吳躍?邢明帥?吳卉?李高科?李鵬航

摘要：現(xiàn)有的城市軌道管理信號令都是以特定的方式或特定的裝置來進行傳遞，而且每一條線路相互之間沒有任何的消息傳遞，都是一個獨立的體系，因此不能快速、精確地掌握各個線路的運行狀態(tài)，尤其是裝置的故障。為了解決上述問題，結合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，進行了城市軌道交通線網(wǎng)信息集中監(jiān)視的方案的研制。通過對現(xiàn)有的各個系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)的收集，對其進行了全面的分析與預報，在集中監(jiān)測中添加了智能的判斷功能；只需在現(xiàn)有的網(wǎng)管上增加所需的北向插孔，不會影響原網(wǎng)絡的拓撲性，只需增加一個收集與集中監(jiān)控系統(tǒng)，即可簡化實施，降低成本。

關鍵詞：城市軌道交通；線網(wǎng)通信；集中監(jiān)視系統(tǒng)

目前，一般將傳輸、專用電話、公務電話、無線通信、視頻監(jiān)控、電源、廣播、時鐘等八大子系統(tǒng)，稱為“城市軌道交通專用通信系統(tǒng)”。這些子系統(tǒng)既有自己的網(wǎng)管系統(tǒng)，也有自己的網(wǎng)管中心，也有自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于缺乏統(tǒng)一的管理體系，因此，要想提升城市的信息化程度，可以嘗試整合所有的信息來進行監(jiān)測，也就是對整個鐵路線進行全面的監(jiān)測與治理。本文所述的辦法不只是單一的一個裝置，而是對每個運輸線路上的八個分系統(tǒng)進行統(tǒng)一的監(jiān)視與管理。該方法不僅是對各系統(tǒng)的參數(shù)進行簡單的控制，而且可以實現(xiàn)對設備故障的及時監(jiān)測和處理。

一、基本介紹

專用通信系統(tǒng)是一種能夠保證城市軌道交通運營和管理工作的綜合性通信網(wǎng)絡，它包括傳輸系統(tǒng)，公務電話，專用電話，無線通信，廣播，時鐘，視頻監(jiān)視，電源系統(tǒng)。當前，在城市軌道交通的集中告警中，建立了一個集中監(jiān)視系統(tǒng)，以達到對整個線網(wǎng)通信系統(tǒng)的監(jiān)視和報警的目的。線網(wǎng)通信集中監(jiān)視系統(tǒng)是指通過計算機的網(wǎng)絡技術和自身的數(shù)據(jù)處理功能，對專用通信系統(tǒng)各個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理，并將各個子系統(tǒng)的告警情況統(tǒng)一在報警終端上進行集中展示，以便于維護人員及時準確地了解到系統(tǒng)整體的工作狀態(tài)和故障情況。但是，由于各個區(qū)域的規(guī)模越來越大，運維體系越來越大，維護成本也越來越高，使得常規(guī)的維護工作效率低、強度大、維護成本高，很難適應今后的需求。利用大數(shù)據(jù)分析技術和人工智能技術，構建了一套智能化的通信信息管理平臺，使專用通信系統(tǒng)由規(guī)劃維修向運行檢修過渡，以適應未來城市軌道交通通信運營的需求。

針對不同的體系，現(xiàn)有的管理網(wǎng)絡或維修方式不盡一致。像 SDH這樣的多個產(chǎn)品，則會涉及多個廠家的 SDH網(wǎng)絡管理。這樣的網(wǎng)絡裝置多樣化，再加上一些廠商的故障上報協(xié)議并不相容，因而產(chǎn)生了整合路網(wǎng)管理的難題。因此，在對信息集中監(jiān)測系統(tǒng)進行簡單的集成時，單純從原來的網(wǎng)絡管理平臺上進行集成是不夠的。將復雜的網(wǎng)絡管理體系統(tǒng)一為一個監(jiān)控體系，主要有三種方式：第一種方式有三個做法，①集成式的網(wǎng)絡管理，即在現(xiàn)有網(wǎng)絡的基礎上增加一個層次的管理體系；②譯文，對需要交流的網(wǎng)絡管理體系進行成對的譯文；③標定化方法，現(xiàn)有網(wǎng)絡管理體系均使用通用的信息模式及函數(shù)集合。第二種是現(xiàn)有的技術支持標準（SNMP/CMIP/CORBA）的交互，采用靜態(tài)的規(guī)范說明和交互的動態(tài)轉換技術。第三種是較為全面的管理方式，但是要把全部網(wǎng)絡管理體系全部更換為一個統(tǒng)一的規(guī)范，所以目前還只是設想。本論文所述的資訊中心管理解決方法，是針對資訊處理，同時也是為防止各個廠家之間的溝通，使用整合方法，使網(wǎng)絡管理與原網(wǎng)絡管理的平穩(wěn)轉換；這和通過簡單的集成來進行中央監(jiān)視的方法很相似，也更易于集成。通過這種方式，既可以在現(xiàn)有的管理體系或網(wǎng)絡管理體系上增加一個管理者，又可以在新的管理層上對新的管理者進行全面監(jiān)控，有效地克服了各個部門之間"信息孤島"的問題。

二、系統(tǒng)構造

在各個系統(tǒng)中，存在著許多的常規(guī)的網(wǎng)絡管理方法和維護方法，其中一些可以通過對原有的系統(tǒng)進行重組。然而，若采用多層同步數(shù)碼裝置，由于涉及許多廠商，因此同步數(shù)碼多級網(wǎng)絡管理的應用較為廣泛。所以，在進行集權管理的設計時，不能簡單地從原有的網(wǎng)絡管理部門進行集成。要把整個網(wǎng)絡管理的錯綜復雜的網(wǎng)絡管理體系進行統(tǒng)一，主要有三條途徑：①規(guī)范化的通道，即利用現(xiàn)有網(wǎng)絡管理的公用信息模式和職能集中化；②轉換通道，即網(wǎng)絡管理體系與有需要的數(shù)據(jù)交換；③整合的通道，即現(xiàn)有網(wǎng)絡管理體系的一個層次。有一些現(xiàn)有的支持準則可以使用這個轉換通道，當信息不多的情況下使用。標準化通道是一種較為完備的一體化網(wǎng)絡管理方式，需要將所有的網(wǎng)絡管理體系用一個統(tǒng)一的規(guī)范來代替。本文提出的是對通信系統(tǒng)進行集中監(jiān)視，可以通過規(guī)范接口協(xié)議的方式，避免與各廠家一一談判，也能在原有網(wǎng)絡管理體系內(nèi)平滑地進行，便于數(shù)據(jù)的收集及管理。在原有的管理制度和網(wǎng)絡管理制度基礎之上，對各級的管理進行了統(tǒng)一的監(jiān)督和控制。

總體上，可以將體系結構分為三個層次：管理層、運行層、應用層。應用層是指數(shù)據(jù)的集中處理，包含了數(shù)據(jù)的硬件和軟件。在實際的系統(tǒng)中，包括無線系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)在內(nèi)的多種硬件系統(tǒng)。而管理監(jiān)測則是將所有采集到的信息進行整合，使其能夠生成新的商業(yè)模式。在這些不同類型的異構結構下，高層管理者是專門管理不同類型的網(wǎng)絡，而異構子網(wǎng)則各自獨立地維護各自的數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，利用代理層次對原有的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的界面進行協(xié)調(diào)，使其與代理層次相結合，形成一種新型的網(wǎng)絡結構[1]。

三、系統(tǒng)功能

集中監(jiān)視系統(tǒng)是根據(jù)各系統(tǒng)的設備網(wǎng)絡單元的告警，對各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡單元進行告警處理，通過對其進行處理，實現(xiàn)對運行人員的告警通知和統(tǒng)計查詢。從外部集成各個通信子系統(tǒng)的接口，可以與傳輸、公務電話、專用電話、無線、閉路電視、廣播等服務系統(tǒng)進行報警和恢復。將報警報告?zhèn)魉徒o外部服務如ISCS ；與時鐘系統(tǒng)的定時同步。從軟件的設計角度來看，該系統(tǒng)的商業(yè)要求主要有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)展示。①收集資料。完成對各個子系統(tǒng)的故障報警和報警的實時反饋，并對所收集到的數(shù)據(jù)進行預處理，將其轉化為統(tǒng)一的報警系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)形式；根據(jù)系統(tǒng)和各個子系統(tǒng)之間的協(xié)議形式，對各個子接口的數(shù)據(jù)要求作出相應的回應；負責向全面監(jiān)測系統(tǒng)提供報警信息。②資料的整理。根據(jù)系統(tǒng)的管理戰(zhàn)略和數(shù)據(jù)架構，分析、加工、處理收集到的各種數(shù)據(jù)，并按照系統(tǒng)的體系結構存儲在數(shù)據(jù)庫中。③展示資料。將各個子系統(tǒng)的報警信息集中顯示在一個統(tǒng)一的用戶接口上，綜合分析和處理各個子系統(tǒng)的故障報警信息，實現(xiàn)了對故障信息的歸類和統(tǒng)計，并在必要時產(chǎn)生相應的圖表和曲線；對存儲在資料庫中的警報進行詢問；實現(xiàn)了對設備的實時圖像顯示；通過聲音和光學的方式對發(fā)生的錯誤的警報[2]。具體功能有：

第一，系統(tǒng)管理。系統(tǒng)的管理是對集中監(jiān)視系統(tǒng)的基本信息進行管理，其中包括：①機構結構的控制。根據(jù)軌道交通的運行方式，采用“線—站”樹狀的目錄體系，對涉及集中監(jiān)控報警和處理流程的單位和單位的信息進行了整合。②負責用戶信息的添加、刪除、修改、移動等。③使用權。根據(jù)用戶和用戶組實現(xiàn)權限的控制。④記錄行為。完成中央報警數(shù)據(jù)采集服務，用戶操作的日志。⑤設備履歷采集。通過與通信系統(tǒng)間的設備履歷數(shù)據(jù)接口或資料性文件導入等多渠道，周期性采集通信系統(tǒng)設備履歷數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)設備履歷數(shù)據(jù)與線路通信系統(tǒng)的一致性。⑥警報等級評估模式。每個預警信號都有警報等級，越是高級的警報，越是要迅速地處理和消除報警。該方法通過將告警權值和告警時長兩個維度的矩陣形式來決定告警等級（特大、重大、一般），并對每一種類型的警報定義到對應的警報等級。⑦告警存儲。系統(tǒng)具備告警信息的存儲、備份管理功能。

第二，系統(tǒng)自動服務。該軟件具有許多的自動化操作服務，能夠處理數(shù)據(jù)、轉換等實際的業(yè)務。①報警和恢復報警。集中監(jiān)視系統(tǒng)為外部通信系統(tǒng)的報警和報警恢復報警器的常規(guī)操作，對報警進行處理，處理后的報警數(shù)據(jù)可以作為系統(tǒng)的參考。②警報和評價?；趫缶燃壴u價模式，處理報警信息的報警等級，并依據(jù)商業(yè)準則處理。③警報。中央監(jiān)控報警系統(tǒng)要求與外部設備進行數(shù)據(jù)交互，以完成報警的數(shù)據(jù)傳輸。④與時間進行協(xié)調(diào)。本機采用定時與鐘表系統(tǒng)進行計時，并具有標準的計時和計時功能[3]。

四、解決方案

（一）硬件系統(tǒng)解決方案

假設A11為傳輸網(wǎng)絡管理NM11執(zhí)行的信息收集A11；A12是NM12的數(shù)據(jù)收集代理 PC，它包括一個A12的銷售和檢查管理系統(tǒng)；在計算機上進行了數(shù)據(jù)的收集，然后再由路由器R向數(shù)據(jù)庫的 DS發(fā)送數(shù)據(jù)。其中，MIS1、MIS2、MIS3是統(tǒng)一的信息集中監(jiān)測與管理系統(tǒng)。MIS1-MIS3是全面顯示、報警、處理、統(tǒng)計和分析的綜合信息。通過這些數(shù)據(jù)，可以讓更多的處理器，監(jiān)控更廣、更完整。若裝置網(wǎng)管理提供了一個北方的界面，而另一些則是Q3界面，以便收集時能透過網(wǎng)絡，若為串行，則可以透過串行。該方法對硬件的處理方法是非?？煽康模瑥钠浒踩缘挠^點來看，可以使整個網(wǎng)絡不必經(jīng)過公共網(wǎng)絡，而網(wǎng)絡能夠為數(shù)據(jù)的安全保障[4]。

（二）對軟件系統(tǒng)的處理措施

對于軟件的處理，從兩個角度進行：數(shù)據(jù)的收集與處理。這兩種系統(tǒng)都是獨立的，是由一個數(shù)據(jù)庫組成的。收集數(shù)據(jù)是為了創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，而對故障數(shù)據(jù)進行加工是為了對數(shù)據(jù)庫進行管理。但是，由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存方法不相同，所以它的對外傳輸也是有區(qū)別的。所以，一些收集的資料需要按照不同的條件進行程序設計。根據(jù)所關心的資料內(nèi)容，建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)界面，確保軟件的擴充與維護。該方法的關鍵在于對采集到的所有資料進行歸類和加工。在此，安全管理是對所有使用此系統(tǒng)的使用者進行嚴格的約束和控制，從而確保了該系統(tǒng)的安全性；報警系統(tǒng)是對所有的采集的信息進行即時的分析，可以對所有的裝置存在的錯誤進行即時的匯報，并對那些被排除的錯誤發(fā)出警告；在提高設備失效報警的同時，由主管部門對專用維修部門發(fā)出的作業(yè)單進行業(yè)務辦理；統(tǒng)計報告是指對報警數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和簡單運算的一種報告；分析預報是指對故障報警的初始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和處理。

數(shù)據(jù)采集模塊是為各種獨立的系統(tǒng)收集各種不同的數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)的存儲方法是不一樣的，即使是同一種產(chǎn)品的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，其網(wǎng)絡管理的接口也是不一樣的，因此，將根據(jù)各個系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)的處理。不同的數(shù)據(jù)收集方法會造成系統(tǒng)的結構混亂。為了防止不一致性，確保軟件的可伸縮性和可維護性，必須針對所關注的資料進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)界面。該方法見圖1：數(shù)據(jù)收集平臺會裝載特殊的數(shù)據(jù)獲取DLL（動態(tài)鏈接），以滿足不同的不同系統(tǒng)。對于同一系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集平臺與 DLL的數(shù)據(jù)界面是一樣的，并且在數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理方面也是一樣的。如此一來，當有了新的裝置時，只需將 DLL寫入到新的裝置中，就可以使整個系統(tǒng)具有很強的可擴充能力。圖1簡要地列出了三種獲取 DLL數(shù)據(jù)的方式：TCP/IP、RS232和數(shù)據(jù)庫的直接讀出。這種差別會在一個單一的資料接口上消除。

在此基礎上，將采集到的信息進行歸類和整理，從而構成新的商業(yè)邏輯。圖2顯示了該資料處理區(qū)的基本職能。其中，安全性管理是指對使用者進行權限的控制；這一單元將保證安全的體系。報警系統(tǒng)對采集到的全部信息進行即時的處理，上報全部的故障值，排除已排除的錯誤（恢復裝置報警）。該系統(tǒng)是指當系統(tǒng)出現(xiàn)新的設備發(fā)生錯誤報警時，向主管維修的單位發(fā)出作業(yè)指令的業(yè)務流程；在完成維修后，有關部門會對接收到的工作進行回執(zhí)，從而明確了職責，達到了對此項處理的“監(jiān)管”目標。統(tǒng)計報告是通過對故障報警的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和簡單的運算，從而生成一種特殊的報告表格。通過對故障報警的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，利用經(jīng)驗方法和曲線擬合方法對裝置近期的工作狀態(tài)進行了檢驗，從而使對易出現(xiàn)故障率高的裝置進行了集中維修，減少了操作中的意外[5]。

五、結束語

本文簡單地利用已有的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)中的故障數(shù)據(jù)，或者從已存在的網(wǎng)絡管理中直接抽取出數(shù)據(jù)進行集成。在現(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)上增加了所需的北向接口，不會影響原網(wǎng)絡的結構，只需增加一個集中的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)視，就能節(jié)省大量的人力成本。集中的數(shù)據(jù)處理，可以對全網(wǎng)的運作進行整體的設備操作，具有現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)所沒有的作業(yè)單業(yè)務流程，既可以對設備的操作狀況進行集中監(jiān)測，又可以對設備的維修進行統(tǒng)籌調(diào)度。另外，該系統(tǒng)還具有對各種復雜數(shù)據(jù)進行智能化的分析與預測，并能夠依據(jù)預報進行針對性維修，提高整體運行的安全與可靠度。

作者單位：吳躍 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所

邢明帥 金現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司

吳卉 李高科 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所

李鵬航 北京經(jīng)緯信息技術有限公司

參? 考? 文? 獻

[1] 吳新平，董德存. 城市軌道交通信息集中監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 城市軌道交通研究，2005，8（4）：47-49.

[2] 郝菊香. 城市軌道交通信息集中監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)探討[J]. 城市建設理論研究（電子版），2012（32）.

[3] 殷娜. 基于城市軌道交通的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J]. 計算機與數(shù)字工程，2015（8）：1429-1434.

[4] 陳雷. 軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中PIS子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 陜西：西安電子科技大學，2017.

[5] 程舒婷. 軌道交通運營信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 福建：廈門大學，2016.

基金項目：依托城市軌道交通系統(tǒng)測試國家工程實驗室-安全監(jiān)控和應急系統(tǒng)實驗室項目“城市軌道交通通信系統(tǒng)路網(wǎng)集中監(jiān)視系統(tǒng)研究”（2152DZ5301）。

吳躍（1991.01-），男，漢族，北京，本科，助理研究員，研究方向：系統(tǒng)工程研究。