地鐵是城市軌道交通的一部分，隨著社會、經濟及科技的高速發展，為了緩解城市交通的緊張狀況地鐵應運而生。地鐵是在城市中修建的快速，且大量用電力牽引的軌道交通，它的線路通常設在地下隧道內，有的也在城市中心以外的地區從地下轉到地面或高架橋上。地鐵與城市其他交通工具相比，具有以下特點：1)地鐵是在人口密集區的地下封閉隧道中運行的，而在郊外人口不密集區則是在高架或地面封閉環境中運行的，其占用地面面積較少，能夠避免城市地面擁擠，節約城市用地；2)地鐵的客運量為4～6萬人／小時以上，其運輸能力比一般地面交通工具大7～1O倍；3)地鐵列車以電力作為動力，對空氣污染程度比較小。而其他的地面交通工具一般采用的是汽油、柴油等，不僅消耗能源，還會造成大量污染。地鐵綜合監控系統" title="綜合監控系統">綜合監控系統作為保證地鐵正常運行的管理系統" title="管理系統">管理系統具有非常重要的作用，這里提出了主要針對西安地鐵2號線的綜合監控系統設計方案。
1 地鐵綜合監控系統
地鐵綜合監控系統集成了地鐵各專業自動化系統，它采用統一的計算機硬件和軟件平臺" title="軟件平臺">軟件平臺。無論是電力監控還是設備監控，無論是行車調度還是通信監控，它們都是建立在一個統一的計算機網絡平臺上，由統一的軟件系統支持。
地鐵綜合監控系統實現了電力監控系統(SCADA)、環境與設備監控系統(BAS)、火災自動報警系統(FAS)、屏蔽門(PSD)等系統的集成，實現了信號系統(SIG)、自動售檢票系統(AFC)、廣播系統(PA)、視頻監控系統(CCTV)、乘客信息系統(PIS)和時鐘系統(CLK)的互聯" title="互聯">互聯。圖1為地鐵綜合監控系統組成框圖。
電力監控子系統可實現控制、遙信及信息處理、遙測及數據處理、遙調以及模塊操作等功能，而環境與設備監控系統則實現監控、正常顯示、故障顯示以及運營統計等功能。
2 地鐵綜合監控系統集成
系統集成就是通過結構化的綜合布線系統和計算機網絡技術，將各個分離的設備(如個人電腦)、功能和信息等集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中，使資源達到充分共享，實現集中、高效、便利的管理。
綜合監控系統從集成的深度來劃分，有現場層集成——完全集成(深度集成)、執行層集成——準集成、管理層集成——表層集成(頂層集成)3種集成方案。
1)頂層集成 在OCC和車站的監控層將子系統集成。綜合監控系統在管理層面匯集，處理各子系統的數據，實現各子系統間的信息共享、交互及系統聯動功能。這種方案的優點是實現簡單，但仍然存在車站級設備及接口種類多、實現聯動困難等缺點，這種方案集成度最低。
2)準集成 現場采集、驅動設備與執行層之間的通信協議均為系統內部協議，二層設備密不可分，一般綜合監控系統不選擇在此層面進行集成。
3)深度集成 采用統一軟件平臺將被集成的子系統完全集成在一起。被集成子系統的中央層、車站監控層和控制層被集成在綜合監控平臺上，它們的功能都由綜合監控軟件來實現。系統應用軟件完全統一，數據處理簡約、迅速，系統間聯動功能種類多、安全、簡潔，綜合監控系統與各子系統之間配合協調工作，由綜合監控系統集成商來完成，減輕了建設方的工程管理工作。
深度集成的綜合監控系統，是我國地鐵工程實踐中自主創新出的一種類型。它克服了頂層集成的缺點，采用同一種軟件平臺將被集成子系統完全融入綜合監控系統，軟件平臺可延伸至現場級，可完成實時控制與互動功能，系統的有效性、響應性好。
3 西安地鐵2號線綜合監控系統集成設計
3．1 系統功能
綜合監控系統(ISCS)是一個高度集成的綜合自動化監控系統，其目的主要是通過集成地鐵多個主要弱電系統，形成統一的監控層硬件平臺和軟件平臺，從而實現對地鐵主要弱電設備的集中監控和管理功能，實現對列車運行情況和客流統計數據的關聯監視功能，最終實現相關各系統之間的信息共享和協調互動功能。通過綜合監控系統的統一用戶界面，運營管理人員能夠更加方便、有效地監控管理整條線路的運作情況。
3．2 系統設計
綜合監控系統由位于控制中心的中央級綜合監控系統和系統仿真測試平臺、位于車站的車站級綜合監控系統，位于車輛段的車輛段綜合監控系統等多個部分組成。通過全線通信傳輸網把車站、車輛段與中央的各級綜合監控系統連接到一起，從而形成一個有機的整體，如圖2所示。
3．2．1 系統層次劃分
綜合監控系統的監控對象主要是行車和行車指揮、防災和安全、乘客服務等相關內容。為了滿足兩級制監控和調度指揮的需求，綜合監控系統采用兩級管理三級控制的分層分布式結構。兩級管理分別是中央級管理和車站級管理，三級控制分別是中央級控制、車站級控制和現場級控制。綜合監控系統的整體層次劃分如圖3所示。
3．2．2 中央級綜合監控系統(CISCS)設計
中央級綜合監控系統在控制中心設置中央級局域網絡，通過全線網絡將各車站監控網的監控信息傳送到控制中心，并在控制中心與PI-S、AFC、PA、CCTV、CLK、SIG、綜合網絡管理等系統進行互聯，從而實現對多個相關接入系統的集中監控功能。
1)系統組成 中央級綜合監控系統在控制中心設置中央級局域網絡，通過全線的主干網絡將各車站監控網的監控信息傳送到控制中心，并在控制中心與SIG、AFC、PA、CCTV、PIS、CLK和綜合網絡管理等系統進行互聯，從而實現對多個相關接入系統的集中監控功能。
中央級綜合監控系統對全線重要監控對象的狀態、性能等數據進行實時的收集與處理，通過各種調度員工作站和綜合顯示屏以圖形、表格和文本的形式顯示出來，供調度人員參考和使用，并且可根據一定的邏輯關系自動或由調度員人工向分布在各站點的被監控對象或系統發送模式、程控、點控等相關控制命令，從而實現對全線各弱電系統的集中監控。
2)中央級綜合監控系統的接入系統 在控制中心，綜合監控系統中央級一方面必須實現供電設備、車站機電設備、環境監測、火災報警、屏蔽門等的主要監控功能，另一方面可按照系統工作模式實現必要的聯動功能。在中央實現的互聯系統包括：信號系統(SIG)、自動售檢票系統(AFC)、廣播系統(PA)、閉路電視監視系統(CCTV)、乘客信息系統(PIS)、綜合網絡管理系統、時鐘系統(CLK)。
3)中央級綜合監控系統設備組成 在控制中心，中央級綜合監控系統的設備由2臺實時服務器(冗余配置)、2臺歷史服務器(冗余配置)、1套RAID5磁盤陣列、1套LTO磁帶機、2臺帶路由功能的工業級以太網交換機(冗余配置)、2套前端處理器(FEP)(冗余配置)、2套在線式后備電源(UPS)、6套調度員工作站(其中環調、電調各1套，行調2套，維調和值班調度各1套)、4套CCTV監視器(其中行調2套，環調和值班調度各1套)、6臺事件打印機、1臺報表打印機、1臺彩色打印機和綜合顯示屏等組成。
3．2．3 車站級綜合監控系統(SISCS)設計
車站級綜合監控系統通過分布在本站(或車輛段)范圍內的站級局域網絡，將本站范圍內的各有關機電系統(SCADA、BAS、FAS和PSD等)集成在一起，并與站點的PA、CCTV、AFC和PIS等系統互聯，使它們能相互協調工作。其中，車輛段范圍內的機電系統只包括SCADA、BAS和FAS，無互聯系統。
1)系統組成 車站級綜合監控系統包括西安市城市快速軌道交通二號線(鐵路北客站——韋曲段)工程各車站的車站級綜合監控系統，車輛段是作為一個特殊站點考慮，車輛段綜合監控系統、控制中心大樓綜合監控系統屬于站級監控系統的范疇。在主變電站所集成系統就近接入相鄰車站的車站級綜合監控系統。
車站級綜合監控系統通過分布在本站點范圍內的站級局域網絡，將本站點范圍內的各有關機電系統集成在一起，并與車站PA、CCTV和PIS等系統互聯，使它們能相互協調工作。車站級綜合監控系統對本站范圍內監控對象的狀態、性能等數據進行實時的收集，通過車站操作員工作站以圖形、表格和文本的形式顯示出來，供車站值班人員參考和使用，并且可根據一定的邏輯關系自動或由調度員人工向分布在本站的被監控對象或系統發送模式、程控、點動控制等相關控制命令。
當車站級綜合監控系統工作在正常模式時，車站級的各種狀態信息均上傳至中央級綜合監控系統，控制命令主要由中央級直接下達。除個別需要車站監控的控制命令外，車站級僅進行設備狀態監視，無控制權。當綜合監控系統工作在災害模式、故障模式及阻塞模式時，控制中心視具體情況下放控制權限，使車站級可以在一定權限范圍內對車站設備進行控制。系統恢復正常工作模式后，車站級以上控制權限應上交或由中央級收回。
2)車站級綜合監控系統接入的系統 在車站和車輛段，綜合監控系統中央級一方面必須實現車站機電設備、環境監測、火災報警、屏蔽門等的主要監控功能，另一方面可按照系統工作模式實現必要的聯動功能。這些需要在站級的接入系統包括集成系統和互聯系統，而前者具有：電力監控系統(SCADA)、環境與設備監控系統(BAS)、火災自動報警系統(FAS)、屏蔽門(PSD)。而后者則具有廣播系統(PA)、閉路電視系統(CCTV)、乘客信息系統(PIS)、自動售檢票系統(AFC)。
3)車站級綜合監控系統設備組成 車站級綜合監控系統在車站設置2臺工業級以太網交換機(冗余配置)、2套實時服務器(冗余配置)、2套前端處理器(FEP)(冗余配置)、1臺工作站、1臺事件打印機、1臺報表打印機、1套在線式后備電源(UPS)、1臺CCTV監視器和1套車站綜合后備盤(IBP)等。
3．2．4 維護管理" title="維護管理">維護管理系統設計
綜合監控系統對所監控設備的維護管理功能分別在控制中心及車輛段維修中心實現。控制中心的綜合監控系統應能采集處理集成系統的必要設備故障分類信息，此類信息主要采用設備分類故障報警的方式，從而方便中央維調人員的維護管理方面的指揮工作：車輛段維修中心設置維護管理系統(MMS)，應能采集、匯總和處理綜合監控系統所監控的主要設備的故障信息，此類信息主要采用單體設備故障報警的方式，從而以方便車輛段各相關專業的維護管理人員的日常設備維護管理的工作。通過MMS交換機組成MMS局域網，MMS局域網通過網絡端口接入綜合監控系統全線網絡。維護管理系統將包括以下主要設備：1套MMS服務器(配置與車站服務器類似，不用冗余配置)、1套MMS外置磁盤陣列、1套網絡管理工作站(配置與車站工作站類似，設置在控制中心)、1套網絡管理便攜式計算機、1臺MMS報表打印機(配置與車站報表打印機類似)、4臺MMS工作站(配置與車站工作站類似)、4套維護管理便攜式計算機、4臺MMS報表打印機(配置與車站報表打印機類似)、1套UPS(配置與車站UPS類似)。
3．2．5 培訓管理系統設計
在車輛段的綜合監控系統培訓室內設置培訓管理子系統(TMS)。設置TMS的目的是使學員處于模擬仿真的ISCS操作環境，對學員進行各種ISCS的培訓操作，包括仿真單點的設置、遙控、組控、模式控制等功能。TMS系統是獨立的系統，配置有獨立的培訓系統軟件，TMS系統不接入綜合監控系統的網絡。培訓管理系統(TMS)將包括以下主要設備：培訓服務器1臺(培訓服務器硬件配置與車站服務器類似，可不考慮冗余)、TMS工作站4臺，其中培訓教師工作站1臺。學員工作站3臺(配置與車站工作站類似)、1套TMS專用的前端處理器(FEP)、報表打印機、事件打印機各1臺(配置與車站報表和事件打印機類似)、1套相關系統的仿真模擬器、以太網交換機(配置與站級以太網交換機類似)。
3．3 綜合監控系統與其子系統接口
對于地鐵綜合監控系統來說，除PA、PIS、CCTV采用的是RS-422接口外，其他子系統都采用的是以太網數據通信接口。
4 綜合監控系統的維護管理
綜合監控系統的維修管理按照定期檢修、故障維護和在線檢修等模式。
1)定期維護 綜合監控系統的設備定期維護由維修工作人員根據檢修日程安排，定期(如周、月、季、年等)對設備進行維護。這些維護包括線路檢查、設備運行情況檢查、計算機設備磁盤清理等。
2)故障維護 綜合監控系統的設備故障維護由維修工作人員根據維修調度人員或值班人員報告的設備故障信息進行設備更換、線纜更換或現場維修等。此種維護主要是針對設備突發故障進行的修護操作。
3)在線維護 綜合監控系統的設備在線維護主要是指軟件的維護。由技術工作人員根據地鐵運營的需要進行一些功能調整，或監控對象的變化導致修改綜合監控軟件。這些檢修一般由軟件工程師來完成，但在正常運營期間不能對軟件進行修改，由軟件測試平臺編制并測試通過在非運營段(如夜間)進行下載更新。
另外，綜合監控的維修人員可以通過維護管理系統的終端了解設備運行狀況，可以查看的設備模塊級別的相關信息，通過這些信息進行組織相應的維修。
5 地鐵的運營管理模式
設備監控與管理系統主要服務于地鐵車站及地面控制中心的調度管理部門，因此它與地鐵的運營管理模式密不可分。
1)分散管理模式 目前國內地鐵運營管理普遍采用的是分散管理模式，各管理部門基本獨立，互不干涉。該管理體制與系統各個獨立的自動化解決方案是吻合的。這種管理模式制約了地鐵運營管理科學化、現代化的步伐，加大了運營成本和設備投資。
2)集中管理模式 國內地鐵自動化技術和管理水平的提高，使運營管理理念和運營模式發生了根本的改變。通過機構重組，地鐵運營管理部門開始由分散向著集中管理的發展方向發展，為滿足地鐵新的管理模式，地鐵綜合自動化逐步在地鐵領域得到推廣應用，并且是未來地鐵自動化的首選方案。實現地鐵無人化管理、通過減員增效，降低設備和運營成本是地鐵設計者和管理者追求的目標。
6 總 結
地鐵不僅具有運量大、速度快、安全、準時。而且有節省能源、不污染環境等優點，更可以在建筑群密集而不便于發展地面和高架軌道交通的地區發展。西安地鐵的修建和開通將擴大城市規模，優化城市布局，減少中心市區人口密度，緩解城市交通供需矛盾。西安地鐵2號線為西安市南北向主客流走廊，是南北向對外的交通要道。本文設計的地鐵綜合監控系統互聯了包括信號系統、自動售檢票系統、廣播系統、閉路電視監視系統、乘客信息系統、綜合網絡管理系統、時鐘系統等，實現地鐵系統信息互通、資源共享，提升自動化水平，提高地鐵運營的安全性、可靠性和響應性。