城市軌道交通系統(tǒng)信息共享平臺

　　在城市軌道交通中，各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)如SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）、EMCS（電力和機械控制系統(tǒng)）、FAS（防災(zāi)報警系統(tǒng)）、ATC（列車自動控制）和AFC（自動售檢票）等雖然都不同程度地應(yīng)用了計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是每個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、服務(wù)器和操作站等都各自獨立，是一個個的信息孤島（Infor-mation-island）。各系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)比較困難且成本較高，難于實現(xiàn)信息互通、資源共享。在這種情況下，要實現(xiàn)城市軌道交通運營的協(xié)調(diào)統(tǒng)一管理，不得不加入人工干預(yù)，這樣就降低了可靠性、響應(yīng)性和運營效率。為此，應(yīng)實現(xiàn)城市軌道交通各運行子系統(tǒng)的自動化以及總系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)度自動化，從而提高運行管理和運營質(zhì)量，降低運行成本。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和實際的需要，這些孤立的系統(tǒng)要求集成運行，以實現(xiàn)信息共享，提高整個系統(tǒng)的效率。為此，亟待建設(shè)信息共享平臺。

　　一、信息共享平臺的基本功能

　　城市軌道交通系統(tǒng)綜合信息的用戶大體可以分為政府決策人員、運輸企業(yè)管理人員、科研人員和乘客等。各種用戶對信息的需求雖有明顯的差異，但他們對細節(jié)數(shù)據(jù)的需求量很少，多數(shù)是對整個系統(tǒng)或某幾個系統(tǒng)的綜合信息的需求。這就要求信息共享平臺具備以下幾個方面的功能:

　　數(shù)據(jù)的抽取和初步處理。由于不同系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)各不相同，因此必須經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、重新組織和規(guī)范化后再存入數(shù)據(jù)倉庫中，然后形成統(tǒng)一格式的明細數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)抽取將負責(zé)從不同的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)中提出所需存儲的數(shù)據(jù)，并加以凈化、轉(zhuǎn)換，然后裝載到數(shù)據(jù)倉庫中;同時按照不同的匯總粒度計算出不同級別的綜合數(shù)據(jù)，并且加上相應(yīng)的時間戳。

　　數(shù)據(jù)的集成與融合。由于歷史和技術(shù)的原因，城市軌道交通中每個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及建立在系統(tǒng)上的不同類型的數(shù)據(jù)庫。各個成員數(shù)據(jù)庫中的模式可能用不同的數(shù)據(jù)模型表達，此外還存在著由約束引起的差異和語義引起的差異。如何將成員數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的模式進行集成，是信息共享平臺最重要的研究內(nèi)容，也是其最重要的功能。

　　數(shù)據(jù)存儲與組織。信息共享平臺將為不同的監(jiān)控信息系統(tǒng)提供服務(wù)，而這些信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求存在差異，因此，信息共享平臺在數(shù)據(jù)組織方面形成多級粒度存儲數(shù)據(jù);同時依據(jù)數(shù)據(jù)存取的相關(guān)性形成多種分割。

　　輔助決策支持功能。每個專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫都只對專業(yè)系統(tǒng)人員使用，實現(xiàn)的功能比較直接，所存儲的數(shù)據(jù)都是操作型的數(shù)據(jù)。這些都只是純粹的、零散的數(shù)據(jù)，與供決策部門、用戶及交通管理人員使用的知識型數(shù)據(jù)有一定程度的差別。信息共享平臺可以展示各種報表和圖形，使查詢系統(tǒng)性能大大提高。人工智能方法應(yīng)用在知識獲取上，可以使各級決策部門和管理部門對歷年的運輸數(shù)據(jù)進行深入分析，為決策提供支持。

　　信息發(fā)布功能。對外實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享是信息平臺的最終目的。它是各種用戶訪問平臺的門戶，是平臺提供服務(wù)的方式。為提高信息發(fā)布的質(zhì)量，便于用戶主動地獲得所需的信息，不僅要采用傳統(tǒng)的信息發(fā)布模型（即用戶通過搜索固定的信息發(fā)布設(shè)備，從大量信息中篩選出所需的信息），還要通過信息的深層次加工，通過各種信息傳播方式主動地提供用戶感興趣的信息。如用戶能通過移動設(shè)備實時查詢到動態(tài)的、最新的交通信息，或主動將用戶感興趣的信息放到互聯(lián)網(wǎng)上，實現(xiàn)信息的主動發(fā)送。這樣不僅節(jié)省了用戶的大量時間，而且可以避免重要的信息被遺漏。

　　為了將各個系統(tǒng)聯(lián)系在一起，還須分析城市軌道交通系統(tǒng)各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。

　　二、各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征

　　城市軌道交通業(yè)務(wù)子系統(tǒng)大體可分為SCADA、AFC、EMCS、FAS、ATC和基本骨干網(wǎng)。每個系統(tǒng)的構(gòu)成都有各自的特征。

　　SCADA系統(tǒng)。目前SCADA系統(tǒng)發(fā)展方向是開放式監(jiān)控系統(tǒng)，主要特征是采用互聯(lián)網(wǎng)、自律分布系統(tǒng)、OPC（OLEforProcessControl）、面向?qū)ο蟆⒔M件及JAVA技術(shù)。核心技術(shù)是OPC技術(shù)。OPC是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了應(yīng)用微軟操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。OPC規(guī)范以O(shè)LE/DCOM（對象連接與嵌入/分布式組件對象模型）為技術(shù)基礎(chǔ)，支持TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其宗旨是在Microsoft分布式組件對象模型DCOM和ActiveX技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的開放的和互操作標(biāo)準(zhǔn)。

　　SCADA系統(tǒng)中比較流行的組態(tài)軟件是Intellu-tion公司的組態(tài)軟件FIX，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換規(guī)約如DDE和ODBCSQL存取FIX采集數(shù)據(jù)的功能，操作系統(tǒng)一般為Windows或者UNIX，采用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常為Sybase或SQLServer。它與外部系統(tǒng)通過光纖、光纖收發(fā)器和交換機等組成的以太網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，通過OPC接口方便地對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行管理。

　　AFC系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)集計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動控制、大型數(shù)據(jù)庫等多項技術(shù)于一體，技術(shù)含量高、設(shè)備復(fù)雜，智能化和信息化程度要求高。系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、管理核心是中央計算機系統(tǒng)。服務(wù)器通常采用UNIX操作系統(tǒng)、至少是Windows2000Server，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為Oracle或Sybase。車站與中央計算機系統(tǒng)采用以太網(wǎng)實現(xiàn)信息的交換，傳輸媒介采用光纖，傳輸方式為OTN（開放傳輸網(wǎng)絡(luò)）或SDH（同步數(shù)字分級結(jié)構(gòu)），通信協(xié)議為TCP/IP。

　　EMCS系統(tǒng)。EMCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和人機界面采用組態(tài)開發(fā)軟件，采用現(xiàn)場總線的組態(tài)和設(shè)置來實現(xiàn)監(jiān)控站和PLC（可編程邏輯控制器）之間的直接通信，實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)監(jiān)控全線各車站的通風(fēng)、冷水機組、屏蔽門、電梯、自動扶梯和照明等設(shè)備的運行狀態(tài)，接受各車站典型測試點的溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)，并提供事故報警。EMCS的控制中心與中央ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）接口，接收列車在隧道滯留的位置信息;與MCS（中央時鐘系統(tǒng)）接口，接收主時鐘信息，統(tǒng)一系統(tǒng)全線時鐘;與FAS留有接口，在發(fā)生災(zāi)害時將環(huán)控系統(tǒng)切換到災(zāi)害模式運行。雖然監(jiān)控工作站與管理中心的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)存在C-Bus、Genuis總線、雙環(huán)網(wǎng)及令牌網(wǎng)等多個類型，但是一般車站局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)，通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，傳輸介質(zhì)為光纜，車站局域網(wǎng)與EMCS廣域網(wǎng)通過通信轉(zhuǎn)換接口連接。也就是說，系統(tǒng)與外部系統(tǒng)通信一般都是基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)方式。

　　FAS系統(tǒng)。FAS為二級監(jiān)控系統(tǒng)，由設(shè)置在控制中心的圖形監(jiān)視PC機和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)以及聯(lián)系這兩者的通信環(huán)網(wǎng)構(gòu)成。其通信網(wǎng)絡(luò)采用FAS專用的光纖網(wǎng)絡(luò)，并為了提高傳輸?shù)目煽啃圆捎谜鹃g跳接方式組成雙環(huán)拓撲結(jié)構(gòu)的對等式環(huán)網(wǎng)。控制中心配置監(jiān)控主機和備用機，一般都是高性能的PC機或工業(yè)級計算機。操作系統(tǒng)一般都采用Windows。防災(zāi)中心通過局域網(wǎng)和其他系統(tǒng)進行信息交換。

　　ATS系統(tǒng)。ATS系統(tǒng)是整個城市軌道交通系統(tǒng)的運營核心，負責(zé)監(jiān)視和控制線路中所有列車的運行狀態(tài)。ATS系統(tǒng)由一個位于控制中心的遠程監(jiān)控系統(tǒng)以及每個車站的現(xiàn)場設(shè)備組成，采用基于工作站或工控機的計算機設(shè)備，冗余的ATS服務(wù)器，通用的監(jiān)控工作站，冗余的通信接口，冗余的雙以太網(wǎng)，采用UNIX或WindowsNT以上的操作系統(tǒng)。

　　由上述分析可知，各個子系統(tǒng)運行在不同的硬件和操作系統(tǒng)平臺的環(huán)境下，且可能采用不同的語言和軟件技術(shù)。所以，信息共享平臺應(yīng)采用分布式組件技術(shù)和開放式數(shù)據(jù)庫互連技術(shù)等進行構(gòu)建。

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