CN112904754B - 综合监控系统主备中心切换控制子系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了综合监控系统主备中心切换控制子系统及方法，该子系统包括状态服务模块、状态采集模块、主备中心运行管理服务模块、主备中心运行管理UI模块，所述状态服务模块、所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块分别布设在主备控制中心、车站的服务器上，所述主备中心运行管理UI模块布设在主备控制中心、车站的工作站上；所述状态服务模块分别与所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块通讯连接，所述主备中心运行管理服务模块与所述主备中心运行管理UI模块通讯连接。本发明实现线路控制权限在主、备控制中心与车站间的可靠转移与交接，从而构成完备、灵活、安全的综合监控系统主备控制中心运行切换解决方案。

Description

综合监控系统主备中心切换控制子系统及方法

技术领域

本发明涉及一种综合监控系统主备中心切换控制子系统及方法，属于自动化系统/软件设计技术领域。

背景技术

当前轨道交通综合监控系统建设与运营中已开始采用主、备双控制中心模式，通过在主控制中心故障的情况下迅速启用备用控制中心来保证整个系统的不间断运行，实现异地容灾和冗余指挥控制，以提升整个综合监控系统的稳定性和可靠性。而在具体设计实现中，综合监控系统主备控制中心的切换控制逻辑需要综合考虑硬件设备、网络、软件服务、调度人员工作状态等多种因素，并需要根据不同工程场景进行灵活调整和扩展，如何稳定、可靠地实现双中心切换管理以及保持良好的适应性、灵活性，就成为关键性的技术问题和实现难点。

轨道交通综合监控系统(Integrated Supervisory Control System)作为大型的分布式自动化系统，负责将轨道交通自动化系统内部的供电监控、环境与设备监控、火灾报警、广播、乘客信息、列车自动监控、自动售检票、闭路电视等各个分散、独立的业务子系统联结成一个有机的整体，实现轨道交通各专业系统之间的信息互通、集中监视与联动控制。

轨道交通综合监控系统由控制中心级和多个车站级综合监控系统构成，其中控制中心，作为控制中枢，负责实时收集处理地铁线路全线重要监控对象的状态、性能数据，供调度人员监视和核查，支持由调度人员人工和根据一定逻辑关系自动向在各站点被监控对象或子业务系统发送运行模式、点控、程控控制命令，从而完成对全线行车、供电、环境、设备和客流服务的统一监控与管理。为了避免因严重故障、恐怖袭击、极端灾害等情况导致控制中心瘫痪、无法正常工作而对轨道交通运营造成不可估量的影响，当前轨道交通综合监控系统的建设与运维已开始采用主、备双控制中心模式，通过控制中心的异地冗余部署来提升容错与防灾能力。其理想的工作模式是：正常运行时，由主控制中心负责地铁全线的监视和控制工作，备用控制中心处于热备状态，只收集必要的信息，不对整个综合监控系统运行产生影响；当主控制中心故障时，启用备用控制中心，完全接管其监视和控制工作，从而保证整个综合监控系统的不间断运行。

综合监控系统主备控制中心运行模式的切换，实质是线路控制权限在主备控制中心、车站之间的转移和交接，对轨道交通自动化系统运行管理影响重大，在保证综合监控系统线路控制权限一致性的同时，需要综合考虑硬件设备、通信网络、软件核心服务、调度人员操作等多种状态因素，甚至要满足不同工程部署模式、运营单位具体管理流程等变化需求，灵活性、扩展性要求很高，因此已成为一大技术难点。

现有的技术方案1：发明名称为一种轨道交通综合监控系统和主备控制中心切换方法，公开(公告)号为CN 110217273A的发明公开了一种轨道交通综合监控系统，包括主用控制中心综合监控系统、N个车站综合监控系统N>1和备用控制中心综合监控系统；所述主用控制中心综合监控系统及备用控制中心综合监控系统均通过主干环网和各车站的综合监控系统相连；所述备用控制中心综合监控系统通过主干环网同主用控制中心综合监控系统连接，接收主用控制中心主动发布过来的系统信息，并和主用控制中心建立心跳连接，检测主用控制中心是否正常运行。本发明还公开了一种轨道交通综合监控系统的主备控制中心切换方法。本发明增强了控制中心的稳定性和可靠性，有效的解决了主备用控制中心综合监控系统关于线路控制权一致性的问题。

现有的技术方案2：发明名称为一种轨道交通综合监控系统及其主备控制中心切换方法，公开(公告)号为CN111547110A的发明公开了一种轨道交通综合监控系统及其主备控制中心切换方法，主控制中心、备控制中心提供实时数据同步机制，中心级ISCS与车站级ISCS提供分层分布式实时数据同步机制，在主用控制中心、备用控制中心及各车站运行的运行模式切换检测程序分别根据自己当前的运行模式以及切换判别条件判定自己是否期望进行运行模式切换，对于车站的检测程序而言检测到满足切换条件时可自动切换到车站运行；对于主、备用控制中心的检测程序检测到满足切换的条件时给出切换提示，在调度人员确认后，自动完成切换，最终保证ISCS系统切换至期望的运行模式下稳定运行。

发明内容

现有技术方案1的缺点：该发明提供了备用控制中心综合监控系统通过心跳连接来检测主用控制中心综合监控系统运行故障从而触发控制切换的方法，即将主用控制中心综合监控系统是否网络在线作为判断依据，过于简单，准确性和灵活性不足，未能充分考虑到会导致主用控制中心综合监控系统失效的各种因素和场景，如调度员工作站大面积瘫痪或调度大厅交换机故障导致调度员无法正常工作，这些是无法简单通过主、备控制中心综合监控系统服务器间的心跳连接来判断的。现有技术方案2的缺点：该发明主要描述对主备控制中心切换逻辑与策略设计，涵盖了运行模式、切换判断条件和流程定义，但没有涉及综合监控系统尤其是基于综合监控系统软件如何具体实施的方案描述。

本发明具体采用如下技术方案：综合监控系统主备中心切换控制子系统，包括状态服务模块、状态采集模块、主备中心运行管理服务模块、主备中心运行管理UI模块，所述状态服务模块、所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块分别布设在主备控制中心、车站的服务器上，所述主备中心运行管理UI模块布设在主备控制中心、车站的工作站上；所述状态服务模块分别与所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块通讯连接，所述主备中心运行管理服务模块与所述主备中心运行管理UI模块通讯连接。

作为一种较佳的实施例，所述状态采集模块用于采集综合监控系统中各类状态信息；所述各类状态信息可灵活配置，包括但不限于：关键硬件设备工作状态、通信网络状态、软件核心服务运行状态和调度人员操作状态信息；当前综合监控系统运行模式作为全局状态由所述状态服务模块进行管理和冲突仲裁。

作为一种较佳的实施例，所述状态服务模块用于执行综合监控系统各类运行状态信息的汇总管理与全网发布。

作为一种较佳的实施例，所述主备中心运行管理服务模块从状态服务模块获取主备控制中心当前各种实时工况信息，并通过可配置的规则逻辑来自动判别是否触发主备控制中心运行模式切换信号；所述实时工况信息可灵活配置，包括但不限于：关键硬件设备是否故障、通讯网络通断、软件核心服务是否失效。

作为一种较佳的实施例，所述主备中心运行管理UI模块部署在主备控制中心、车站的工作站上，便于调度和值班人员查看当前主、备控制中心运行工况，同时作为自动控制过程中增强安全性的人在回路，允许调度和值班人员手动触发或确认主备控制中心运行模式的切换操作。

本发明还提出综合监控系统主备控制中心切换方法，包括：

步骤SS1：将主控制中心关键职能或关键设备的工作状态更新为“故障”，并写入到状态服务模块；

步骤SS2：备控制中心服务器上部署的主备中心运行管理服务模块将接收到状态服务模块推送的主控制中心关键职能或关键设备的故障信息，经过预设规则逻辑判别后，将向主备中心运行管理UI模块发出运行模式切换触发信号；

步骤SS3：主备中心运行管理UI模块接收到该信号后，备控制中心调度员同意并确认后该信息将被反馈；

步骤SS4：主备中心运行管理服务模块接收到备控制中心调度员的同意确认信息后将系统当前运行模式状态更新为备控制中心运行模式并写入状态服务。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体包括：综合监控系统处于主控制中心运行模式下，当主控制中心关键职能或关键设备如调度大厅网络交换机发生故障，此时部署在主控制中心服务器上的关键职能或关键设备状态采集模块如交换机状态监视模块会检测到该故障，将主控制中心对应关键职能或关键设备如调度大厅网络交换机的工作状态更新为“故障”，并写入到状态服务模块。控制中心关键职能和关键设备可灵活设置，包括但不限于：调度大厅网络交换机、环网核心交换机、核心服务器、调度员工作站等。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：状态服务模块实时将该“故障”状态信息对全网发布；备控制中心服务器上部署的主备中心运行管理服务模块将接收到状态服务模块推送的主控制中心关键职能或关键设备故障信息，将检查当前是否满足预设的切换为备控制中心运行模式判别条件，当判断为满足条件后，将向主备中心运行管理UI模块发出运行模式切换触发信号。运行模式切换的判别条件可灵活设置。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：部署在备控制中心工作站上的主备中心运行管理UI模块接收到该信号后，将在调度员操作人机界面上弹出切换为备控制中心运行模式操作对话框，等待备控制中心调度员确认，后者同意并确认后该信息将被反馈。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：主备中心运行管理服务模块接收到备控制中心调度员的同意确认信息后将系统当前运行模式状态更新为备控制中心运行模式并写入状态服务；状态服务模块将系统已切换为备中心运行模式信息对全网各节点发布，从而完成备控制中心运行模式切换与权限移交。

本发明所达到的有益效果：1)与现有技术方案相比，本发明的“基于状态服务的综合监控系统主备中心切换控制子系统”采用模块化、面向服务的核心设计理念，提出了一种灵活、高效的综合监控系统主备中心切换控制实现方案，通过状态服务模块将主备中心切换控制设计中需要关注的多种类、多节点、分散化的影响因素和状态信息纳入统一、实时的状态服务管理，支持快速检索、全网订阅-发布以及灵活扩展，与逻辑可编辑的主备切换控制管理模块相配合，实现全面感知主、备控制中心当前工作态势，及时识别异常和故障，准确地提醒调度人员并适时启动主备中心切换控制流程，最后通过状态服务模块实现线路控制权限在主、备控制中心与车站间的可靠转移和交接，从而构成完备、灵活的综合监控系统主备中心切换控制解决方案。2)支持分层分布式架构的状态服务将主备中心切换控制中需要关注的多种类、多节点、分散化的状态信息和影响因素纳入统一管理，支持快速检索、全网订阅-发布，灵活性更优、扩展性更强；3)支持分层分布式架构的状态服务实现线路控制权限作为“唯一令牌”在主、备控制中心与车站间的可靠移交并确保全网一致性，优于传统综合监控系统线路控制权限单一管理模式，有效避免单点失效风险，可用性更好；4)支持分层分布式架构的状态服务可作为综合监控系统软件平台新增的基础服务，能够在多源状态信息共享、冲突检测仲裁、任务容错管理等方面为其它综合监控系统上层高级应用提供有效的技术支撑；5)基于状态信息通知、逻辑可配置的主备中心运行管理服务模块，能够更全面、高效地感知主、备控制中心当前工作态势，及时识别异常和故障，提醒调度人员并适时启动主备中心切换控制流程，效率和准确性更高。

附图说明

图1是本发明的总体架构拓扑原理示意图；

图2是本发明的状态信息的全网发布与同步示意图；

图3是本发明的备中心运行模式切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：本发明提出综合监控系统主备中心切换控制子系统，该技术方案采用基于状态服务的总体架构设计，如图1所示，由状态服务模块、状态采集模块、主备中心运行管理服务模块、主备中心运行管理UI模块构成。状态采集模块、状态服务模块、主备中心管理服务模块部署在主、备控制中心和车站的的服务器上，主备中心运行管理UI界面模块部署在主、备控制中心和车站的调度员或值班员工作站上。

状态采集模块负责采集综合监控系统中各类状态信息，比如关键硬件设备工作状态、通信网络状态、软件核心服务运行状态、调度人员操作状态等，支持定时扫描与变化触发等数据采集机制，通过统一的接口注册到状态服务模块并实时更新相应状态数据。

状态服务模块主要负责综合监控系统各类运行状态信息的汇总管理与全网发布，提供开放、统一的状态信息登记注册、读写更新以及订阅-发布接口，支持API、IPC、Web服务等多种编程调用方式，供其它应用软件模块灵活使用，此外还支持可配置的全网、集群(中心、车站)内的冲突检测仲裁与任务容错机制。根据需要，状态服务模块可灵活部署在综合监控系统的服务器和工作站节点。

主备中心运行管理服务模块从状态服务模块获取主备控制中心当前各种实时工况信息如：关键硬件设备是否故障、通讯网络通断、软件核心服务是否失效等，根据可灵活配置的检测判断逻辑，及时识别主备控制中心运行异常和故障，提醒调度人员，适时启动主备中心切换控制流程。

主备中心运行管理UI模块部署在主备控制中心和车站工作站上，便于调度和值班人员查看当前主、备控制中心运行工况，同时作为自动控制过程中增强安全性的人在回路，允许调度和值班人员手动触发或确认主备控制中心运行模式的切换操作。

主、备控制中心各种状态信息的实时采集由一系列可以定制开发和灵活配置的状态采集模块完成，比如网络交换机状态监视模块、服务器状态监视模块、工作站状态监视模块等，相互独立、互不干扰，又通过统一的注册和数据发布接口灵活地部署在综合监控系统中不同的机器节点上；状态信息的缓存与全网发布由状态服务模块完成，有服务端和客户端两种角色，均提供状态信息登记注册、读写更新、订阅-发布功能，此外状态服务模块服务端还负责主中心与备中心、中心与车站之间状态信息的发布与同步，如图2所示，可灵活地选用组播或TCP通讯方式，跨网段运行，并通过主备容错部署，进一步保证其可用性与安全性，完全满足综合监控系统的分层分布式架构要求。

综合监控系统运行模式可分为主中心运行模式、备中心运行模式以及降级(车站)运行模式，其区别是当前线路控制权限所属区域的不同(分属于主中心、备中心或沿线各车站)，运行模式切换的实质是线路控制权限在主中心、备中心和车站间进行转移和交接。在本发明设计中，当前综合监控系统运行模式作为全局状态由状态服务模块进行管理和冲突仲裁，并在全网保持一致性，作为唯一的“令牌”，主、备控制中心和各车站的所有控制操作均将其作为前置约束条件，从而确保综合监控系统线路控制权限的全网一致性。

下面以“主控制中心运行模式下主控制中心调度大厅网络交换机故障触发切换为备控制中心运行模式”场景为例，说明具体的设计实现与处理流程。如图3所示，综合监控系统处于主控制中心运行模式下，当主控制中心调度大厅网络交换机发生故障(导致调度员工作站全部离线，已无法进行线路控制操作)，此时部署在主控制中心服务器上的交换机状态监视模块会检测到该故障，将主控制中心调度大厅网络交换机的工作状态更新为“故障”，并写入到状态服务模块；状态服务模块实时将该故障状态信息对全网发布；备控制中心服务器上部署的主备中心运行管理服务模块将接收到状态服务模块推送的主控制中心调度大厅网络交换机故障信息，将检查当前是否满足预设的切换为备控制中心运行模式判别条件，如：备中心当前与车站网络通信正常、自身关键设备(服务器、交换机、工作站等)工作正常、且不处于备中心调度员强制退出命令状态等，当判断为满足条件后，将向主备中心运行管理UI模块发出运行模式切换触发信号；部署在备控制中心工作站上的主备中心运行管理UI模块接收到该信号后，将在调度员操作人机界面上弹出切换为备控制中心运行模式操作对话框，等待备控制中心调度员确认，后者同意并确认后该信息将被反馈；主备中心运行管理服务模块接收到备控制中心调度员的同意确认信息后将系统当前运行模式状态更新为备控制中心运行模式并写入状态服务；状态服务模块将系统已切换为备中心运行模式信息对全网各节点发布，并确保一致性，从而完成备控制中心运行模式切换与权限移交。

相关技术术语的名词解释：SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition)：数据采集与监控系统；ISCS(Integrated Supervisory Control System)：综合监控系统；API(Application Programming Interface)：应用程序接口；IPC(Inter-Process Communication)：进程间通信；UI(User Interface)：用户界面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.综合监控系统主备中心切换控制子系统，其特征在于，包括状态服务模块、状态采集模块、主备中心运行管理服务模块、主备中心运行管理UI模块，所述状态服务模块、所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块分别布设在主备控制中心、车站的服务器上，所述主备中心运行管理UI模块布设在主备控制中心、车站的工作站上；所述状态服务模块分别与所述状态采集模块、所述主备中心运行管理服务模块通讯连接，所述主备中心运行管理服务模块与所述主备中心运行管理UI模块通讯连接；

所述状态采集模块用于采集综合监控系统中各类状态信息；所述各类状态信息可灵活配置，包括关键硬件设备工作状态、通信网络状态、软件核心服务运行状态和调度人员操作状态信息；当前综合监控系统运行模式作为全局状态由所述状态服务模块进行管理和冲突仲裁；

所述状态服务模块用于执行综合监控系统各类运行状态信息的汇总管理与全网发布；通过状态服务模块将主备中心切换控制设计中需要关注的多种类、多节点、分散化的影响因素和状态信息纳入统一、实时的状态服务管理，支持检索、全网订阅-发布以及扩展，与逻辑可编辑的主备中心运行管理服务模块相配合，实现全面感知主、备控制中心当前工作态势，识别异常和故障，提醒调度人员并适时启动主备中心切换控制流程，通过状态服务模块实现线路控制权限在主、备控制中心与车站间的可靠转移和交接。

2.根据权利要求1所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统，其特征在于，所述主备中心运行管理服务模块从状态服务模块获取主备控制中心当前各种实时工况信息，并通过可配置的规则逻辑来自动判别是否触发主备控制中心运行模式切换信号；所述实时工况信息可灵活配置，包括关键硬件设备是否故障、通讯网络通断、软件核心服务是否失效。

3.根据权利要求1所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统，其特征在于，所述主备中心运行管理UI模块部署在主备控制中心、车站的工作站上，便于调度和值班人员查看当前主、备控制中心运行工况，同时作为自动控制过程中增强安全性的人在回路，允许调度和值班人员手动触发或确认主备控制中心运行模式的切换操作。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统的切换方法，其特征在于，包括：

步骤SS1：将主控制中心关键职能或关键设备的工作状态更新为“故障”，并写入到状态服务模块；

步骤SS2：备控制中心服务器上部署的主备中心运行管理服务模块将接收到状态服务模块推送的主控制中心关键职能或关键设备的故障信息，经过预设规则逻辑判别后，将向主备中心运行管理UI模块发出运行模式切换触发信号；

步骤SS3：主备中心运行管理UI模块接收到该信号后，备控制中心调度员同意并确认后该信息将被反馈；

步骤SS4：主备中心运行管理服务模块接收到备控制中心调度员的同意确认信息后将系统当前运行模式状态更新为备控制中心运行模式并写入状态服务。

5.根据权利要求4所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统的切换方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：综合监控系统处于主控制中心运行模式下，当主控制中心关键职能或关键设备如调度大厅网络交换机发生故障，此时部署在主控制中心服务器上的关键职能或关键设备状态采集模块如交换机状态监视模块会检测到该故障，将主控制中心对应关键职能或关键设备如调度大厅网络交换机的工作状态更新为“故障”，并写入到状态服务模块，控制中心关键职能和关键设备可灵活设置，包括调度大厅网络交换机、环网核心交换机、核心服务器、调度员工作站。

6.根据权利要求4所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统的切换方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：状态服务模块实时将该“故障”状态信息对全网发布；备控制中心服务器上部署的主备中心运行管理服务模块将接收到状态服务模块推送的主控制中心关键职能或关键设备故障信息，将检查当前是否满足预设的切换为备控制中心运行模式判别条件，当判断为满足条件后，将向主备中心运行管理UI模块发出运行模式切换触发信号，运行模式切换的判别条件可灵活设置。

7.根据权利要求4所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统的切换方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：部署在备控制中心工作站上的主备中心运行管理UI模块接收到该信号后，将在调度员操作人机界面上弹出切换为备控制中心运行模式操作对话框，等待备控制中心调度员确认，后者同意并确认后该信息将被反馈。

8.根据权利要求4所述的综合监控系统主备中心切换控制子系统的切换方法，其特征在于，所述步骤SS4具体包括：主备中心运行管理服务模块接收到备控制中心调度员的同意确认信息后将系统当前运行模式状态更新为备控制中心运行模式并写入状态服务；状态服务模块将系统已切换为备中心运行模式信息对全网各节点发布，从而完成备控制中心运行模式切换与控制权限移交。

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