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摘要：现代城市轨道交通系统逐步完善，在交通系统中，地铁是一次性载客量最大的交通工具，为进一步提高地铁运行水平，必须加强对地铁综合监控系统的构建，保障城市地铁轨道交通体系安全稳定运行，满足地铁交通客观发展需要。因此，本文对地铁综合监控系统的主要作用与系统构成开展研究工作，为地铁综合监控系统的设计开发提供参考。
关键词：地铁综合监控系统；功能作用；系统构成
一、地铁综合监控系统的主要作用
1、联动控制
地铁轨道交通体系由若干配套系统组成，如供电系统、环控系统、自动售检票系统、广播系统、乘客信息系统、站台门系统、视频监控系统、火灾报警系统、设备维修支持系统等，在早期建成的地铁轨道工程中，受到技术水平限制，缺乏统一的监控体系，各项子系统长时间保持独立运行状态，由此引发一系列问题出现，没有取得理想的地铁运营与管理效果。
为解决这一问题，在各城市地铁轨道工程中陆续构建综合监控系统，将联动控制作为系统的核心功能，由监控系统集成处理地铁运营期间产生的数据信息，实时掌握配套子系统运行状况，结合调度管理需求，下达相应控制指令，保持各项子系统之间紧密的衔接关联状态。例如，在地铁轨道交通体系的早间启运环节，由综合监控系统对配套子系统下达相应控制指令，启动照明系统与空调通风系统，自动开启车站电梯、扶梯等基础设施，向乘客发布启动信息，切换至早间运营模式。在地铁运营期间出现客流量明显变化情况时，综合监控系统根据所采集实时运营数据与现场监测信号，准确预测未来一段时间的客流量，切换至相应运营模式，调整空调机组运行负荷、照明灯具启闭数量与亮度，通过广播系统引导客流集散，避免发生客流拥挤堵塞问题与踩踏事故。而在地铁运营区域内检测到火情与接收火灾预警信号时，联动控制应急照明、机械排烟、PIS广播、电梯机电控制等子系统，向滞留乘客通报火情，通过调整应急照明灯具启闭数量与显示屏发布信息来显示安全疏散路线，启动机械排烟系统快速排除有毒烟雾，启动消防设备用于遏制火势蔓延，远程启闭安全门与屏蔽门。
2、数据管理
地铁综合监控系统具备数据管理功能，为用户提供报表自动生成、数据存储、历史数据查阅检索、数据自动备份与恢复、集中显示曲线图表等服务，起到提供地铁运营管理信息支撑的重要作用。例如，在设备故障诊断与检修应用场景中，地铁综合监控系统将自动采集与处理故障设备历史运行数据与实时运行参数，自动生成设备故障报警统计报表与电子诊断报告，为后续设备检修工作的开展提供信息参考，避免因检修方案设定不当造成故障设备二次受损。
在子系统远程监控应用场景中，地铁综合监控系统具备优异的信息采集与处理能力，基于运行准则与执行用户下达的控制指令，持续采集地铁轨道工程运营期间产生的实时数据，基于数据间的关联属性，对数据实施分类管理，存储至数据库相应文件夹内，并在用户界面以曲线对比图的形式进行集中显示，帮助管理人员直观掌握子系统运行状况，以及地铁轨道体系的整体运营情况。
3、设备运行控制
在地铁运营期间，综合监控系统负责对终端设备的运行状态进行实时监控与远程控制，根据现场监测信号的分析结果来掌握设备运行状态，随后，基于程序运行准则与执行预先设定的控制方案，向售票机、闭路电视、空调机组、电动阀门等设备下达相应控制指令，维持配套子系统的最佳运行状态，向乘客提供优质的交通服务。同时，为充分发挥地铁综合监控系统在设备运行控制方面的作用价值，在系统开发设计期间，必须满足现场设备控制时间与设备状态更新时间的性能要求。首先，要求监控系统向终端设备所下达控制指令的传输时间保持在1s以内，将数据状态更新时间保持在950毫秒内，如果实际传输时间超过这一标准，将出现设备延迟运行现象，存在安全隐患。其次，自监控中心下达控制指令起算，要求将终端设备的响应时间控制在2s以内，且车站控制层在1s内完成现场监测信号与运行数据的采集任务。
4、用户权限管理
在早期建成的地铁轨道交通工程中，操作系统的安全系数较低，容易出现数据失窃、篡改、恶意下达控制指令等问题，给社会带来了极大的负面影响。因此，在新开发设计的地铁综合监控系统中，普遍配置了用户权限管理系统，起到分配控制权限、限制操作行为、用户身份认证的作用，这对保障地铁运营安全有着重要意义。
首先，在分配操作权限方面，采取“位置*矩阵”规则，将用户划分为若干等级，赋予不同等级用户特定的控制权限，如将用户分为系统管理员、软件管理员、值班人员三种身份，系统管理员具备地铁综合监控系统的全部操作权限，软件管理员具备相应软件模块的绝大多数操作权限，如系统升级维护与测试，值班人员仅具备软件启动、使用故障诊断等系统自带工具、获取设备运行数据与现场监测信号等基本权限，不具备系统文件删改与关键参数调整的权限。
其次，在限制操作行为方面，地铁综合监控系统具备识别功能，基于程序运行准则，对所下达各项控制指令的合理性进行判断，不予执行缺乏合理性的指令，并向用户反馈识别结果，避免在地铁运营管理期间出现误操作问题。
最后，在用户身份认证方面，用户在登录地铁综合监控系统时，需要输入相应的登录账号与密码，将输入信息导入数据库进行核对，以此来识别用户身份与权限等级。
5、支持多种控制方式
地铁综合监控系统内同时具备多种控制方式，管理人员可以根据实际调度监控需求切换至相应的控制方式，以此来满足不同应用场景下的运营管理需要，而主要的控制方式包括远程控制、联动控制、时序控制、顺序控制。以时序控制为例，使用系统中自带的时间调度编辑器工具，提前在系统程序中预设多套时间表控制方案，明确方案触发要求。如此，在地铁综合监控系统运行期间，持续对外部环境情况与时间进行感知，在满足预设方案触发条件后，可以在无人工干预情况下自动切换至时序控制模式，执行所处时间段的控制方案，如自动切换至早间运营以及晚间停运模式。
6、自动报警与故障自诊
地铁综合监控系统中分布大量的自检信号，且在传感层中配置有微处理器等装置，负责持续采集与分析处理现场监测信号与设备运行监测数据。
如此，系统可以第一时间发现故障设备与异常运行状况，向用户自动发送报警信号，执行故障自诊断操作，根据诊断结果自动下达控制指令，如切断故障部分与非故障部分的连接，以控制故障影响范围与设备受损程度，便于后续设备检修工作的开展。
同时，在自动报警方面，地铁综合监控系统还具备报警过滤、报警信息查询、报警报告打印等使用功能。以报警过滤为例，在用户查询报警报告时，可以在检索系统中输入关键词或设定过滤条件，从报警报告中提取有用数据，如故障部位、故障类型、具体影响范围等，帮助管理人员快速了解故障情况。
二、地铁综合监控系统的构成研究
1、结构类型
现阶段，在多数地铁轨道交通工程中，所构建地铁综合监控系统普遍采取分布式结构或是集中式结构，两种结构类型的使用功能、优势、控制方式存在明显差异，需要结合实际监控需求加以选择。
其中，分布式结构是由若干数量逻辑相关数据库库共同构成的计算机网络系统，在网络中分布大量的节点，节点之间保持稳定的通信路径，各处独立节点均具备数据处理能力，既可以独立执行运算任务，也可由全部网络节点集中执行数据运算任务。根据实际应用情况来看，分布式网络结构的核心优势在于，各处网络节点与模块均保持高度独立状态，在局部节点与少量模块出现运行故障时，并不会对其他节点模块与系统整体运行造成明显影响，保障地铁综合监控系统的安全稳定运行。然而，分布式网络结构较为复杂，建设成本与设计难度较高。
集中式结构是基于C/S体系开发的一种计算机网络架构，具备中央级核心模式特征，由服务器集中完成全部的数据采集、运算分析、输出执行任务，在真正意义上做到了信息资源共享。集中式系统结构由基础服务层、知识服务层、用户服务层三个层级组成。其中，基础服务层负责传输信息数据与提供基础性支撑服务，主要服务包括即时通讯、视频会议、文件共享等。知识服务层负责提供知识应用服务，是实现联动控制、目录查询、控制指令发布等使用功能的关键。而用户服务层则在操作界面向用户提供功能栏，替代人工完成绝大多数操作，用户仅需点击功能栏或是使用系统自带工具，即可控制系统完成相应请求，如终端设备远程控制请求、信息查询请求、特定信息推送请求。
2、网络架构
地铁综合监控系统的网络架构由现场层、局域层、主干层共同组成，现场层负责持续向上反馈现场监测信号、环境感知数据、终端设施设备运行数据，将照明、通风空调等子系统接入监控系统，以及执行监控中心下达的控制指令。局域层由控制中心、车辆段以及车站等独立局域网共同组成。主干层以系统控制中心为核心，与各处独立局域网保持连接状态，负责集中处理地铁运营期间产生的实时信息，制定控制方案，下达控制指令。
以地铁综合监控系统中的主干层网络架构组成为例，将以太网交换机和冗余系统为核心，配置若干数量的车站交换机、控制中心设备室交换机等硬件设备，经通信光纤与控制中心局域层和车站局域层保持稳定通信，在其基础上组建千兆环网。同时，主干层网络架构中应用到链路聚合技术与超级冗余环技术，链路聚合技术是将大量数据信道组成为单一逻辑信道，在逻辑层面保持整体状态，负责执行数据收发、数据备份任务，在系统运行期间，各条传输链路不易出现失效问题，以此来保障交换机设备的稳定连接。而超级冗余环技术是从物理层面上在相连交互机设备中构建环形网络，选定一台交换机为冗余管理器，在运行期间持续判定系统是否存在环网链路故障，满足触发条件后启动备用链路。
3、硬件构成
地铁综合监控系统的硬件结构由服务器、前置机、交换机、综合后备盘等部分组成，具体包括：第一，服务器。为保证系统安全稳定运行，强化中央服务器的热切换稳定性能，应配置PC服务器，在方案中采取冗余设计措施，在满足系统运行需求的同时，适当增加服务器配置数量或是提升服务器使用性能，如采取双机集群技术，在系统中添加集群软件，通过软件完成多台服务器数据切换操作，避免因单台服务器运行故障而引发数据丢失等一系列问题的出现。同时，将服务器分为中央实时服务器、历史服务器、网管服务器、车站服务器等类型。第二，前置机。在综合监控系统中，前置机起到管理系统结构与转换软件协议的作用，将系统交换机和以太网接口保持连接状态。同时，要求所配置前置机具备故障自诊使用功能，预留50%及以上的通信接口余量。第三，交换机。交换机具备端口镜像、LED测试、数据管理、电源管理等多元化使用功能，采取双冗余中心的设计方案来构成以太网，要求在单独交换机内设置两处及以上的LX光口，以及若干数量的自适应双绞线接口。第四，综合后备盘。该装置起到连通控制消防泵、机械排风机、信号岔道机等终端设备的作用，具备紧急启动功能，必要情况下可通过手动方式启动关联设备。
4、软件构成
地铁综合监控系统的软件部分由监控平台、服务器软件模块、工作站软件模块三部分组成。首先，监控平台主要采取分布式或是集中式的系统架构，根据实际监控需求在系统初始结构中增设相关功能模块与添加服务器，平台由数据接口层、人机接口层、数据处理层三个层次组成，分别用于实现数据采集与协议转换、执行人机交互操作与显示画面、执行数据处理与存储任务的功能。其次，服务器软件模块由现场设备监测、时间表管理、维修报表生成、命令状态管理等多项使用功能组成，负责向用户提供多元化服务，切实满足地铁运营管理与综合监控需要。最后，工作站软件模块由界面组件、报表浏览器、报警浏览器、配置工具模块、菜单逻辑库五部分组成，在应用层向用户提供功能栏和具体的使用功能，由多个软件程序接入综合监控系统而构成。
结语：综上所述，随着我国城市地铁轨道交通事业迈入全新发展阶段，为有效应对全新的难题挑战，牢牢抓住发展机遇。因此，地铁公司与相关单位必须正确认识到地铁综合监控系统的重要程度与所起作用，对系统构成开展深层次研究工作，积极借鉴国内外成熟项目案例的系统开发设计经验与技术特点，为地铁综合监控系统的全面推广奠定理论基础和经验基础。
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