CN108482429A - 一种轨道交通综合监控系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通综合监控系统架构，所述轨道交通综合监控系统架构基于多现场分级多链路数据总线，包含如下内容：1、系统整体采用多现场的“分‑总‑分”部署结构，是一种分布式应用部署结构，适应轨道交通不同层级运营管理机构和分散管控的要求。2、控制中心级综合监控系统构建维护全线模型，采用将全线总数据库按各车站现场分割为分区文件方式，将车站子模型分区文件向各车站推送发布，或由车站级综合监控系统主动下载。3、控制中心与车站系统之间采用分级多链路数据总线，在全线传输网带宽干扰受限的情况下，可以通过各站的分级数据总线开关抑制次级重要数据，保证各站重要数据即时上送控制中心，控制中心控制命令有效下达车站。

Description

一种轨道交通综合监控系统架构

技术领域

本发明涉及轨道交通领域的综合监控系统,提出一种基于多现场分级多链路数据总线的轨道交通综合监控系统架构。

背景技术

轨道交通综合监控系统(Integrated Supervisory Control System，以下简称综合监控系统或ISCS)是指对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，包含了内部的集成子系统，并与其他专业自动化系统互联，实现信息共享，促进轨道交通高效率运营。如图1所示,综合监控系统采用主备、冗余、分层、分布式C/S结构，分为车站级(包含停车场和车辆段)综合监控系统、中心级综合监控系统、运营运维分布式应用系统，上述系统通过轨道通信传输骨干网连接，成为一套热备、冗余、开放、可靠、易扩展的计算机系统。

综合监控系统是一个大型集成系统，其深度集成、界面集成和系统互联的主要子系统如图2所示。综合监控系统的监视和控制的对象是分布在轨道交通的各个车站、停车场、隧道、主变电所、牵引所、伴随所的机电设备、电气设备、运营设备；各子系统分别部署在车站、车辆段、控制中心等轨道交通各级运营管控的部门；既要适应其分专业和责任区域管理的需求，又要通过系统内部互通互联满足各部门对全线各类设备结合运营模式达到协同管控的要求。

综合监控系统中单个车站的各类监控对象数据点在15000-20000个，控制的各类设备有1000-1500台，一条20个车站的城市轨道交通线路全线的数据点在40万个以上，控制中心可直接控制的设备有2万个以上，这些测点和设备在综合监控系统里建立模型后，需要一套有效的系统模型维护管理机制，方便控制中心和车站的模型分发和交换同步，同时提高从控制中心的全线模型数据库分发到各车站数据库的效率。

车站级综合监控系统与控制中心级综合监控系统依托轨道交通综合传输网实时发生数据交换，这些数据包括信号、控制、告警、历史等各种类型。需要一个高效的系统数据总线来保证车站与控制中心间的数据传输。由于传输网络综合监控的带宽是固定的，当出现大面积设备告警和网络故障时，带宽受限的情况下，需要优先保证重要数据的通信，尤其针对若干车站与控制中心网络中断后再恢复，能快速传输重要信号，恢复控制中心对失联车站的通信和控制。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于多现场分级多链路数据总线的轨道交通综合监控系统架构,通过在不同现场的灵活部署方式，扩大系统的分类用户群，提高协同运营效率；可以方便控制中心和车站的模型分发和交换同步，提高从控制中心的全线模型数据库分发到各车站数据库的效率；在全线传输网带宽干扰受限的情况下，可以抑制次重要数据，保证各站重要数据即时上送控制中心，控制中心控制命令有效下达车站。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种轨道交通综合监控系统架构，所述轨道交通综合监控系统架构基于多现场分级多链路数据总线，包括如下内容：

A)整体采用“分-总-分”部署结构，即在一套系统下分别实现：车站级综合监控系统部署分数据库进行分布式采集和分散就地控制，控制中心级综合监控系统部署全线总数据库汇总各站数据和集中控制，在控制中心全线总数据库的基础上，再搭建运营和运维管理各类专业分布式应用；

B)控制中心级综合监控系统构建维护全线模型，采用将全线总数据库按各车站现场分割为分区文件方式，将车站子模型分区文件向各车站推送发布；车站级综合监控系统接收本车站模型，或者从控制中心下载；系统对模型数据库文件自动选择不同压缩算法进行网络传输；

C)控制中心与车站系统之间采用分级多链路数据总线，在全线传输网带宽干扰受限的情况下，通过各站的分级数据开关抑制次重要数据，保证各车站重要数据和控制命令的传输。

进一步地，所述特征A)中，通过一套系统实现“分-总-分”的多现场分布式部署结构，适应轨道交通不同层级运营管理机构和分散管控的要求，部署在不同现场，具体包括：

A1)分布式采集和分散控制现场：车站级综合监控系统，部署于各车站和车辆段，对本车站各类设备进行监控采集，实施就地化控制,用于车站运营管理，并上传控制中心车站实时数据；

A2)总数据中心和集中控制中心现场：控制中心级综合监控系统，部署于控制中心，通过到各站的传输网汇总各车站级综合监控系统数据，用于对各车站、车辆段及隧道区间全线运营管理和集中控制；

A3)分布式运营和运维管理应用现场：以控制中心级综合监控系统为基础，搭建全线各分类专业子系统应用，部署于轨道管控中心各级管理部门；复示系统、地理信息系统部署于机电建维修中心，能源管理系统、机电设备管理系统部署于车辆段、停车场，仿真培训系统部署于培训中心，网页发布系统部署于全局网调度中心。

进一步地，所述特征B)中，全线模型和车站模型的维护方法具体包括：

步骤B1、在控制中心级综合监控系统中各车站模型形成独立的数据库分区，能够切分成独立文件向车站发布；

步骤B2、控制中心级综合监控系统的维护工作站，对车站模型修改，验证后按版本保存，对全线所有车站推送发布，或向指定车站推送；

步骤B3、车站级综合监控系统接收到控制中心发布的模型文件，根据车站号判别接收本车站模型，并根据版本号与本地系统的版本比较，决定是否发布更新本车站内综合监控系统的模型；

步骤B4、车站级综合监控系统的维护工作站，在因故未收到最近一次中心发布推送模型文件时，远程下载控制中心级综合监控系统的本车站最新版本的模型文件，并进行本车站内发布。

进一步地，所述步骤B1中，控制中心级综合监控系统对车站级综合监控系统传输的模型同步采用数据库分区文件，每一个分区对应一个车站的模型，控制中心管理和发布全线所有车站的数据库分区文件，每个分区文件有独立版本号，车站级综合监控系统比较版本接受更新或主动下载该车站的模型分区文件。

进一步地，所述步骤B2中，在模型数据库文件传输时，采用压缩机制，根据文件的大小以及操作系统类型自动选择一种最优压缩算法，达到最大压缩比和最快压缩速度。小于50MB文件可以统一采用qcompress压缩算法；大于50MB以上文件在windows操作系统可以采用lz0压缩算法，在linux和aix操作系统采用lz4压缩算法。

进一步地，所述特征C)中，综合监控系统中每个分布式子系统对外建立多条数据链路，构成数据总线，在总线内部实现链路级网络负载均衡，每个车站级综合监控系统建立3条数据总线，并按照数据的重要程度分级传输，使其与控制中心级综合监控系统重要交互数据内容优先占用传输带宽，分为：一级数据总线、二级数据总线、三级数据总线。

进一步地，所述一级数据总线，传输实时数据，包括重要信号、控制命令；所述二级数据总线，传输准实时记录数据，包括一般信号、操作记录、告警数据；所述三级数据总线，传输文件数据，包括模型数据，历史数据。

进一步地，每条数据总线根据每个车站的采集数据点数灵活配置多条数据链路，当本车站需要同步的数据库测点较多、频次较密时，增加对应级别数据总线中数据链路的个数，减轻单条数据链路上的数据传输密度。

进一步地，所述分级多链路数据总线在全线传输网带宽干扰受限的情况下，通过各站的分级数据开关抑制非重要数据，保证各站重要数据即时上送控制中心，其步骤为：

步骤C1、当本站的一级数据总线传输队列出现阻塞时，关闭三级数据总线的传输开关，暂时停止模型数据，历史数据的文件传输；

步骤C2、关闭三级数据总线60秒后，查看本站的一级数据总线传输队列阻塞情况是否减轻，若传输队列仍阻塞，则关闭二级数据总线的传输开关，暂时停止一般信信号、操作记录、告警数据的传输；

步骤C3、当本站的一级数据总线传输队列正常60秒后，打开二级数据总线的传输开关，恢复一般信信号、操作记录、告警数据的传输。

步骤C4、恢复二级数据总线传输后，经过60秒，查看本站的一级数据总线传输队列继续保持正常，打开三级数据总线的传输开关，恢复模型数据，历史数据的文件传输。

本发明的有益效果是：多现场下的“分-总-分”的分布式系统部署架构可以更好的适应轨道交通各级运营管理部门分布同专业协同管理的需求。数据库按车站分区形成同步文件，能够以最小数据文件传输代价，使全线各级系统的模型保持一致同步。采用分级多链路数据总线，增强了综合监控系统分布式网络通信的稳定性和可靠性，有效的缓解了因轨道交通传输网络干扰对车站与控制中心系统相互通信的影响。

附图说明

图1是综合监控系统部署结构图；

图2是综合监控系统与轨道交通各专业子系统集成和互联图；

图3是综合监控系统中心、车站、以及分布式应用部署；

图4是中心数据库和车站数据库模型发布和数据同步；

图5是综合监控各级分布式子系统间的数据交互；

图6是分级多链路数据总线的结构；

图7是各车站数据总线的开关控制；

图8是传输带宽受限下各车站的分级总线数据开关抑制非重要数据流程；

图9是综合监控系统通过多现场分级多链路数据总线分布式部署在轨道公司各部门场所的应用

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一、综合监控系统的“分-总-分”系统部署架构

为实现地铁信息互通、资源共享，提升地铁整体自动化及信息化水平，提高地铁运营的安全性、可靠性和响应性，轨道公司设置综合监控系统，围绕行车和行车指挥、供电和电力调度指挥、防灾和安全、乘客服务等进行系统设计。将各专业子系统的车站级、中心级设备及功能由综合监控系统统一实现，实现系统间联动及信息共享。

如图1所示：综合监控系统的结构从体系结构的角度，部署在轨道公司分散各管理机构现场,分为由位于控制中心的中心级综合监控系统、网络管理系统NMS、软件测试平台STP；位于各车站和车辆基地的车站级综合监控系统；位于运行维护中心的设备维护系统DMS；位于培训中心的培训管理系统TMS；位于运营管理中心的能源管理系统EMS、网页发布系统WEB等组成。

各分布式子系统主要功能部署参见下表：

综合监控系统采用主备、冗余、分层、分布式C/S结构，分为车站级综合监控系统、中心级综合监控系统以及运营运维分布式应用系统，通过轨道通信传输骨干网连接，实现为一套热备、冗余、开放、可靠、易扩展的计算机系统。如图2所示，综合系统是一个大型系统集成项目，其集成和互联的主要子系统有：电力监控系统PSCADA、火灾自动报警系统FAS、环境与设备监控系统BAS、电气火灾监控系统EFMS、门禁系统ACS、站台门系统PSD、闭路电视系统CCTV、广播系统PA、乘客信息系统PIS、自动售检票系统AFC、列车监控系统ATS、时钟系统CLK、以及全局线网调度系统COCC等上级平台系统。

综合监控系统的结构从数据流的角度，分为数据接口层、数据处理层和人机接口层：

数据接口层主要由前置通信机FEP组成，完成数据的第一次收集和处理，数据接口层在车站和中心都有FEP部署，FEP具备协议转换能力，采用嵌入式实时操作系统。综合监控系统通过FEP接收接入系统的信息并对无关的访问进行隔离。FEP具有转换各种硬件接口、软件协议的能力，接入系统通过前置通信机将数据传入综合监控系统，同时综合监控系统也通过前置通信机向各接入系统传送有关数据。同时FEP还起到隔离综合监控系统和相关互联系统的功能。

数据处理层主要由车站服务器和中心服务器组成，车站服务器完成数据的第二次处理和收集，将各FEP的数据进行集中和处理，供车站综合监控的人机界面显示和操作，收集的是车站范围内的数据；车站综合监控系统同时向中心综合监控系统转发数据，中心服务器除了完成本中心的数据处理和收集外，还要完成数据的第三次集中和处理，供控制中心综合监控人机界面显示和操作，收集的是全线范围内的数据。

人机接口层是综合监控系统提供的用于人机交互的图形接口，综合监控系统分别可以通过该接口向操作员显示设备状态信息、运行信息、故障信息、报警信息、统计报表信息等，同时操作员可借助系统提供的一系列工具，在操作员工作站上对远程的设备进行监视、设置、控制等。人机接口层主要体现在各类用户工作站上，在车站和中心均有部署，并通过权限和责任区限定划分人员职责和监控管辖设备范围。同时采用B/S方式部署的WEB发布，延伸了人机接口层，将用户扩大到整个轨道集团办公网的授权用户。

综合监控系统是一个功能强大的、开发的、模块化的、可扩展的分布式控制系统，主要目的是将各分散孤立的自动化系统联结为一个有机的整体，如图3所示，在一套系统下整体按照多现场划分,采用“分-总-分”部署结构：即以车站为单位部署车站级数据库进行分布式采集并向中心同步，控制中心级综合监控系统构部署全线总数据库汇总各站数据，在全线总数据库的基础上，再搭建各类专业分布式应用，如全线实时信息网页发布WEB、能源管理EMS、设备管理DMS、培训仿真TMS等。如图9所示，这种分布式部署结构基于一种多现场分级多链路数据总线，通过系统总线实现轨道交通各专业相关系统之间的信息互通、资源共享，提高各系统的协调配合能力，提高轨道交通全线的整体自动化水平。二、综合监控系统的模型维护与发布

按照每个车站2万测点，一条线路20-30个车站，全线综合监控系统用一个40-60万点容量的实时数据库，分别部署在中心和车站各现场的服务器上。如图4所示，中心级综合监控系统部署全线数据库，每个车站级综合监控系统只部署数据库中的本车站的数据库分区内容部分。中心级综合监控系统对车站级综合监控系统传输的模型同步采用数据库分区文件，每一个分区对应一个车站的模型，控制中心保存发布全线所有车站的数据库分区文件，车站只需要更新该车站的模型分区文件。当车站采集信息更新本地数据库时，由系统跨现场多路分级数据总线同步更新报文到中心现场，同步相应的中心数据库的对象。

如下表所示，综合监控系统中各类系统配置、监控对象模型根据不同的部署需求、同步方式按照子数据库分区粒度方式存放、模型发布和数据同步。

全线模型和车站模型的总体维护机制如下：

步骤1在控制中心级综合监控系统中各车站模型形成独立的数据库分区，可切分成独立文件向车站发布。

步骤2控制中心级综合监控系统的维护工作站，可以修改任意车站模型，进行验证后按版本保存，对全线所有车站发布推送，或向指定车站发布推送。

步骤3车站级综合监控系统接收到控制中心发布的模型文件，根据车站号判别接收本车站模型，并根据版本号与本地系统的版本比较，决定是否发布更新本车站综合监控系统的模型。

步骤4车站级综合监控系统的维护工作站，在因故未收到最近一次中心发布推送模型文件时，可以远程下载控制中心级综合监控系统的本车站最新版本的模型文件，并进行本站发布。

在文件传输时，采用压缩机制，根据数据分区文件的大小以及操作系统的类型自动选择一种最优压缩算法，达到最大压缩比和最快压缩速度。小于50MB文件统一采用qcompress压缩算法，大于50MB以上文件在windows操作系统采用lz0压缩算法，在linux和aix操作系统采用lz4压缩算法。不同压缩算法在不同操作系统下的压缩比和压缩速度、解压缩速度见下表：

三、综合监控系统的分级多链路数据总线

如图5所示，综合监控各级分布式子系统间存在复杂的数据交互关系，归纳起来主要有实时信号数据、控制命令、文件等三大类，每一大类中又细分成若干类型的数据交互通道。

在中心级系统与车站级系统之间建立多条数据链路形成数据总线，每个网络中的分布式系统对外交互设置多级数据总线，并按照重要程度，依次优先占用传输带宽，分级为：

A)一级数据总线，包括重要信号、控制命令等实时数据。

B)二级数据总线包括一般信号、操作记录、告警数据等准实时记录数据。

C)三级数据总线，包括模型数据，历史数据等文件数据。

如图6所示，是分级多链路数据总线的结构，在中心级综合监控系统与车站级综合监控系统之间建立了链路A-链路I共9条数据链路，分别归属建立三级数据总线，一般情况下每条总线包含3条数据链路，在总线内部实现链路级网络负载均衡。每条数据总线中又可以根据每个车站的采集数据点数灵活配置数据链路的数量,当本车站需要同步的数据库测点较多、频次较密时，可以增加对应级别数据总线中数据链路的个数，以减轻单条数据链路上的数据传输密度。

如图6所示,车站的分级数据总线并带有连通/停断开关，在全线传输网受到干扰，带宽受限的情况下，如图7所示，可以通过各车站的分级数据开关抑制非重要数据，保证各站重要数据即时上送控制中心，如图8所示，其步骤为：

步骤1当本站的一级数据总线传输队列出现阻塞时，考虑关闭三级数据总线的传输开关，暂时停止模型数据，历史数据的文件传输。

步骤2关闭三级数据总线60秒后，查看当本站的一级数据总线传输队列阻塞情况是否减轻，若仍传输队列仍阻塞，则考虑关闭二级数据总线的传输开关，暂时停止一般信信号、操作记录、告警数据的传输。

步骤3当本站的一级数据总线传输队列正常60秒后，打开二级数据总线的传输开关，恢复一般信信号、操作记录、告警数据的传输。

步骤4恢复二级数据总线传输后，经过60秒，查看本站的一级数据总线传输队列继续保持正常，打开三级数据总线的传输开关，恢复模型数据，历史数据的文件传输。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述轨道交通综合监控系统架构基于多现场分级多链路数据总线，包括如下内容：

A)整体采用“分-总-分”部署结构，即在一套系统下分别实现：车站级综合监控系统部署分数据库进行分布式采集和分散就地控制，控制中心级综合监控系统部署全线总数据库汇总各站数据和集中控制，在控制中心全线总数据库的基础上，再搭建运营和运维管理各类专业分布式应用；

B)控制中心级综合监控系统构建维护全线模型，采用将全线总数据库按各车站现场分割为分区文件方式，将车站子模型分区文件向各车站推送发布；车站级综合监控系统接收本车站模型，或者从控制中心下载；系统对模型数据库文件自动选择不同压缩算法进行网络传输；

C)控制中心与车站系统之间采用分级多链路数据总线，在全线传输网带宽干扰受限的情况下，通过各站的分级数据开关抑制次重要数据，保证各车站重要数据和控制命令的传输。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述特征A)中，通过一套系统实现“分-总-分”的多现场分布式部署结构，适应轨道交通不同层级运营管理机构和分散管控的要求，部署在不同现场，具体包括：

A1)分布式采集和分散控制现场：车站级综合监控系统，部署于各车站和车辆段，对本车站各类设备进行监控采集，实施就地化控制,用于车站运营管理，并上传控制中心车站实时数据；

A2)总数据中心和集中控制中心现场：控制中心级综合监控系统，部署于控制中心，通过到各站的传输网汇总各车站级综合监控系统数据，用于对各车站、车辆段及隧道区间全线运营管理和集中控制；

A3)分布式运营和运维管理应用现场：以控制中心级综合监控系统为基础，搭建全线各分类专业子系统应用，部署于轨道管控中心各级管理部门；复示系统、地理信息系统部署于机电建维修中心，能源管理系统、机电设备管理系统部署于车辆段、停车场，仿真培训系统部署于培训中心，网页发布系统部署于全局网调度中心。

3.根据权利要求1所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述特征B)中，全线模型和车站模型的维护方法具体包括：

步骤B1、在控制中心级综合监控系统中各车站模型形成独立的数据库分区，能够切分成独立文件向车站发布；

步骤B2、控制中心级综合监控系统的维护工作站，对车站模型修改，验证后按版本保存，对全线所有车站推送发布，或向指定车站推送；

步骤B3、车站级综合监控系统接收到控制中心发布的模型文件，根据车站号判别接收本车站模型，并根据版本号与本地系统的版本比较，决定是否发布更新本车站内综合监控系统的模型；

步骤B4、车站级综合监控系统的维护工作站，在因故未收到最近一次中心发布推送模型文件时，远程下载控制中心级综合监控系统的本车站最新版本的模型文件，并进行本车站内发布。

4.根据权利要求3所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述步骤B1中，控制中心级综合监控系统对车站级综合监控系统传输的模型同步采用数据库分区文件，每一个分区对应一个车站的模型，控制中心管理和发布全线所有车站的数据库分区文件，每个分区文件有独立版本号，车站级综合监控系统比较版本接受更新或主动下载该车站的模型分区文件。

5.根据权利要求3所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述步骤B2中，在模型数据库文件传输时，采用压缩机制，根据文件的大小以及操作系统类型自动选择一种最优压缩算法，达到最大压缩比和最快压缩速度。

6.根据权利要求1所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述特征C)中，综合监控系统中每个分布式子系统对外建立多条数据链路，构成数据总线，在总线内部实现链路级网络负载均衡，每个车站级综合监控系统建立3条数据总线，并按照数据的重要程度分级传输，使其与控制中心级综合监控系统重要交互数据内容优先占用传输带宽，分为：一级数据总线、二级数据总线、三级数据总线。

7.根据权利要求6所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述一级数据总线，传输实时数据，包括重要信号、控制命令；

所述二级数据总线，传输准实时记录数据，包括一般信号、操作记录、告警数据；

所述三级数据总线，传输文件数据，包括模型数据，历史数据。

8.根据权利要求6所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，每条数据总线根据每个车站的采集数据点数灵活配置多条数据链路，当本车站需要同步的数据库测点较多、频次较密时，增加对应级别数据总线中数据链路的个数，减轻单条数据链路上的数据传输密度。

9.根据权利要求6所述的一种轨道交通综合监控系统架构，其特征在于，所述分级多链路数据总线在全线传输网带宽干扰受限的情况下，通过各站的分级数据开关抑制非重要数据，保证各站重要数据即时上送控制中心，其步骤为：

步骤C1、当本站的一级数据总线传输队列出现阻塞时，关闭三级数据总线的传输开关，暂时停止模型数据，历史数据的文件传输；

步骤C2、关闭三级数据总线60秒后，查看本站的一级数据总线传输队列阻塞情况是否减轻，若传输队列仍阻塞，则关闭二级数据总线的传输开关，暂时停止一般信信号、操作记录、告警数据的传输；

步骤C3、当本站的一级数据总线传输队列正常60秒后，打开二级数据总线的传输开关，恢复一般信信号、操作记录、告警数据的传输。

步骤C4、恢复二级数据总线传输后，经过60秒，查看本站的一级数据总线传输队列继续保持正常，打开三级数据总线的传输开关，恢复模型数据，历史数据的文件传输。