目  錄

1 背景概述

1.1 地鐵運營對自動化系統提出的基本要求

1.2 科技發展水平決定地鐵自動化系統的構架和形態

1.3 為地鐵線路構建信息共享平臺成為地鐵自動化系統發展的方向

1.4 信息共享平臺的構建方式集成與互聯

1.4.1 開放系統

1.4.2 對子系統的無縫接入集成與互聯

1.4.3 大型SCADA軟件體系

2 中國城市軌道交通綜合監控系統的特點

2.1 運營管理對信息共享平臺的基本要求

2.2 我國城市軌道交通建設的環境

2.3 地鐵SIG、AFC、FAS系統的特殊性

2.4 以機電設備監控系統為基礎的信息共享平臺

2.5 本地運營的差異性決定了地鐵應用需求的復雜性

3 城市軌道交通綜合監控系統的類型及技術內涵

3.1 信息綜合管理系統

3.2 頂層信息集成的綜合監控系統

3.3 深度集成的綜合監控系統

3.4 三種綜合監控系統性能比較

4 綜合監控系統的構成

4.1 綜合監控系統的構建原則

4.2 綜合監控系統總構架設計的基本問題

4.2.1 集成哪些系統？互聯哪些系統？

4.2.2 綜合監控系統的工程范圍與集成深度

4.3 地鐵綜合監控系統的總體架構

4.3.1 中央綜合監控系統

4.3.2 車站綜合監控系統

4.3.3 綜合監控系統的骨干網

4.3.4 OCC和車控室的一體化設計

5 地鐵綜合監控系統的軟件

5.1 軟件成熟度

5.2 系統集成商對綜合監控軟件的把握能力

5.3 WINDOWS操作系統與Unix操作系統比較

5.4 現代綜合監控系統軟件

5.4.1 綜合監控系統對軟件體系的特殊要求

5.4.2 綜合監控軟件體系新構架

5.4.3 面向對象的實時數據庫

5.4.4 完善的HMI系統

5.5 綜合監控系統應用技術也是核心技術

6 綜合監控系統的功能

6.1 對子系統的集成及實現的功能

6.2 對互聯子系統的接入與實現的功能

6.3 綜合監控系統聯動功能

6.4 綜合監控系統的高級功能

7 綜合監控系統的接口和接口開發

8 綜合監控系統的實施

8.1 綜合監控系統設計過程

8.1.1 總體設計

8.1.2 初步設計與技術設計

8.1.3 編制綜合監控系統技術規格書

8.1.4 選擇綜合監控系統系統集成商

8.2 綜合監控系統工程

8.3 綜合監控系統總聯調

8.4 綜合監控系統竣工驗收

9 結語

1  背景概述

　　城市軌道交通自動化技術發展到今天，進入了全數字化、智能化、信息化的新階段。從世界范圍來看，地鐵的運營在新的自動化平臺支持下，實現資源共享、信息互通，運營效率更加提高，安全性、可靠性更加提高；乘客至上，以人為本的服務理念深入到監控管理的每一層面；而且，新的自動化平臺支持整個城市軌道交通體系的綜合監控管理，支持城市軌道交通線網的資源共享。地鐵行業的運營管理在新技術特別是自動化新技術的支持下正實現著科學化和現代化的目標。

　　21世紀計算機和通信技術的新進步沖擊著各行各業的傳統工藝設備、傳統的監管系統和舊的運營模式和管理模式，同樣也沖擊著城市軌道交通乃至整個軌道交通系統的運營模式和管理模式及自動化系統。在科技大進步的今天、地鐵自動系統到底應該如何設計？如何構建?特別是在我國具體的環境和條件下，地鐵的自動化系統應如何來構建和設計，是擺在當前地鐵建設者和地鐵自動化技術工作者面前的重大課題。

　　北京和利時系統工程股份有限公司自本世紀開元的6年時間里，致力于地鐵自動化系統的開發和建設，先后完成了十多個項目，計有：

    (1) 北京城市鐵路電力SCADA、環控及防災報警綜合監控系統（北京城市鐵路股份有限公司）；

    (2) 大連快速軌道交通3號線工程變電所綜合自動化及調度系統（大連市政）；

    (3) 深圳地鐵一期工程EMCS+FAS+SCADA集成系統（深圳市地鐵有限公司）；

    (4) 深圳地鐵一期工程EMCS安裝、FAS安裝、OPS大屏幕系統、ACS門禁系統及PIS乘客資訊系統總包（深圳市地鐵有限公司）；

    (5) 武漢市軌道交通一號線一期工程電力監控系統（武漢市軌道交通有限公司）；

    (6) 天津市區至濱海新區快速軌道交通工程電力監控及全所綜合自動化系統（天津濱海快速交通發展有限公司）；

    (7) 廣州地鐵三號線綜合監控系統（廣州地下鐵道有限公司）；

    (8) 廣州地鐵四號線綜合監控系統（廣州地下鐵道有限公司）；

    (9) 廣州地鐵五號線綜合監控系統。（廣州地下鐵道有限公司）；

    (10) 北京地鐵十號線（含奧運支線）綜合監控系統。這些項目的實施與成功為這一課題的研究做了理論和實踐的準備。

　　筆者根據對國外地鐵自動化系統的調研、對國內數個地鐵自動化系統工程的仔細總結，基于對自動化技術的理論研究與探討，提出本文的關于地鐵綜合監控系統建設的全面思路。

    首先概略地說明地鐵自動化系統建設的一些基本問題和背景資料。

1.1  地鐵運營對自動化系統提出的基本要求

　　地鐵的運營管理可分三部分：列車運行管理、車站站務管理、設備運轉管理。列車運行管理，主要是對列車的運行調度指揮，保證行車安全和準點的信號控制管理系統。車站站務管理主要是車站秩序管理、票務管理和安全管理，保障乘客上下車和列車到發的安全和準點，避免站內發生意外事故。設備運轉的管理以機電設備管理為主，主要是供電系統和地下車站中的通風和空調系統。

　　列車運行管理主要由信號系統及行車調度系統支持實現；車站站務管理、設備運轉管理是在列車運行管理的基礎上，綜合機電設備監控系統等各專業子系統的信息來實現的。
運營中，為保證旅客的安全、保證列車的有效運營、保證設備正常工作必須對地鐵各個環節進行監控管理，而地鐵的監控管理主要靠構建地鐵自動化系統來實現。
地鐵運營對自動化系統有下列基本要求：

(1)  我國地鐵設計規范中規定：“系統的運營，必須在能夠保證所有使用該系統的人員和乘客以及系統設施安全的情況下實施。”自動化系統必須是可靠性較高，安全性較高的系統，其中SIG（信號系統）、FAS（火災報警系統）對安全性和可靠性要求更高。自動化系統本身必須安全穩定地運行以保證人員、乘客和設備的安全。

圖1  地鐵運營的基本要求

(2)  地鐵運營管理的基本目標有四個：列車安全穩定運行；地鐵經營效率提高；機電設備良好運轉；旅客服務完善。實現這些目標要求自動化系統的監控水平隨著需求的增加而提高，要求自動化系統不斷提高信息化和智能化水平，要求自動化系統為運營現代化提供更強的技術手段，要求自動化系統為地鐵以人為本的管理理念提供服務。

(3)  地鐵運營中心（OCC）是地鐵運營管理的指揮部，地鐵規范要求以行車指揮為中心設立行調、電調、環調、防災調度、維調和總調，要求這些調度站信息溝通。因此，地鐵現代運營對自動化系統的要求是在運營中心構建信息相通的行調、電調、環調、防災調度、維調和總調工作站，以實現對全線的運營調度指揮。

(4)  車站站務管理是地鐵運營管理的基點，運營四個目標的實現要求車站級自動化系統承擔基礎保證的任務。自動化系統必須具有支持車站統一站務監管的功能，自動化系統應支持車控室對車站站務的協同監管。

(5)  現代運營管理的科學理念也在深入地鐵運營之中，地鐵的現代運營管理要求自動化系統提供全線范圍的綜合數據庫，以支持地鐵管理的科學決策、快速的應急能力以及與友鄰線路的協同；要求自動化系統提供信息共享平臺支持現代化管理的功能的不斷擴展。

(6)  在大都市形成軌道交通的路網時，需要構建整個城市的軌道交通路網中央交通指揮系統（TCC），TCC的建設要求每條線路建設信息共享平臺以便于路網的集中指揮和協調管理。
地鐵設施和設備構成了一個龐大的復雜系統，從運營管理的功能來看，大體屬于三個系統：

(1)  列車運行系統：隧道、站臺、線路、車輛、牽引供電、信號、控制中心、車站行車等。

(2)  客運服務系統：車站及照明、售檢票機計算中心、導向及預告措施、消防、環控、自動扶梯、電梯、車站服務等。

(3)  檢修保障系統：為保障上述設備性能良好、能隨時啟動重新投入運行而具備的檢修手段能力等。

　　三大系統的運行目的是不斷地運送乘客，使他們安全、準時地到達目的地，在為乘客服務的同時也不斷地產生城市軌道交通惟一的產品―乘客人某公里即運營的主要經濟來源。地鐵建設和運營是為市民提供快速、安全、準確、舒適、便利的運輸服務，只有上述三大系統同時正常、協調地運行才可達到此目的。如何保證城市軌道交通三大系統、30余項不同的專業設施正常而協調地運行是擺在運營組織者面前的課題，要求運行管理能夠實現系統的聯動、實現統一指揮和高效管理，實現對乘客的優良服務。所有這些要求都意味著，城市軌道交通自動化必須有一個信息共享平臺，有一個可以協調三大功能系統的綜合監控系統，城市軌道交通的綜合監控系統承擔起協調三大系統的任務。

1.2  科技發展水平決定地鐵自動化系統的構架和形態

　　地鐵自動化系統到底應采用什么樣的構架和形態主要由自動化技術的發展水平以及當時的科學技術發展狀態來決定。地鐵早期的自動化系統，基本上與當時的自動化技術發展同步，應用的是按專業分類的專利自動化系統，大多數專業采用Modem+RTU的SCADA遠動系統，發展成為一種分立監控系統的形態。這些分立的系統在中央監控中心（OCC）都有本專業的服務器、操作站及外圍設備，都有自己的不同結構的通信網絡，各分立系統采用的是各不相同的監控軟件；在車站也建有各專業的監控網絡及監控站。這種分立的監控系統方式在計算機控制系統理論上稱為“多島控制系統”。一個分立的網絡被稱為一個自動化孤島（Automation-island）。

　　進入本世紀，數字通信技術長足進步，計算機技術發生巨變，自動化技術以信息與集成為主流，因此，地鐵自動化系統采用了更為先進的通信網絡；采用了更為先進的網絡設備；自動化系統的計算機設備CPU的處理速度和性能成百成千倍地提高；自動化系統也由傳統的SCADA系統發展成為現代大型SCADA系統―發展成為以開放系統為基礎的大型計算機集成系統。技術的進步使簡單的Modem+RTU系統發展為分層分布的大型SCADA系統，地鐵自動化系統由分立系統發展為集成系統。在當今的技術條件下，可以構建將所有與運營有關的各專業接口在一個信息共享平臺上的綜合監控系統，使自動化系統功能滿足現代運營的要求，使自動化系統成為實現地鐵運營三大功能系統協調運行的最有效支撐力量。

　　同時，地鐵自動化系統的構架和形態又是與實際應用環境休戚相關，與應用發展水平相一致。國內地鐵的發展期始于本世紀，因此，地鐵自動化的發展水平的起點較高，目前發展起來的新的自動化系統特別是綜合監控系統具有創新的構架和較成功的應用。

1.3  為地鐵線路構建信息共享平臺成為地鐵自動化系統發展的方向

　　地鐵的基本運營狀態包括正常運營狀態、非正常運營狀態和緊急運營狀態。地鐵運營就是要在這三種狀態下，保證人和設備的安全，提高人性化服務水平，提高地鐵經營效率。這就要求自動化監管系統能在上述三種運營狀態下，協調各專業達到目標。在OCC實現將行調、電調、環調、防災調度、維調和總調等工作站信息溝通，實現互連互動。在車站車控室，將與站務和機電設備相關的信息溝通，實現互連互動。現代地鐵運營要求自動化系統提供實現信息互通和資源共享的信息平臺。

1.4.2  對子系統的無縫接入―集成與互聯

　　地鐵綜合監控系統的主要特點是對地鐵各專業子系統的“綜合”，即將各子系統接入到綜合監控系統中來。對子系統的接入分為兩大類型：

　　(1)  一類稱為對子系統的集成。所謂對子系統集成，是將被集成的子系統完全融入綜合監控系統中。被集成的子系統成為綜合監控系統的一部分。其中央功能和車站功能都由綜合監控系統實現。綜合監控系統的硬件網絡取代了被集成子系統的網絡，綜合監控系統的軟件取代了被集成系統的軟件。被集成子系統構成了地鐵線路信息共享平臺的基礎。

　　(2)  另一類稱為對子系統的互聯。所謂對子系統的互聯，是與完全獨立的系統建立接口，實現綜合監控系統與互聯系統間的信息交互。被互聯的子系統是完全獨立的系統，與綜合監控系統在中央或在車站有接口，實現與運營相關信息的交互。綜合監控系統可向被互聯系統提供共享信息工作站；被互聯的系統在信息共享平臺支持下，可實現全新的功能。

　　對子系統（無論是集成子系統還是互聯子系統）的接入必須是無縫的。綜合監控系統對子系統集成是將子系統完全融入系統本身，對這些子系統的接入是無縫的。綜合監控系統對子系統的互聯是通過網關裝置（俗稱FEP或通信控制器或前置通信機）與子系統建立通信鏈路、轉換子系統的數據形式，使綜合監控系統與互聯子系統實現信息交互，將與運營相關的子系統的信息聯入到綜合監控信息共享平臺中來。網關裝置進行協議轉換，實現對子系統的無縫連接。
在具體的地鐵工程中，構建綜合監控系統時，必須首先確定集成哪些子系統、互聯那些子系統。這是總體設計必須最先解決的問題。

1.4.3  大型SCADA軟件體系

　　構建地鐵信息共享平臺的關鍵之一是選用平臺的軟件體系。城市軌道交通綜合監控軟件是一個以地理分散的大型SCADA軟件為基礎的軟件體系。它必須具備SCADA軟件的遠動特性，同時又是大型的分層分布式工業自動化軟件。它必須能實現被集成子專業的一些特定的需求，又必須具有工業自動化系統的通用功能。城市軌道交通綜合監控軟件除了具有一般通用工業自動化軟件所要求的穩定的通用平臺，更為重要的是此軟件包含了定制開發適于具體工程的應用軟件，內涵了為滿足用戶需求的實施經驗的映射。
城市軌道交通綜合監控軟件既考慮平臺應用的成熟性，還要求平臺對具體工程的適應性，以必須滿足最終用戶需求為第一原則。

    城市軌道交通綜合監控系統總設計思想（２）

    城市軌道交通綜合監控系統總設計思想（3）