省40%到50%的总拥有成本”。Windows 在1996年时性能低于Unix，每分钟交易处理能力仅为3千多次，而Unix 达到每分钟5千多次。但经过微软与英特尔的共同努力，到2003年，Windows性能提高了180倍，价格仅为原来的1/3。可靠性方面，Windows Server 2003是Windows NT的8倍，停机时间约为原来的1/4。至于最受关注的