作者：城市軌道交通標準技術(shù)委員會(huì ) 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(wù)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(guò)程調用技術(shù)、分布式對象技術(shù)、面向消息的中間件技術(shù)和Web服務(wù)技術(shù)。

整個(gè)軟件系統由多個(gè)合理劃分的功能模塊所組成，這些模塊能夠訪(fǎng)問(wèn)公共的數據源-實(shí)時(shí)數據庫。系統軟件平臺具有如下特點(diǎn)：高可靠性。單個(gè)模塊的故障不會(huì )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(guān)鍵模塊外，其它單個(gè)模塊的故障不會(huì )影響到其它模塊的運行。這些關(guān)鍵模塊包括：系統進(jìn)程管理模塊、實(shí)時(shí)數據庫模塊。采用通用的硬件和標準化的軟件。整個(gè)ISCS軟件平臺將基于市場(chǎng)通用的、可互換的、成熟的、高性能的硬件產(chǎn)品。系統可以得到簡(jiǎn)化，當出現故障時(shí)，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(wǎng)絡(luò )管理系統，可以完成對硬件環(huán)節的故障診斷、識別等工作。同時(shí)，以模塊化的軟件構架為基礎，通過(guò)系統進(jìn)程管理模塊完成ISCS軟件平臺多個(gè)軟件模塊組件的狀態(tài)檢測、診斷，經(jīng)過(guò)冗余邏輯判斷，實(shí)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(chē)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(shí)時(shí)數據庫模塊：實(shí)時(shí)數據庫負責實(shí)時(shí)數據的采集與管理。實(shí)時(shí)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(lèi)型。設備可自由配置各種靜態(tài)或動(dòng)態(tài)屬性，還可選擇是否需要保存歷史數據?？梢允褂门c系統文件管理方法類(lèi)似的層次化對象方法，對所監視過(guò)程進(jìn)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?？墒褂幂o助工具對公式進(jìn)行編輯?？稍谧詣?dòng)或周期模式下存儲數據庫的快照。數據庫類(lèi)所支持的訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)有：讀/寫(xiě)服務(wù)；配置服務(wù)，在數據庫中創(chuàng )建或刪除點(diǎn)，根據數據配置信息進(jìn)行查詢(xún)；點(diǎn)值變化的訂閱服務(wù)。數據庫的配置和讀寫(xiě)服務(wù)是通過(guò)數據庫的過(guò)程接口來(lái)完成。實(shí)時(shí)數據庫提供多種方式的快速訪(fǎng)問(wèn)接口，可在線(xiàn)增加/刪除記錄，在數據庫中讀/寫(xiě)點(diǎn)值。

歷史數據庫模塊：歷史數據庫采用大型商用關(guān)系型數據庫管理系統。系統軟件平臺通過(guò)對歷史數據庫進(jìn)行接口封裝，可支持多種關(guān)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(guò)專(zhuān)門(mén)的分布式基礎中間件模塊實(shí)現了分布式異構環(huán)境下應用系統互連和互操作性。該中間件實(shí)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(guò)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(guò)分布式系統管理，提供了分布式環(huán)境下統一的開(kāi)發(fā)和運行環(huán)境；通過(guò)通信管理，對網(wǎng)絡(luò )通信進(jìn)行統一封裝，為上層應用提供了透明通信服務(wù)。

由于采用了中間件模塊，軟件架構是靈活的，實(shí)現某些功能的軟件模塊可以選擇專(zhuān)為本項目ISCS系統開(kāi)發(fā)的模塊，而各模塊之間的通訊質(zhì)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(zhì)的系統設備的狀態(tài)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(wù)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(shí)現雙冗余FEP和雙冗余實(shí)時(shí)服務(wù)器之間的數據同步。雙機狀態(tài)檢測與故障診斷：冗余的FEP、服務(wù)器之間，均存在冗余診斷，通過(guò)狀態(tài)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(wù)器通過(guò)與FEP之間的連接狀態(tài)診斷邏輯，選擇可靠的數據傳輸通道，實(shí)現FEP的冗余通道切換；冗余服務(wù)器之間通過(guò)雙機狀態(tài)檢測與故障診斷，完成冗余切換。

網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監視模塊：系統的NMS網(wǎng)管子系統的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監視模塊，可以完成對系統網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的監視功能。

時(shí)間同步模塊：系統以通訊專(zhuān)業(yè)CLK系統提供的一級母時(shí)鐘信號（單向10毫秒級精度）為標準，統一ISCS系統內部的網(wǎng)絡(luò )時(shí)間，并在將該時(shí)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(jìn)行管理和配置。實(shí)時(shí)狀態(tài)監測：周期檢查各個(gè)組件的運行狀態(tài)，并在故障出現時(shí)，發(fā)出警告。權限管理：可定義并發(fā)布權限文件，用于訪(fǎng)問(wèn)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(chǎn)生報警和事件，并通過(guò)報警列表及事件列表組件實(shí)現對報警和事件的瀏覽管理。操作員可以通過(guò)報警和事件管理模塊實(shí)現對報警信息的顯示、查詢(xún)、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?？梢詫?shí)現實(shí)時(shí)數據庫的配置和實(shí)時(shí)監視，可配置歷史數據庫的存儲要求，如存儲周期等。

聯(lián)動(dòng)模塊：聯(lián)動(dòng)模塊負責多系統間的聯(lián)動(dòng)命令發(fā)放及同步。

由于采用了中間件模塊，軟件架構是靈活的，實(shí)現某些功能的軟件模塊可以選擇專(zhuān)為本項目ISCS系統開(kāi)發(fā)的模塊，而各模塊之間的通訊質(zhì)量和性能不受影響。ISCS應用軟件是開(kāi)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(yè)主使用人員，獨立進(jìn)行組態(tài)、畫(huà)面編輯、程序修改、系統維護等操作，業(yè)主人員有權在工程開(kāi)發(fā)、調試階段介入相關(guān)的開(kāi)發(fā)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(shí)時(shí)數據庫模塊

日志和歷史數據管理模塊

報警管理模塊

時(shí)間表等控制模塊

事件觸發(fā)控制模塊

各系統功能模塊

操作員權限管理模塊

網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監視模塊

時(shí)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(kāi)發(fā)工具

ISCS系統軟件平臺提供一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），對分布在多個(gè)服務(wù)器上的同一個(gè)應用進(jìn)行統一的開(kāi)發(fā)。支持多個(gè)開(kāi)發(fā)人員同時(shí)開(kāi)發(fā)同一個(gè)應用。軟件平臺本身提供技術(shù)和手段保證多個(gè)開(kāi)發(fā)人員同時(shí)開(kāi)發(fā)時(shí)的交互?？梢詫?shí)現版本自動(dòng)同步更新、歷史版本追溯、分支合并，查詢(xún)修改日志等功能。當其中某個(gè)開(kāi)發(fā)人員對其中的部分應用進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境保證任何別的開(kāi)發(fā)人員都無(wú)法對該部分應用進(jìn)行修改。

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）

（1）提供一個(gè)統一的分布式開(kāi)發(fā)、部署環(huán)境，在統一的集成環(huán)境下可以實(shí)現對線(xiàn)路內車(chē)站、子系統的配置開(kāi)發(fā)，以及部署配置。

（2）能夠實(shí)現對設備模板和圖形模板的可視化編輯和開(kāi)發(fā)，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(guān)聯(lián)，作為一類(lèi)設備整體復用，提高在界面開(kāi)發(fā)工具中的易用性，實(shí)現一改全改，提高系統可維護性。

（3）能實(shí)現對用戶(hù)和用戶(hù)組等權限相關(guān)的配置管理功能。

（4）能實(shí)現實(shí)時(shí)數據庫的開(kāi)發(fā)、修改功能，可以利用設備模板實(shí)現設備實(shí)例化的批量創(chuàng )建。

人機界面開(kāi)發(fā)工具

（1）能實(shí)現監控畫(huà)面的配置管理，所有畫(huà)面均可由用戶(hù)進(jìn)行可視化修改，畫(huà)面組態(tài)支持動(dòng)態(tài)縮放和導航以及變量查找、替換和統計功能。

（2）支持用戶(hù)腳本，可定時(shí)、周期觸發(fā)執行。用戶(hù)腳本可訪(fǎng)問(wèn)工程中定義的設備進(jìn)行相關(guān)控制，并可訪(fǎng)問(wèn)畫(huà)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(wù)等功能，通過(guò)報表服務(wù)可以實(shí)現報表的定時(shí)生成和打印。

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

（5）用戶(hù)離線(xiàn)創(chuàng )建或修改所有圖形及圖庫。

數據采集開(kāi)發(fā)工具

（1）可以實(shí)現采集通道、設備、I/O測點(diǎn)的開(kāi)發(fā)和配置。

（2）支持主、從信道的配置。

（3）支持測點(diǎn)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(tài)、計算機CPU占有率、采集器進(jìn)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(jìn)制顯示功能，支持測點(diǎn)的過(guò)濾、查找功能。

（3）支持主、從信道的切換功能。

（4）能在線(xiàn)或離線(xiàn)使用。

7.2.6　綜合監控系統的發(fā)展

近年來(lái)，地鐵運營(yíng)的自動(dòng)化水平不斷提高，地鐵運營(yíng)自動(dòng)化水平GOA（Grad Of Automation）的要求達GOA4-GOA5全自動(dòng)運行等級。對綜合監控系統這一線(xiàn)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(chē)輛監控的全面信息；乘客狀況監控、管理信息；車(chē)、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(diǎn)；綜合監控系統互聯(lián)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(shí)現列車(chē)監控；同時(shí)實(shí)現車(chē)輛調度信息共享：?jiǎn)拘驯O控、休眠、開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)、站場(chǎng)信息監控、TCMS（車(chē)輛監控管理系統）、故障旁路和復位、設置/緩解停放制動(dòng)等等；實(shí)現乘客調度信息共享：站場(chǎng)信息監控、車(chē)載廣播及CCTV、車(chē)載PIS 信息發(fā)布、應答乘客呼叫等；實(shí)現綜合維修系統（IMS）信息共享：信號設備、車(chē)輛走行部、電力設備、機電設備狀態(tài)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(wú)人駕駛CCTV、PA、PIS、PSD及無(wú)線(xiàn)等互連系統的接入信息將大大增加。

除了無(wú)人駕駛運行模式要求綜合監控系統提供更多的相關(guān)功能外，地鐵信息化、智能化對線(xiàn)路綜合監控系統提出了更加廣泛的功能要求。線(xiàn)網(wǎng)調度指揮系統要求線(xiàn)路綜合監控系統提供更加實(shí)用的功能。智慧地鐵的發(fā)展要求一個(gè)更加堅實(shí)，更加廣泛的線(xiàn)路及信息共享平臺。

地鐵是電能消耗大戶(hù)，如何在智能電網(wǎng)的大背景下實(shí)現電力的節能，配電的優(yōu)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(guān)信息支持電能智能管理。建設生態(tài)車(chē)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(kāi)發(fā)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(shí)現更多的智能功能。例如智能應急指揮、智能預案、智能聯(lián)動(dòng)等。工業(yè)4.0的理念進(jìn)入綜合監控系統，使得城市軌道交通的發(fā)展與智能交通，智慧城市相協(xié)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(xiàn)路信息共享平臺支持地鐵線(xiàn)路實(shí)現全自動(dòng)運行模式，其中將發(fā)展出許多智能應用功能提高全自動(dòng)運營(yíng)的效率與安全。綜合監控系統則可在中央實(shí)時(shí)數據庫和歷史數據庫的支持下，利用人工智能技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)地鐵運營(yíng)專(zhuān)家系統的途徑，為地鐵開(kāi)發(fā)出運營(yíng)決策支持系統，實(shí)現一些高級運營(yíng)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(tài)維修等等。

總之，集成了更多信息，可以支持無(wú)人駕駛運行，可以支持線(xiàn)路運營(yíng)管理智能化，實(shí)現諸多的環(huán)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(lái)。新綜合監控系統發(fā)展成為地鐵線(xiàn)路自動(dòng)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(chǎn)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(xiàn)路的綜合監控信息共享平臺并行地構建起來(lái)，構成了整個(gè)城市地鐵信息化、智能化系統的信息基礎層，支撐起了整個(gè)城市的智慧地鐵大廈。

作者簡(jiǎn)介：

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系。1984~1991年任安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1991年出版《分散型控制系統》（ 上?？萍嘉墨I出版社） 。2000~2012年任北京和利時(shí)系統工程公司副總工、事業(yè)部總設計師，北京地鐵13號線(xiàn)、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線(xiàn)綜合監控系統工程技術(shù)總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統與技術(shù)》初版與第二版（電子工業(yè)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(zhì)量驗收規范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標準《工業(yè)企業(yè)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(shù)專(zhuān)家，住建部城市軌道交通標注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì )委員，全國自動(dòng)化系統與集成標準技術(shù)委員會(huì )委員。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年4月刊