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作者：城市軌道交通標準技術委員會 魏曉東

7.2.5  綜合監控系統軟件架構

ISCS軟件平臺由一系列基于服務器和基于操作站的軟件模塊組成，是一種基于中間件的分布式應用集成架構。應用集成架構包含有遠程過程調用技術、分布式對象技術、面向消息的中間件技術和Web服務技術。

整個軟件系統由多個合理劃分的功能模塊所組成，這些模塊能夠訪問公共的數據源-實時數據庫。系統軟件平臺具有如下特點：高可靠性。單個模塊的故障不會引起數據的丟失和系統的癱瘓。所有的軟件組件模塊均是相互獨立的，除了以下的關鍵模塊外，其它單個模塊的故障不會影響到其它模塊的運行。這些關鍵模塊包括：系統進程管理模塊、實時數據庫模塊。采用通用的硬件和標準化的軟件。整個ISCS軟件平臺將基于市場通用的、可互換的、成熟的、高性能的硬件產品。系統可以得到簡化，當出現故障時，更容易診斷、處理和恢復。ISCS軟件平臺基本結構如圖9所示。

圖9 ISCS軟件平臺基本結構

ISCS系統配置了網絡管理系統，可以完成對硬件環節的故障診斷、識別等工作。同時，以模塊化的軟件構架為基礎，通過系統進程管理模塊完成ISCS軟件平臺多個軟件模塊組件的狀態檢測、診斷，經過冗余邏輯判斷，實現軟件的熱冗余切換，提高系統軟件的故障診斷、處理和恢復的性能。

綜合監控系統軟件的部署在系統的中央級與車站級各設備上如圖10所示。

圖10 ISCS軟件的部署

7.2.5.1　ISCS軟件平臺的軟件模塊

實時數據庫模塊：實時數據庫負責實時數據的采集與管理。實時系統軟件可以模擬所監視的設備的屬性，這些屬性不局限于預先定義的且從外部系統獲得數據源的數據類型。設備可自由配置各種靜態或動態屬性，還可選擇是否需要保存歷史數據。可以使用與系統文件管理方法類似的層次化對象方法，對所監視過程進行層次化監督管理。對每一級設備層，屬性可以計算，可作為報警條件。強大的計算引擎可以完成對任何設備屬性的計算功能。可使用輔助工具對公式進行編輯。可在自動或周期模式下存儲數據庫的快照。數據庫類所支持的訪問服務有：讀/寫服務；配置服務，在數據庫中創建或刪除點，根據數據配置信息進行查詢；點值變化的訂閱服務。數據庫的配置和讀寫服務是通過數據庫的過程接口來完成。實時數據庫提供多種方式的快速訪問接口，可在線增加/刪除記錄，在數據庫中讀/寫點值。

歷史數據庫模塊：歷史數據庫采用大型商用關系型數據庫管理系統。系統軟件平臺通過對歷史數據庫進行接口封裝，可支持多種關系數據庫管理系統：如ORACLE，MySQL等。歷史數據庫模塊負責歷史存檔管理，歷史存檔保存按照可設定的周期或事件存儲的數據。

中間件模塊：ISCS軟件是可移植的、模塊化和可適應的，通過專門的分布式基礎中間件模塊實現了分布式異構環境下應用系統互連和互操作性。該中間件實現了ISCS系統內部應用軟件的相互透明操作和數據共享。通過對操作系統封裝，屏蔽了操作系統的差異，為上層應用提供跨操作系統平臺的能力；通過分布式系統管理，提供了分布式環境下統一的開發和運行環境；通過通信管理，對網絡通信進行統一封裝，為上層應用提供了透明通信服務。

由于采用了中間件模塊，軟件架構是靈活的，實現某些功能的軟件模塊可以選擇專為本項目ISCS系統開發的模塊，而各模塊之間的通訊質量和性能不受影響。

雙機管理模塊：雙機管理模塊用于完成具有冗余性質的系統設備的狀態檢測、故障診斷、冗余切換、數據同步等重要功能，主要存在于冗余FEP、服務器、工作站之中。雙機管理模塊的主要功能包括：雙機數據同步：實現雙冗余FEP和雙冗余實時服務器之間的數據同步。雙機狀態檢測與故障診斷：冗余的FEP、服務器之間，均存在冗余診斷，通過狀態診斷模塊相互獲取診斷信息，為冗余切換提供依據。冗余切換：服務器通過與FEP之間的連接狀態診斷邏輯，選擇可靠的數據傳輸通道，實現FEP的冗余通道切換；冗余服務器之間通過雙機狀態檢測與故障診斷，完成冗余切換。

網絡狀態監視模塊：系統的NMS網管子系統的網絡狀態監視模塊，可以完成對系統網絡狀態的監視功能。

時間同步模塊：系統以通訊專業CLK系統提供的一級母時鐘信號（單向10毫秒級精度）為標準，統一ISCS系統內部的網絡時間，并在將該時鐘信號傳送給各被集成系統。

報表模塊：系統具有完善的報表功能，報表模塊負責統一處理所有系統報表生成及管理。

系統管理配置模塊：系統提供管理配置模塊，可完成如下工作：系統配置：可對系統的組成結構、權限分配等進行管理和配置。實時狀態監測：周期檢查各個組件的運行狀態，并在故障出現時，發出警告。權限管理：可定義并發布權限文件，用于訪問特定功能的權限檢查。

報警和事件管理模塊：系統的報警和事件管理模塊負責根據配置產生報警和事件，并通過報警列表及事件列表組件實現對報警和事件的瀏覽管理。操作員可以通過報警和事件管理模塊實現對報警信息的顯示、查詢、瀏覽、統計、打印等功能。

數據庫管理模塊：數據庫管理模塊負責數據庫內容整理及同步。可以實現實時數據庫的配置和實時監視，可配置歷史數據庫的存儲要求，如存儲周期等。

聯動模塊：聯動模塊負責多系統間的聯動命令發放及同步。

由于采用了中間件模塊，軟件架構是靈活的，實現某些功能的軟件模塊可以選擇專為本項目ISCS系統開發的模塊，而各模塊之間的通訊質量和性能不受影響。ISCS應用軟件是開放的，可隨意方便地修改數據庫和人機界面（HMI）的圖像及其背后的邏輯程序。應用軟件支持由業主使用人員，獨立進行組態、畫面編輯、程序修改、系統維護等操作，業主人員有權在工程開發、調試階段介入相關的開發工作。

7.2.5.2　軟件功能模塊

綜合監控系統的軟件功能模塊包括以下幾種：

人機界面模塊

數據處理模塊

實時數據庫模塊

日志和歷史數據管理模塊

報警管理模塊

時間表等控制模塊

事件觸發控制模塊

各系統功能模塊

操作員權限管理模塊

網絡狀態監視模塊

時間同步模塊

軟件監視模塊

備份和文檔管理模塊

配置管理模塊

7.2.5.3　軟件開發工具

ISCS系統軟件平臺提供一個集成開發環境（IDE），對分布在多個服務器上的同一個應用進行統一的開發。支持多個開發人員同時開發同一個應用。軟件平臺本身提供技術和手段保證多個開發人員同時開發時的交互。可以實現版本自動同步更新、歷史版本追溯、分支合并，查詢修改日志等功能。當其中某個開發人員對其中的部分應用進行開發時，集成開發環境保證任何別的開發人員都無法對該部分應用進行修改。

集成開發環境（IDE）

（1）提供一個統一的分布式開發、部署環境，在統一的集成環境下可以實現對線路內車站、子系統的配置開發，以及部署配置。

（2）能夠實現對設備模板和圖形模板的可視化編輯和開發，圖形模板支持自定義屬性和自定義腳本，并可與設備模板關聯，作為一類設備整體復用，提高在界面開發工具中的易用性，實現一改全改，提高系統可維護性。

（3）能實現對用戶和用戶組等權限相關的配置管理功能。

（4）能實現實時數據庫的開發、修改功能，可以利用設備模板實現設備實例化的批量創建。

人機界面開發工具

（1）能實現監控畫面的配置管理，所有畫面均可由用戶進行可視化修改，畫面組態支持動態縮放和導航以及變量查找、替換和統計功能。

（2）支持用戶腳本，可定時、周期觸發執行。用戶腳本可訪問工程中定義的設備進行相關控制，并可訪問畫面中定義的圖形元素修改顯示效果。

（3）提供集成的內置報表，支持各種報表的配置管理以及報表服務等功能，通過報表服務可以實現報表的定時生成和打印。

（4）內置支持時間表控制、順序控制和模式控制，可便捷的結合業務需求完成配置。

（5）用戶離線創建或修改所有圖形及圖庫。

數據采集開發工具

（1）可以實現采集通道、設備、I/O測點的開發和配置。

（2）支持主、從信道的配置。

（3）支持測點配置的快速導入、導出功能。

（4）支持配置檢測功能，能夠檢測系統的配置錯誤。

數據采集調試工具

（1）支持采集器運行狀態、計算機CPU占有率、采集器進程CPU占有率、已用內存大小等的監控功能。

（2）支持診斷信息的顯示和打印，支持二進制顯示功能，支持測點的過濾、查找功能。

（3）支持主、從信道的切換功能。

（4）能在線或離線使用。

7.2.6　綜合監控系統的發展

近年來，地鐵運營的自動化水平不斷提高，地鐵運營自動化水平GOA（Grad Of Automation）的要求達GOA4-GOA5全自動運行等級。對綜合監控系統這一線路信息共享平臺提出了更高的更全面的要求，綜合監控系統需集成更多的信息：綜合監控系統需集成信號系統的ATS系統；集成車輛監控的全面信息；乘客狀況監控、管理信息；車、地設備綜合維修信息；綜合監控系統集成子系統更多的信息點；綜合監控系統互聯系統的更多的信息。綜合監控系統軟件平臺需集成ATS，綜合監控系統軟件平臺上實現列車監控；同時實現車輛調度信息共享：喚醒監控、休眠、開關車門、站場信息監控、TCMS（車輛監控管理系統）、故障旁路和復位、設置/緩解停放制動等等；實現乘客調度信息共享：站場信息監控、車載廣播及CCTV、車載PIS 信息發布、應答乘客呼叫等；實現綜合維修系統（IMS）信息共享：信號設備、車輛走行部、電力設備、機電設備狀態監視，臺賬、備件、維護計劃、工單管理以及文檔管理等等。為支持無人駕駛CCTV、PA、PIS、PSD及無線等互連系統的接入信息將大大增加。

除了無人駕駛運行模式要求綜合監控系統提供更多的相關功能外，地鐵信息化、智能化對線路綜合監控系統提出了更加廣泛的功能要求。線網調度指揮系統要求線路綜合監控系統提供更加實用的功能。智慧地鐵的發展要求一個更加堅實，更加廣泛的線路及信息共享平臺。

地鐵是電能消耗大戶，如何在智能電網的大背景下實現電力的節能，配電的優化等等都將提到議事日程，需要綜合監控系統平臺提供更多的相關信息支持電能智能管理。建設生態車站，節能并且降低碳排放，綜合監控系統的機電設備子系統應該承擔此項大課題，采集成更多信息。綜合監控系統平臺上的視頻監視信息應該智能化，應可開發出更多的智能功能為地鐵的安全做貢獻。在綜合監控系統平臺上實現更多的智能功能。例如智能應急指揮、智能預案、智能聯動等。工業4.0的理念進入綜合監控系統，使得城市軌道交通的發展與智能交通，智慧城市相協調，以上都需要綜合監控系統提供更多的共享信息。

綜合監控系統軟件平臺作為線路信息共享平臺支持地鐵線路實現全自動運行模式，其中將發展出許多智能應用功能提高全自動運營的效率與安全。綜合監控系統則可在中央實時數據庫和歷史數據庫的支持下，利用人工智能技術，通過開發地鐵運營專家系統的途徑，為地鐵開發出運營決策支持系統，實現一些高級運營功能，例如，自適應調度、調度決策分析建議、綜合節能、安防體系、綜合維修與狀態維修等等。

總之，集成了更多信息，可以支持無人駕駛運行，可以支持線路運營管理智能化，實現諸多的環保、節能的智能化功能的新一代綜合監控系統正在地鐵工程中建設起來。新綜合監控系統發展成為地鐵線路自動化系統的MES層。綜合監控系統成為智能地鐵的底層信息共享平臺，它為地鐵智能信息化集成系統提供最廣泛的底層本源信息。智能地鐵建設須以此為基礎，智能化功能也是對這些信息集成后產生的。智慧地鐵、地鐵信息化與智能化都要落地到綜合監控平臺上。地鐵每條線路的綜合監控信息共享平臺并行地構建起來，構成了整個城市地鐵信息化、智能化系統的信息基礎層，支撐起了整個城市的智慧地鐵大廈。

作者簡介：

魏曉東，1967年畢業于天津大學精儀系。1984~1991年任安徽工業大學自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統》（ 上海科技文獻出版社） 。2000~2012年任北京和利時系統工程公司副總工、事業部總設計師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監控系統工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統與技術》初版與第二版（電子工業出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監控系統工程設計規范》（GB50636-2010）、《城市軌道交通綜合監控系統施工與質量驗收規范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關于兩化融合的國家標準《工業企業信息化集成系統規范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數字城市工程中心技術專家，住建部城市軌道交通標注技術網Eu委員會委員，全國自動化系統與集成標準技術委員會委員。

摘自《自動化博覽》2018年4月刊