作者：城市轨道交通标准技术委员会 魏晓东

7.2.5  综合监控系统软件架构

ISCS软件平台由一系列基于服务器和基于操作站的软件模块组成，是一种基于中间件的分布式应用集成架构。应用集成架构包含有远程过程调用技术、分布式对象技术、面向消息的中间件技术和Web服务技术。

整个软件系统由多个合理划分的功能模块所组成，这些模块能够访问公共的数据源-实时数据库。系统软件平台具有如下特点：高可靠性。单个模块的故障不会引起数据的丢失和系统的瘫痪。所有的软件组件模块均是相互独立的，除了以下的关键模块外，其它单个模块的故障不会影响到其它模块的运行。这些关键模块包括：系统进程管理模块、实时数据库模块。采用通用的硬件和标准化的软件。整个ISCS软件平台将基于市场通用的、可互换的、成熟的、高性能的硬件产品。系统可以得到简化，当出现故障时，更容易诊断、处理和恢复。ISCS软件平台基本结构如图9所示。

图9 ISCS软件平台基本结构

ISCS系统配置了网络管理系统，可以完成对硬件环节的故障诊断、识别等工作。同时，以模块化的软件构架为基础，通过系统进程管理模块完成ISCS软件平台多个软件模块组件的状态检测、诊断，经过冗余逻辑判断，实现软件的热冗余切换，提高系统软件的故障诊断、处理和恢复的性能。

综合监控系统软件的部署在系统的中央级与车站级各设备上如图10所示。

图10 ISCS软件的部署

7.2.5.1　ISCS软件平台的软件模块

实时数据库模块：实时数据库负责实时数据的采集与管理。实时系统软件可以模拟所监视的设备的属性，这些属性不局限于预先定义的且从外部系统获得数据源的数据类型。设备可自由配置各种静态或动态属性，还可选择是否需要保存历史数据。可以使用与系统文件管理方法类似的层次化对象方法，对所监视过程进行层次化监督管理。对每一级设备层，属性可以计算，可作为报警条件。强大的计算引擎可以完成对任何设备属性的计算功能。可使用辅助工具对公式进行编辑。可在自动或周期模式下存储数据库的快照。数据库类所支持的访问服务有：读/写服务；配置服务，在数据库中创建或删除点，根据数据配置信息进行查询；点值变化的订阅服务。数据库的配置和读写服务是通过数据库的过程接口来完成。实时数据库提供多种方式的快速访问接口，可在线增加/删除记录，在数据库中读/写点值。

历史数据库模块：历史数据库采用大型商用关系型数据库管理系统。系统软件平台通过对历史数据库进行接口封装，可支持多种关系数据库管理系统：如ORACLE，MySQL等。历史数据库模块负责历史存档管理，历史存档保存按照可设定的周期或事件存储的数据。

中间件模块：ISCS软件是可移植的、模块化和可适应的，通过专门的分布式基础中间件模块实现了分布式异构环境下应用系统互连和互操作性。该中间件实现了ISCS系统内部应用软件的相互透明操作和数据共享。通过对操作系统封装，屏蔽了操作系统的差异，为上层应用提供跨操作系统平台的能力；通过分布式系统管理，提供了分布式环境下统一的开发和运行环境；通过通信管理，对网络通信进行统一封装，为上层应用提供了透明通信服务。

由于采用了中间件模块，软件架构是灵活的，实现某些功能的软件模块可以选择专为本项目ISCS系统开发的模块，而各模块之间的通讯质量和性能不受影响。

双机管理模块：双机管理模块用于完成具有冗余性质的系统设备的状态检测、故障诊断、冗余切换、数据同步等重要功能，主要存在于冗余FEP、服务器、工作站之中。双机管理模块的主要功能包括：双机数据同步：实现双冗余FEP和双冗余实时服务器之间的数据同步。双机状态检测与故障诊断：冗余的FEP、服务器之间，均存在冗余诊断，通过状态诊断模块相互获取诊断信息，为冗余切换提供依据。冗余切换：服务器通过与FEP之间的连接状态诊断逻辑，选择可靠的数据传输通道，实现FEP的冗余通道切换；冗余服务器之间通过双机状态检测与故障诊断，完成冗余切换。

网络状态监视模块：系统的NMS网管子系统的网络状态监视模块，可以完成对系统网络状态的监视功能。

时间同步模块：系统以通讯专业CLK系统提供的一级母时钟信号（单向10毫秒级精度）为标准，统一ISCS系统内部的网络时间，并在将该时钟信号传送给各被集成系统。

报表模块：系统具有完善的报表功能，报表模块负责统一处理所有系统报表生成及管理。

系统管理配置模块：系统提供管理配置模块，可完成如下工作：系统配置：可对系统的组成结构、权限分配等进行管理和配置。实时状态监测：周期检查各个组件的运行状态，并在故障出现时，发出警告。权限管理：可定义并发布权限文件，用于访问特定功能的权限检查。

报警和事件管理模块：系统的报警和事件管理模块负责根据配置产生报警和事件，并通过报警列表及事件列表组件实现对报警和事件的浏览管理。操作员可以通过报警和事件管理模块实现对报警信息的显示、查询、浏览、统计、打印等功能。

数据库管理模块：数据库管理模块负责数据库内容整理及同步。可以实现实时数据库的配置和实时监视，可配置历史数据库的存储要求，如存储周期等。

联动模块：联动模块负责多系统间的联动命令发放及同步。

由于采用了中间件模块，软件架构是灵活的，实现某些功能的软件模块可以选择专为本项目ISCS系统开发的模块，而各模块之间的通讯质量和性能不受影响。ISCS应用软件是开放的，可随意方便地修改数据库和人机界面（HMI）的图像及其背后的逻辑程序。应用软件支持由业主使用人员，独立进行组态、画面编辑、程序修改、系统维护等操作，业主人员有权在工程开发、调试阶段介入相关的开发工作。

7.2.5.2　软件功能模块

综合监控系统的软件功能模块包括以下几种：

人机界面模块

数据处理模块

实时数据库模块

日志和历史数据管理模块

报警管理模块

时间表等控制模块

事件触发控制模块

各系统功能模块

操作员权限管理模块

网络状态监视模块

时间同步模块

软件监视模块

备份和文档管理模块

配置管理模块

7.2.5.3　软件开发工具

ISCS系统软件平台提供一个集成开发环境（IDE），对分布在多个服务器上的同一个应用进行统一的开发。支持多个开发人员同时开发同一个应用。软件平台本身提供技术和手段保证多个开发人员同时开发时的交互。可以实现版本自动同步更新、历史版本追溯、分支合并，查询修改日志等功能。当其中某个开发人员对其中的部分应用进行开发时，集成开发环境保证任何别的开发人员都无法对该部分应用进行修改。

集成开发环境（IDE）

（1）提供一个统一的分布式开发、部署环境，在统一的集成环境下可以实现对线路内车站、子系统的配置开发，以及部署配置。

（2）能够实现对设备模板和图形模板的可视化编辑和开发，图形模板支持自定义属性和自定义脚本，并可与设备模板关联，作为一类设备整体复用，提高在界面开发工具中的易用性，实现一改全改，提高系统可维护性。

（3）能实现对用户和用户组等权限相关的配置管理功能。

（4）能实现实时数据库的开发、修改功能，可以利用设备模板实现设备实例化的批量创建。

人机界面开发工具

（1）能实现监控画面的配置管理，所有画面均可由用户进行可视化修改，画面组态支持动态缩放和导航以及变量查找、替换和统计功能。

（2）支持用户脚本，可定时、周期触发执行。用户脚本可访问工程中定义的设备进行相关控制，并可访问画面中定义的图形元素修改显示效果。

（3）提供集成的内置报表，支持各种报表的配置管理以及报表服务等功能，通过报表服务可以实现报表的定时生成和打印。

（4）内置支持时间表控制、顺序控制和模式控制，可便捷的结合业务需求完成配置。

（5）用户离线创建或修改所有图形及图库。

数据采集开发工具

（1）可以实现采集通道、设备、I/O测点的开发和配置。

（2）支持主、从信道的配置。

（3）支持测点配置的快速导入、导出功能。

（4）支持配置检测功能，能够检测系统的配置错误。

数据采集调试工具

（1）支持采集器运行状态、计算机CPU占有率、采集器进程CPU占有率、已用内存大小等的监控功能。

（2）支持诊断信息的显示和打印，支持二进制显示功能，支持测点的过滤、查找功能。

（3）支持主、从信道的切换功能。

（4）能在线或离线使用。

7.2.6　综合监控系统的发展

近年来，地铁运营的自动化水平不断提高，地铁运营自动化水平GOA（Grad Of Automation）的要求达GOA4-GOA5全自动运行等级。对综合监控系统这一线路信息共享平台提出了更高的更全面的要求，综合监控系统需集成更多的信息：综合监控系统需集成信号系统的ATS系统；集成车辆监控的全面信息；乘客状况监控、管理信息；车、地设备综合维修信息；综合监控系统集成子系统更多的信息点；综合监控系统互联系统的更多的信息。综合监控系统软件平台需集成ATS，综合监控系统软件平台上实现列车监控；同时实现车辆调度信息共享：唤醒监控、休眠、开关车门、站场信息监控、TCMS（车辆监控管理系统）、故障旁路和复位、设置/缓解停放制动等等；实现乘客调度信息共享：站场信息监控、车载广播及CCTV、车载PIS 信息发布、应答乘客呼叫等；实现综合维修系统（IMS）信息共享：信号设备、车辆走行部、电力设备、机电设备状态监视，台账、备件、维护计划、工单管理以及文档管理等等。为支持无人驾驶CCTV、PA、PIS、PSD及无线等互连系统的接入信息将大大增加。

除了无人驾驶运行模式要求综合监控系统提供更多的相关功能外，地铁信息化、智能化对线路综合监控系统提出了更加广泛的功能要求。线网调度指挥系统要求线路综合监控系统提供更加实用的功能。智慧地铁的发展要求一个更加坚实，更加广泛的线路及信息共享平台。

地铁是电能消耗大户，如何在智能电网的大背景下实现电力的节能，配电的优化等等都将提到议事日程，需要综合监控系统平台提供更多的相关信息支持电能智能管理。建设生态车站，节能并且降低碳排放，综合监控系统的机电设备子系统应该承担此项大课题，采集成更多信息。综合监控系统平台上的视频监视信息应该智能化，应可开发出更多的智能功能为地铁的安全做贡献。在综合监控系统平台上实现更多的智能功能。例如智能应急指挥、智能预案、智能联动等。工业4.0的理念进入综合监控系统，使得城市轨道交通的发展与智能交通，智慧城市相协调，以上都需要综合监控系统提供更多的共享信息。

综合监控系统软件平台作为线路信息共享平台支持地铁线路实现全自动运行模式，其中将发展出许多智能应用功能提高全自动运营的效率与安全。综合监控系统则可在中央实时数据库和历史数据库的支持下，利用人工智能技术，通过开发地铁运营专家系统的途径，为地铁开发出运营决策支持系统，实现一些高级运营功能，例如，自适应调度、调度决策分析建议、综合节能、安防体系、综合维修与状态维修等等。

总之，集成了更多信息，可以支持无人驾驶运行，可以支持线路运营管理智能化，实现诸多的环保、节能的智能化功能的新一代综合监控系统正在地铁工程中建设起来。新综合监控系统发展成为地铁线路自动化系统的MES层。综合监控系统成为智能地铁的底层信息共享平台，它为地铁智能信息化集成系统提供最广泛的底层本源信息。智能地铁建设须以此为基础，智能化功能也是对这些信息集成后产生的。智慧地铁、地铁信息化与智能化都要落地到综合监控平台上。地铁每条线路的综合监控信息共享平台并行地构建起来，构成了整个城市地铁信息化、智能化系统的信息基础层，支撑起了整个城市的智慧地铁大厦。

作者简介：

魏晓东，1967年毕业于天津大学精仪系。1984~1991年任安徽工业大学自动化系副教授。1991年出版《分散型控制系统》（ 上海科技文献出版社） 。2000~2012年任北京和利时系统工程公司副总工、事业部总设计师，北京地铁13号线、深圳地铁一期工程、广州地铁3号线综合监控系统工程技术总负责人。2006、2010年出版《城市轨道交通自动化系统与技术》初版与第二版（电子工业出版社）；2010年主编国家标准《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》（GB50636-2010）、《城市轨道交通综合监控系统施工与质量验收规范》（GB/T50732-2011）；2010年主编关于两化融合的国家标准《工业企业信息化集成系统规范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清华同方数字城市工程中心技术专家，住建部城市轨道交通标注技术网Eu委员会委员，全国自动化系统与集成标准技术委员会委员。

摘自《自动化博览》2018年4月刊