摘 要：针对现在城市轨道交通的建设问题，介绍了一种基于系统骨干网，通过专业接口装置可以在SCADA系统软件平台上实现多专业、多系统的数据采集、信息集成和信息共享的一种地铁网络监控分层式计算机集成系统，即城市轨道交通综合监控系统（ISCS）。它为城市轨道交通科学和高效的运营组织和管理提供了先进的技术手段。通过详细分析ISCS的系统网络方案和组成部分，为今后轨道交通综合监控系统的建设提供了借鉴。

关键词：城市轨道交通网络监控系统；系统网络方案；组成部分

城市轨道交通综合监控系统ISCS（Integrated Supervision and Control System）是对城市轨道交通线路中所有电力和机电设备进行监控的分层分布式计算机集成系统，一般由位于控制中心的中央级ISCS、网络管理系统（NMS）、各车站级ISCS、车辆段级ISCS、停车场级ISCS、设备维护管理系统（DMS）和培训管理系统（TMS）组成[1]。它包含了内部的集成子系统，并与其他专业自动化系统进行集成和互联，达到多专业系统设备共享、数据信息互通的目的，减少综合投入，提高了运营管理效率以及应变能力。

1 综合监控系统的发展

在综合监控系统形成以前，地铁的机电设备管理经历了混合半自动化监控系统，即电话调度系统+分立电气元件控制设备+手工操作；现在还有部分城市采用的分立自动化监控系统ATS、SCADA、FAS、AFC等各专业分别建网的计算机多岛监控；同时伴随着计算机技术发展和网络技术进步，统一的分层分布式计算机网络，统一的综合自动化监控系统ISCS软件体系应运而生[2]。

2 系统网络方案

ISCS主干网络承载着ISCS的信息交换和传送任务，因此，网络的可靠性至关重要。为此，系统采用冗余措施，从而保证系统的安全运行。

ISCS网络由3层组成，即主干层、局域层和工业控制层。主干层主要用于控制中心局域网与各车站、车辆段局域网的联络；局域层即控制中心、各车站、车辆段的局域网，控制中心为冗余的交换式100/1 000 Mb/s以太网，车站、车辆段为冗余交换式10/100 Mb/s以太网；工业控制层即各子系统执行层面上的网络，包括PSCADA、BAS、PSD和ACS等子系统，一般采用工业控制网络或现场总线，分散控制结构。这3部分紧密联系，从而完成对整个控制网络的控制。

3 ISCS系统主要结构分析

3.1 中央级ISCS系统结构

中央级ISCS系统结构采用热备、冗余、开放、可靠、易扩展的计算机系统，通过全线主干网将各车站级的ISCS信息汇集到控制中心，实现多系统的综合监控。其系统设备和主要功能如下。

中心设置冗余实时服务器完成中心实时数据的采集和处理工作，能实现服务器自动切换，每套服务器通过以太网口与中心机房以太网交换机连接。中心设置冗余历史服务器完成历史数据的存储、记录和管理等工作，能实现服务器自动切换，每套服务器通过以太网口与中心机房以太网交换机连接。中心ISCS设置冗余的前端处理器（FEP），通过冗余配置的FEP，接收和发送中心各相关子系统的信息。每套FEP配置两个互为备份的以太网接口分别与中心以太网冗余交换机连接。在调度大厅设置总调度员工作站、行车调度员工作站、环境（防灾）调度员工作站、供电调度员工作站和维修调度员工作站，其中任何一套工作站均能实现中心的全部功能，并可根据不同的用户权限激活相应的人机界面（HMI）。大屏幕控制系统和配置控制管理工作站负责显示屏的统一管理、分配和显示，可根据运营需要配置可固定或灵活显示信号系统、综合监控系统和闭路电视监视系统，以提供信息及画面。通过中心机房核心交换机负责与下属车站及系统的网络通信，进行数据交换。

中央级系统网络结构如图1所示。

3.2 车站级ISCS系统结构

当中心ISCS或主干网发生故障时，车站ISCS仍应继续工作。车站ISCS通过车站级局域网络将现场级的信息汇集到车站级ISCS，从而实现车站级的综合监控。车站ISCS配置冗余的实时服务器，完成车站实时数据采集和处理工作。冗余实时服务器能自动进行切换，通过冗余的以太网接口与车站以太网交换机连接。车站设置冗余的FEP，接收和发送车站集成和互连系统的信息，每套FEP配两个互为备份的以太网接口分别与车站以太网冗余交换机连接。在车站车控室设置车站值班站长操作工作站和车站值班员操作工作站，其中任何一套工作站均能实现中心的全部功能，并可根据不同的用户权限激活相应的人机界面（HMI）。在车站控制室设置IBP盘，在紧急情况时，可通过IBP盘实现车站的关键控制功能。综合监控设备室车站级交换机负责与中心综合监控系统的网络通信，进行数据交换。车站级系统网络结构如图2所示。

3.3 骨干环网网络结构配置

ISCS通信采用传输速率为10 Gb/s的MSTP（内嵌RPR）来组建城市轨道交通专用传输网络。在工程控制中心、各车站、车辆段和停车场分别设置传输网络节点设备，工程传输系统共需设MSTP（内嵌RPR）26套节点设备。

为保证系统安全可靠，工程采用以控制中心为汇聚点，在控制中心、23个车站、车辆段、停车场分别新设一套10 Gb/s MSTP（内嵌RPR）设备，组建两个具有自愈功能的物理保护环。环一由控制中心、停车场、车站共14个节点组成，环二由控制中心、车辆段、车站共13个节点组成，环内各节点采用站站相连的方式连接。控制中心预留与轨道交通指挥中心连接的接口，在换乘站预留与换乘线路的连接接口。骨干环网结构如图3所示。

4 ISCS配套系统

4.1 网络管理系统（NMS）

NMS系统构成是通过网络配置、监视和控制计算机网络来保证网络服务有效实现的一套综合体系，NMS系统为网络系统与设备提供一系列的维护、监测与快速故障处理手段，允许网络管理员通过一个简单界面高效管理网络[3]。

NMS系统主要包括服务器、工作站、网络设备和打印机等，如图4所示。其主要功能是通过控制中心设备机房的网络交换机，从控制中心ISCS获取数据；完成ISCS的网络管理功能，系统软件测试、系统网络管理工作、系统数据库维护、系统组态维护等工作，并完成ISCS的定期数据备份工作；NMS系统配置服务器完成数据处理工作，服务器应通过冗余的100 Mb/s以太网接口与控制中心机房以太网交换机连接。

NMS系统应提供下列操作站：网络管理操作工作站1，用于系统软件测试、系统管理和系统组态等；网络管理操作工作站2，用于系统软件测试、网络管理、数据备份及系统备份等；网络管理操作工作站3，用于系统软件测试、通信管理及数据库维护等。任何一部操作工作站均应实现NMS系统的全部功能，并可根据不同的用户权限激活相应的人机界面（HMI）。操作工作站的HMI应是友好、易于操作的。

4.2 设备维护管理系统（DMS）

DMS系统对ISCS所管辖的相关系统设备（含现场基础设备等）进行维修调度，使运营管理实现全面自动化，节省运营成本投资。

DMS系统主要由操作站、前置处理机、打印机、网络设备等组成，如图5所示。其主要功能如下：车辆段/停车场维护用房设置冗余三层光纤工业交换机，冗余三层光纤工业交换机通过冗余的光纤以太网接口与车辆段/停车场ISCS的冗余三层光纤工业以太网交换机分别相连，该以太网交换机通过以太网接口与维护服务器、维护工作站等相连。

DMS系统应配置冗余服务器，完成数据处理工作，并配置外部磁盘阵列；设置设备维护主任操作工作站，设备维护操作工作站[4]。上述任何一套操作站均可实现操作终端的全部功能，并可根据不同的用户权限激活相应的人机界面（HMI）。

4.3 培训管理系统构成（TMS）

DMS系统主要包括交换机、打印机、培训服务器、仿真模拟器、培训工作站、培训现场设备和模拟信号盘，如图6所示。其主要功能如下：车辆段培训用房设置三层工业级光纤以太网交换机，通过100 Mb/s光纤以太网接口与车辆段ISCS三层工业级光纤以太网交换机相连，培训用房三层工业级光纤以太网交换机与培训服务器、培训工作站等相连。TMS应配置服务器，完成数据处理工作。服务器通过100 Mb/s以太网接口与培训以太网交换机连接，TMS系统服务器接收仿真模拟器数据。TMS系统设置教师操作工作站和学员操作工作站。上述任何一套操作站均可实现操作终端的全部功能，任何一套操作站都能模拟所有操作站功能，并可根据不同的用户权限激活相应的人机界面（HMI）。

综合监控系统为地铁线路构建信息共享平台，支持各专业系统提升自动化水平，提高地铁的运营效率，在信息共享平台支持下，实现了运营管理科学化和智能化。采用现代数字技术构建的综合自动化监控系统提高了自动化系统的可靠性、响应性和安全性。它使得硬件配置和接口种类减少、各子系统间的接口减少，实现了高性价比，减少了投资。综合自动化监控系统为分层分布式结构，具有强大的组态功能，可以灵活构架，可快速地满足地铁运营变化的需求，具有弹性高、可扩展性强、适应地铁分期施工、分期拓展的特点，保护了业主的投资利益，因此非常易于将来接入城市轨道交通体系指挥系统。

参考文献

[1] GB50490—2009，城市轨道交通设计规范[S].

[2] 彭辉.城市轨道交通智能综合监控系统设计[J].铁道工程学报，2006（1）：15-18.

[3] 徐杰，贾利民.城市轨道交通综合监控平台系统集成的研究[J].铁道学报，2007（3）：35.

[4] 魏晓东.地铁综合监控系统建设关键问题分析[J].铁道城市轨道交通，2009（6）：17.