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【摘 要】 根据国内城市轨道交通建设过程中分期实施的特点，结合轨道交通的建设规模，对轨道交通综合监控系统远期扩展及接入方案进行探讨。
【关键词】 轨道交通；综合监控；扩展和接入
1.概述
为实现各专业设备信息互通、资源共享，提升自动化水平，提高轨道交通运营的安全性、可靠性和响应性，最终达到减员增效的目的，国内多数的轨道交通项目设置了综合监控系统。综合监控系统由中央级综合监控系统、车站级（含车辆段及停车场）综合监控系统、辅助管理系统及全线骨干网组成。
目前国内单条轨道交通线路的建设规模一般为20至30个站点，但由于轨道交通建设周期长、投资大，因此极少线路可以达到一次性开通所有车站的目标。以杭州地铁1号线为例，建设规划为34个车站，建设里程超过60公里，从2008年至2012年底完成了线路一期的31个车站开通，预计在2014年完成后续3个车站的开通。轨道交通线路的分期开通对综合监控系统的扩展和接入提出了很高的要求，本文以轨道交通线路的一期工程和二期工程为例对软件的扩展和接入、网络的接入以及无扰衔接方案进行了探讨。
2.软件的扩展和接入
2.1综合监控软件平台的选择
综合监控系统以软件平台为核心，分期实施的项目应采用基于分布式对象结构的软件平台。软件模块宜采用组件化方式，允许各模块在硬件上任意分配，任何一台工作站在授权的情况下都可以进行各级操作员的监视和控制。综合监控软件平台应支持如下扩展：
●组态界面可扩展
●支持新增设备扩展
●支持新增设备类扩展
●支持功能扩展
●支持节点扩展
●支持线路扩展
2.2软件扩展方案一
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程也采用该软件平台作为车站级综合监控系统核心；二期工程在控制中心不再增设服务器，使用一期控制中心服务器接入全线所有车站数据。
首先，一期综合监控系统在设计阶段，需充分考虑将来二期车站的接入，统一设计轨道交通线路一、二期共用的控制中心人机界面，运营调度界面、操作流程、操作方式和运营维护管理等方面可完全一致，从而使将来两期线路贯通后运营操作标准一致，运营人员可以在同一台操作员工作站的监控界面上对前后两期相关设备进行统一监控和管理。
其次，一期综合监控系统在开发阶段，在各个功能模块中可预先为二期车站预留编码逻辑及空间，为将来二期系统的接入直接奠定基础，使二期扩展接入对已开通的一期系统的修改和影响降至最低。
二期扩展方案及数据流设计
综合监控系统软件平台是采用模块化、可扩展模式，标准的实时数据库和数据组织形式以车站、系统、设备类为单位，各个层次均为模块化树形结构。在二期车站接入一期系统时：
车站综合监控系统各自独立工作，互不干扰和影响。新接入的二期车站综合监控系统作为一个车站局域网接入骨干网，数据流和功能上对一期既有的车站综合监控系统無任何影响。
在控制中心综合监控系统中，各个车站也为独立分支树形结构，单个车站结构下的修改、增加以及删除不会影响到其他车站的功能实现和数据交互。对于通用功能，由于在一期建设时，已经在编码逻辑上为二期车站进行了预留。所以在接入二期车站时，只需要修改新增车站的配置，重新升级系统及进行必要测试，就可实现中心对二期车站的扩展。
由于综合监控系统软件平台的模块化设计，各个车站的各个接口可通过配置进行屏蔽或者激活，可灵活调整适应现场调试的实际需要，同时也可减低对已运行系统的影响。
2.3软件扩展方案二
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程也采用该软件平台作为车站级综合监控系统核心；二期工程在控制中心增设服务器，负责接入二期车站的全部数据；控制中心工作站同时和控制中心一期服务器集群、二期服务器集群连接，实现对全线数据的监视、管理和调度运营。
2.4软件扩展方案三
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程选用其他的软件平台；二期工程在控制中心增设服务器，负责接入二期车站的全部数据；
综合考虑以上三种接入方案，建议采用第一种方式。
3.网络接入方案
目前国内在建的轨道交通综合监控骨干网（MBN）多数采用数据传输速率为1000Mbps的工业级以太网方式构建，不仅满足在建线路全线数据传输、交换的要求，还为其他线路的接入和更高层集成系统的接入预留条件。
为了保证系统性能和网络扩展，服务器、网络和软件平台的处理能力都应该预留50%的裕量，网络设备的处理能力和接口也应该按远期不少于50个节点的规模考虑，节点之间最大距离按10km考虑。
为保证轨道交通综合监控系统的扩展扩容需求，项目实施需配置万兆级三层工业交换机，这样可以根据网络扩展方便灵活配置接口。
网络设计方案中，必须要考虑到网络的扩充和接入性能，当有若干站点需要加入到网络中时，建议的网络扩容方案如下：
1）新增站点接入主环重构方案
因为环网结构提供了断点保护功能，所以可以利用此功能完成新增站点接入主环的过程。
首先，将新增的若干站点除计划接入主环的端口外，与其它站点的连接以及交换机配置工作完成，做好接入主环的准备工作。如下图所示：
然后，断开主环的相关联接链路。因为环网具备冗余保护能力，断开一点不会影响到系统的正常工作。如下图所示：
最后，完成新增站点与原有站点的连接，完成网络重构，原有站点与新增站点重新构成一个环网，如下图所示： 采用这种方案，对原有主环中运行的应用系统没有太大的影响（网络切换会有小于50ms的切换时间，对系统的影响程度取决于应用软件数据收发机制）。在实际操作中可采取分步实施步骤，即先断开备用环路（如果应用程序采用主备网络的方式），新增站点备用环路重构后再对主环路进行断开以及重构。
2）新增站点独立成环，与主环冗余连接方案
采用对原有主环完全没有影响的方式，具体操作过程如下：
将新增站点独立成环，选用新增站点中的两个站，与主环的两个站分别连接，将新增站点的交换机连接主环端口配置为主备模式（采用Net-Coupling技术，当主连接中断时，备用连接在1s内启用）。连接的网络结构如下图所示：
采用这种连接模式可不用对原有主干环做任何改动，只需对新增站点进行配置，对网络的影响程度低，但新增站点环与主环的冗余切换时间稍长。
4.无扰衔接方案
當线路的二期车站接入一期已建成的综合监控系统进行调试时，可分为几个步骤：
1）调试车站接口：可将二期车站综合监控系统独立于主干网，先进行车站接口功能及对点调试。对于某些中心和车站联调功能，可考虑利用车站冗余服务器。一部扮演中心服务器（特殊调试版本），一部扮演车站服务器，在车站直接调试。这种做法的优点是杜绝一个全新版本进行现场调试对现有运营的一期综合监控系统可能造成的任何影响。当车站接口调试完成，软件版本大体上已经成熟稳定。
2）调试中心接口：此时可将二期车站综合监控系统连接于主干网，进行中心接口的功能调试及点对点调试。同样，如果中心联调不具备条件或是工期安排不便，可先利用车站冗余服务器进行功能调试。
3）升级中心系统：当所有车站调试完成后，软件版本完全稳定和成熟。对于车站综合监控系统，应生成现场运营版本；对于中心综合监控系统，应更新软件且包括相应的二期车站分支，将现有一期运营的中心软件升级为一二期贯通运营的中心软件。
5.结语
线路的分期建设和分期开通是国内轨道交通建设的现状和面临的挑战，综合监控系统的扩展和接入是轨道交通建设的重点研究领域，提前做好线路规划、软件扩展条件和硬件接入准备可以保证轨道交通项目建设的顺利实施。
参考文献：
[1]《地铁设计规范》GB50157-2003
[2]《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》（GB50636-2010）
[3]《交换机/路由器配置与管理》（桑世庆，卢晓慧编）
【关键词】 轨道交通；综合监控；扩展和接入
1.概述
为实现各专业设备信息互通、资源共享，提升自动化水平，提高轨道交通运营的安全性、可靠性和响应性，最终达到减员增效的目的，国内多数的轨道交通项目设置了综合监控系统。综合监控系统由中央级综合监控系统、车站级（含车辆段及停车场）综合监控系统、辅助管理系统及全线骨干网组成。
目前国内单条轨道交通线路的建设规模一般为20至30个站点，但由于轨道交通建设周期长、投资大，因此极少线路可以达到一次性开通所有车站的目标。以杭州地铁1号线为例，建设规划为34个车站，建设里程超过60公里，从2008年至2012年底完成了线路一期的31个车站开通，预计在2014年完成后续3个车站的开通。轨道交通线路的分期开通对综合监控系统的扩展和接入提出了很高的要求，本文以轨道交通线路的一期工程和二期工程为例对软件的扩展和接入、网络的接入以及无扰衔接方案进行了探讨。
2.软件的扩展和接入
2.1综合监控软件平台的选择
综合监控系统以软件平台为核心，分期实施的项目应采用基于分布式对象结构的软件平台。软件模块宜采用组件化方式，允许各模块在硬件上任意分配，任何一台工作站在授权的情况下都可以进行各级操作员的监视和控制。综合监控软件平台应支持如下扩展：
●组态界面可扩展
●支持新增设备扩展
●支持新增设备类扩展
●支持功能扩展
●支持节点扩展
●支持线路扩展
2.2软件扩展方案一
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程也采用该软件平台作为车站级综合监控系统核心；二期工程在控制中心不再增设服务器，使用一期控制中心服务器接入全线所有车站数据。
首先，一期综合监控系统在设计阶段，需充分考虑将来二期车站的接入，统一设计轨道交通线路一、二期共用的控制中心人机界面，运营调度界面、操作流程、操作方式和运营维护管理等方面可完全一致，从而使将来两期线路贯通后运营操作标准一致，运营人员可以在同一台操作员工作站的监控界面上对前后两期相关设备进行统一监控和管理。
其次，一期综合监控系统在开发阶段，在各个功能模块中可预先为二期车站预留编码逻辑及空间，为将来二期系统的接入直接奠定基础，使二期扩展接入对已开通的一期系统的修改和影响降至最低。
二期扩展方案及数据流设计
综合监控系统软件平台是采用模块化、可扩展模式，标准的实时数据库和数据组织形式以车站、系统、设备类为单位，各个层次均为模块化树形结构。在二期车站接入一期系统时：
车站综合监控系统各自独立工作，互不干扰和影响。新接入的二期车站综合监控系统作为一个车站局域网接入骨干网，数据流和功能上对一期既有的车站综合监控系统無任何影响。
在控制中心综合监控系统中，各个车站也为独立分支树形结构，单个车站结构下的修改、增加以及删除不会影响到其他车站的功能实现和数据交互。对于通用功能，由于在一期建设时，已经在编码逻辑上为二期车站进行了预留。所以在接入二期车站时，只需要修改新增车站的配置，重新升级系统及进行必要测试，就可实现中心对二期车站的扩展。
由于综合监控系统软件平台的模块化设计，各个车站的各个接口可通过配置进行屏蔽或者激活，可灵活调整适应现场调试的实际需要，同时也可减低对已运行系统的影响。
2.3软件扩展方案二
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程也采用该软件平台作为车站级综合监控系统核心；二期工程在控制中心增设服务器，负责接入二期车站的全部数据；控制中心工作站同时和控制中心一期服务器集群、二期服务器集群连接，实现对全线数据的监视、管理和调度运营。
2.4软件扩展方案三
轨道交通线路一期工程采用基于分布式对象结构的软件平台作为中央级和车站级综合监控系统核心，二期工程选用其他的软件平台；二期工程在控制中心增设服务器，负责接入二期车站的全部数据；
综合考虑以上三种接入方案，建议采用第一种方式。
3.网络接入方案
目前国内在建的轨道交通综合监控骨干网（MBN）多数采用数据传输速率为1000Mbps的工业级以太网方式构建，不仅满足在建线路全线数据传输、交换的要求，还为其他线路的接入和更高层集成系统的接入预留条件。
为了保证系统性能和网络扩展，服务器、网络和软件平台的处理能力都应该预留50%的裕量，网络设备的处理能力和接口也应该按远期不少于50个节点的规模考虑，节点之间最大距离按10km考虑。
为保证轨道交通综合监控系统的扩展扩容需求，项目实施需配置万兆级三层工业交换机，这样可以根据网络扩展方便灵活配置接口。
网络设计方案中，必须要考虑到网络的扩充和接入性能，当有若干站点需要加入到网络中时，建议的网络扩容方案如下：
1）新增站点接入主环重构方案
因为环网结构提供了断点保护功能，所以可以利用此功能完成新增站点接入主环的过程。
首先，将新增的若干站点除计划接入主环的端口外，与其它站点的连接以及交换机配置工作完成，做好接入主环的准备工作。如下图所示：
然后，断开主环的相关联接链路。因为环网具备冗余保护能力，断开一点不会影响到系统的正常工作。如下图所示：
最后，完成新增站点与原有站点的连接，完成网络重构，原有站点与新增站点重新构成一个环网，如下图所示： 采用这种方案，对原有主环中运行的应用系统没有太大的影响（网络切换会有小于50ms的切换时间，对系统的影响程度取决于应用软件数据收发机制）。在实际操作中可采取分步实施步骤，即先断开备用环路（如果应用程序采用主备网络的方式），新增站点备用环路重构后再对主环路进行断开以及重构。
2）新增站点独立成环，与主环冗余连接方案
采用对原有主环完全没有影响的方式，具体操作过程如下：
将新增站点独立成环，选用新增站点中的两个站，与主环的两个站分别连接，将新增站点的交换机连接主环端口配置为主备模式（采用Net-Coupling技术，当主连接中断时，备用连接在1s内启用）。连接的网络结构如下图所示：
采用这种连接模式可不用对原有主干环做任何改动，只需对新增站点进行配置，对网络的影响程度低，但新增站点环与主环的冗余切换时间稍长。
4.无扰衔接方案
當线路的二期车站接入一期已建成的综合监控系统进行调试时，可分为几个步骤：
1）调试车站接口：可将二期车站综合监控系统独立于主干网，先进行车站接口功能及对点调试。对于某些中心和车站联调功能，可考虑利用车站冗余服务器。一部扮演中心服务器（特殊调试版本），一部扮演车站服务器，在车站直接调试。这种做法的优点是杜绝一个全新版本进行现场调试对现有运营的一期综合监控系统可能造成的任何影响。当车站接口调试完成，软件版本大体上已经成熟稳定。
2）调试中心接口：此时可将二期车站综合监控系统连接于主干网，进行中心接口的功能调试及点对点调试。同样，如果中心联调不具备条件或是工期安排不便，可先利用车站冗余服务器进行功能调试。
3）升级中心系统：当所有车站调试完成后，软件版本完全稳定和成熟。对于车站综合监控系统，应生成现场运营版本；对于中心综合监控系统，应更新软件且包括相应的二期车站分支，将现有一期运营的中心软件升级为一二期贯通运营的中心软件。
5.结语
线路的分期建设和分期开通是国内轨道交通建设的现状和面临的挑战，综合监控系统的扩展和接入是轨道交通建设的重点研究领域，提前做好线路规划、软件扩展条件和硬件接入准备可以保证轨道交通项目建设的顺利实施。
参考文献：
[1]《地铁设计规范》GB50157-2003
[2]《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》（GB50636-2010）
[3]《交换机/路由器配置与管理》（桑世庆，卢晓慧编）