軌道交通監控系統聯動模塊設計論文
１聯動的意義
綜合監控系統的聯動是指包含多個子系統控制操作的流程管理功能。城市軌道交通的運營管理主要通過綜合監控系統實現。綜合監控系統的重要職責包括以下５個方面［１］：１）維護全線路重要機電設備，保持設備良好運行。２）監控正常工況下機電設備按時間表運行。３）城市軌道交通每天運營開始及停運時的全線停送電，以及其他機電設備的啟動。４）城市軌道交通正常運營時圍繞運營管理的聯動功能。５）城市軌道交通運營遇到火災、阻塞等異常情況下的緊急聯動。上述的３）、４）、５）項均與聯動相關。因此，綜合監控系統的聯動功能在城市軌道交通運營中發揮著重要的作用。在城市軌道交通的運營中，調度員的操作是規范化、流程化的。如果能夠將某個特定運營場景執行的涉及多個子系統的一系列步驟變成一個聯動，并且在綜合監控軟件中以程控的方式展現給調度員，那么調度員在操作時就可以避免因自身經驗不足而造成的操作失誤，以便能更好地處理日常事務及災害情況下的緊急情況。依托綜合監控的聯動功能，城市軌道交通可以有效地提高運營管理的效率。為滿足用戶的聯動需求，綜合監控系統的聯動功能必需支持串行、并行和混合的執行方式，以及自動、半自動和人工觸發的觸發方式。聯動中的每個控制動作執行前需要判斷閉鎖邏輯；執行控制動作后，需判斷事后邏輯。在聯動執行過程中，調度員可以實時干預聯動執行。
２ＲＴ２１－ＩＳＣＳ綜合監控軟件平臺介紹
ＲＴ２１—ＩＳＣＳ綜合監控軟件是由國電南瑞科技股份有限公司開發的、擁有自主知識產權的國產綜合監控軟件［２］。聯動模塊的實現對綜合監控軟件平臺的實時性有很高的要求［３］。ＲＴ２１—ＩＳＣＳ綜合監控軟件平臺主要從以下入手提高系統的實時性：首先，對于實時性要求較高的子系統，如ＰＳＣＡＤＡ（電力監控與數據采集）和ＢＡＳ（環境與設備監控系統），ＲＴ２１—ＩＳＣＳ選擇在設備層進行集成，以減少中間層，提高綜合監控系統的實時性［４］；其次，對于地域跨度非常大的軌道交通線路，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ采用車站分域自治的、車站和中心分層管理的架構，這樣不但可以提高系統的實時性，并且降低了聯動實現的邏輯復雜性。最后，經過測試，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ內部的響應時間滿足實時控制的要求。
３軟件設計
３．１整體設計
３．１．１設計難點從軟件設計的角度開發綜合監控系統聯動功能有三個難點：１）對聯動的模型建立需分為兩層，第一層是抽象聯動的每一個步驟，然后在第一層的基礎上建立聯動的模型。２）聯動執行是一個動態的過程，在運行時，聯動步驟如何執行，是依賴當時的運營場景的機電設備、乘客的情況等客觀條件。這些邏輯關系是多種多樣的，有簡有繁，隨著需求而不斷變化。另外，調度員對聯動運行具有最高指揮權，因為執行控制動作是有一定風險的和責任的。３）聯動包括聯動定義工具、聯動報告工具、聯動運行ＨＭＩ（人機界面）、聯動服務程序等，還要保證多個模塊之間的數據一致性和統一性。
３．１．２聯動建模聯動的最小邏輯單元是子系統的一個最小的控制動作。例如，在電力子系統的最小控制動作通常是指遙控，在ＢＡＳ子系統中最小控制動作是指ＰＬＣ（可編程邏輯控制器）的模式控制或者設備的單點控制（取決于綜合監控的ＢＡＳ子系統的控制設置）。在聯動模塊中，使用“聯動串”來表征每個子系統的最小控制動作。聯動串就是使用特定語法格式的字符串，它描述了最小控制動作所需要的全部信息。以ＢＡＳ的一個ＡＯ（模擬量輸出）控制為例：某車站Ｂ端水泵房水泵轉速設置為１０００ｒ／ｍｉｎ，它的聯動串為：ａｏ＿ｃｔｒｌｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ１０００。其中ａｏ＿ｃｔｒｌ是控制類別，ｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ表征該點在實時庫中的位置信息，１０００是目標值。將相關的最小控制動作按照一定的順序和相互關系聯接起來，以完成一個相對復雜的“功能”。簡單的“功能”可以組合成更復雜的“功能”。聯動就是一個“功能”外加若干屬性，比如聯動類型、觸發邏輯等。聯動模塊采用多叉樹存儲聯動。多叉樹的葉節點為子系統最小控制動作，而非葉節點存儲“功能”。每個節點包含了該節點和同層的右兄節點的相互關系，以及執行前的閉鎖邏輯和執行后的事后邏輯。相互關系是指同層兩個節點是同時并行執行，還是先后串行執行。
３．１．３動作執行流程閉鎖邏輯是一個邏輯表達式，它的運算數是現場相關設備點的狀態。在該節點執行前，首先計算閉鎖邏輯表達式，只有計算結果為真時，該節點才能執行，否則跳過該節點或者結束整個聯動。事后邏輯是指“動作”執行失敗時的三個選項：聯動繼續，自動重做，人工干預。執行聯動即按照先序遍歷的方法遍歷整個多叉樹。每個節點執行時，首先計算閉鎖邏輯；其次，如果是“動作”則下發控制命令，如果是“功能”則遍歷其子節點；最后根據事后邏輯繼續執行。聯動動作執行流程見圖１所示。圖１聯動動作執行流程圖另外，當聯動執行時，很多情況下需要調度員的人工干預。現以廣州珠江新城ＡＰＭ（旅客自動輸送系統）項目開站聯動為例：在執行打開出入口卷閘門、開啟上下行電扶梯及測試站臺屏蔽門動作前，調度員必須使用ＣＣＴＶ（閉路電視）子系統查看現場的情況，確認沒有人員可能受到傷害時才能夠執行。這些步驟必須一步一步執行，即“單步執行”。而有些聯動不需要人工干預，比如列車進站聯動。當列車到站時，站臺廣播、ＰＩＳ（乘客信息顯示系統）信息發布等步驟都是自動執行，無需人工干預。此時，聯動是自動執行，即“多步執行”。更復雜的情況下，聯動的某些步驟是“多步執行”，而某些步驟是“單步執行”。所以，調度員在執行聯動時，需要使用單步執行、多步執行，以及執行斷點、暫停和中止等功能。
３．２程序實現聯動模塊使用
ｃ＋＋語言和腳本語言，運用多線程技術，依托綜合監控平臺的實時數據庫、消息總線以及歷史數據庫服務。界面設計采用跨平臺ＧＵＩ（圖形用戶界面）Ｑｔ框架。聯動模塊采用模塊化設計思想，由聯動服務程序、聯動自定義ＨＭＩ、聯動執行ＨＭＩ和聯動報告ＨＭＩ等四部分構成。其中，聯動服務程序是整個聯動模塊的核心，它串聯了各個應用的服務模塊與聯動ＨＭＩ，負責聯動觸發、聯動執行，并且負責記錄每一次聯動的執行情況。聯動自定義ＨＭＩ是用戶錄入新的聯動的人機交互程序。聯動執行ＨＭＩ是用戶執行聯動時，實時監視和控制聯動的人機交互程序。聯動報告ＨＭＩ是用戶查看和分析聯動歷史信息的人機界面。聯動模塊的架構示意見圖２所示。
３．２．１聯動后臺服務程序后臺服務程序采用多線程技術和遞歸的設計方法。當收到前臺啟動聯動的申請時，就啟動一個線程執行該聯動。多個聯動同時執行其實就是多個線程同時執行。線程的執行函數是遞歸函數。當聯動的多叉樹的第一層節點是非葉節點時，就啟動同樣的線程來執行該“功能”。這樣，一個聯動中的多個功能的并行執行也是通過多線程實現的。閉鎖邏輯和事后邏輯是一段腳本語言，腳本中的操作數取自實時庫。腳本語言語法簡單，執行效率高。用戶在聯動定義ＨＭＩ中根據邏輯要求編寫腳本語言，定義閉鎖邏輯和事后邏輯。閉鎖邏輯和事后邏輯的腳本由公式計算動態庫調用，并給出結果。
３．２．２聯動運行ＨＭＩ聯動運行ＨＭＩ是調度員使用聯動功能時的界面程序。聯動運行ＨＭＩ提供聯動暫停、聯動終止、單步運行、多步運行及多步斷點等功能。調度員可以靈活地控制聯動的運行。聯動運行ＨＭＩ左側是聯動列表，右側是聯動執行區。調度員首先從左側聯動列表中選擇欲執行的聯動，聯動執行區會彈出標簽；調度員在聯動執行區可以看到聯動的每一個節點的執行情況，包括動作開始、動作成功、動作失敗及失敗原因等。調度員可以使用運行ＨＭＩ提供的單步、多步、斷點、暫停以及中止功能來控制聯動執行。
３．２．３聯動自定義ＨＭＩ聯動自定義ＨＭＩ是給綜合監控系統高級維護人員開放的。在城市軌道交通運營中，如果調度員總結出新的聯動需求，那么就可以使用聯動自定義ＨＭＩ錄入新的聯動。聯動自定義ＨＭＩ要兼顧綜合監控集成和互聯的各個子系統，并且要具備對用戶的友好性。聯動模塊采用“動作串”抽象各個子系統的單控動作。動作串的解析和錄入都由動作解析動態庫來負責。用戶使用聯動自定義ＨＭＩ時，主要是拖拽和選擇操作。聯動自定義ＨＭＩ提供聯動模板、單控動作模板和腳本模板，以簡化用戶的輸入。圖３是廣播子系統的“聯動串”自定義界面。圖３廣播子系統的聯動串自定義界面在圖３中，當用戶選擇播放區域、播放次數、語音內容后，點擊“生成”按鈕就可以生成“聯動串”了。對于用戶來說，語法相對復雜的“聯動串”是透明的。另外，聯動模塊支持在線自定義。聯動模塊使用時標的技術，保證聯動運行ＨＭＩ與聯動服務程序的一致性。當聯動運行ＨＭＩ執行某聯動時，發送給后臺服務程序的報文中含有聯動的時標，后臺服務程序會將自己的時標與報文中的時標做對比，如果不相等則聯動服務程序拒動，發送聯動失敗報文給聯動運行ＨＭＩ。
３．２．４聯動報告ＨＭＩ聯動后臺服務程序將每個執行過的聯動寫入商用庫。用戶可以使用聯動報告ＨＭＩ來讀取和分析聯動的執行情況。
４結語
聯動模塊作為綜合監控的高級應用，體現了綜合監控的核心價值。在分析了多個城市軌道交通運營需求的基礎上，基于國產ＲＩ２１—ＩＳＣＳ綜合監控平臺設計，實現了聯動功能。ＲＴ２１系統的聯動功能具有實時性、實用性、易用性以及開放性。另外，聯動功能在綜合監控平臺和數據挖掘等高級應用之間搭建了橋梁。例如，對綜合監控的歷史操作數據做數據挖掘，自動生成日常管理聯動和災害聯動。此時數據挖掘的結果按照聯動的表結構直接寫入數據庫中供聯動模塊使用，經過聯動自定義界面修改完善后，該聯動就可以投入使用了。
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