摘要：現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，尤其是裝置的故障。為了解決上述問題，結合現有的數據，進行了城市軌道交通線網信息集中監視的方案的研制。通過對現有的各個系統的故障數據的收集，對其進行了全面的分析與預報，在集中監測中添加了智能的判斷功能；只需在現有的網管上增加所需的北向插孔，不會影響原網絡的拓撲性，只需增加一個收集與集中監控系統，即可簡化實施，降低成本。
關鍵詞：城市軌道交通；線網通信；集中監視系統
目前，一般將傳輸、專用電話、公務電話、無線通信、視頻監控、電源、廣播、時鐘等八大子系統，稱為“城市軌道交通專用通信系統”。這些子系統既有自己的網管系統，也有自己的網管中心，也有自己的數據采集系統。由于缺乏統一的管理體系，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測，也就是對整個鐵路線進行全面的監測與治理。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進行統一的監視與管理。該方法不僅是對各系統的參數進行簡單的控制，而且可以實現對設備故障的及時監測和處理。
一、基本介紹
專用通信系統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絡，它包括傳輸系統，公務電話，專用電話，無線通信，廣播，時鐘，視頻監視，電源系統。當前，在城市軌道交通的集中告警中，建立了一個集中監視系統，以達到對整個線網通信系統的監視和報警的目的。線網通信集中監視系統是指通過計算機的網絡技術和自身的數據處理功能，對專用通信系統各個子系統進行統一的管理，并將各個子系統的告警情況統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整體的工作狀態和故障情況。但是，由于各個區域的規模越來越大，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。利用大數據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，使專用通信系統由規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，現有的管理網絡或維修方式不盡一致。像 SDH這樣的多個產品，則會涉及多個廠家的 SDH網絡管理。這樣的網絡裝置多樣化，再加上一些廠商的故障上報協議并不相容，因而產生了整合路網管理的難題。因此，在對信息集中監測系統進行簡單的集成時，單純從原來的網絡管理平臺上進行集成是不夠的。將復雜的網絡管理體系統一為一個監控體系，主要有三種方式：第一種方式有三個做法，①集成式的網絡管理，即在現有網絡的基礎上增加一個層次的管理體系；②譯文，對需要交流的網絡管理體系進行成對的譯文；③標定化方法，現有網絡管理體系均使用通用的信息模式及函數集合。第二種是現有的技術支持標準（SNMP/CMIP/CORBA）的交互，采用靜態的規范說明和交互的動態轉換技術。第三種是較為全面的管理方式，但是要把全部網絡管理體系全部更換為一個統一的規范，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，使網絡管理與原網絡管理的平穩轉換；這和通過簡單的集成來進行中央監視的方法很相似，也更易于集成。通過這種方式，既可以在現有的管理體系或網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控，有效地克服了各個部門之間"信息孤島"的問題。
二、系統構造
在各個系統中，存在著許多的常規的網絡管理方法和維護方法，其中一些可以通過對原有的系統進行重組。然而，若采用多層同步數碼裝置，由于涉及許多廠商，因此同步數碼多級網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絡管理部門進行集成。要把整個網絡管理的錯綜復雜的網絡管理體系進行統一，主要有三條途徑：①規范化的通道，即利用現有網絡管理的公用信息模式和職能集中化；②轉換通道，即網絡管理體系與有需要的數據交換；③整合的通道，即現有網絡管理體系的一個層次。有一些現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絡管理方式，需要將所有的網絡管理體系用一個統一的規范來代替。本文提出的是對通信系統進行集中監視，可以通過規范接口協議的方式，避免與各廠家一一談判，也能在原有網絡管理體系內平滑地進行，便于數據的收集及管理。在原有的管理制度和網絡管理制度基礎之上，對各級的管理進行了統一的監督和控制。
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。應用層是指數據的集中處理，包含了數據的硬件和軟件。在實際的系統中，包括無線系統、傳輸系統在內的多種硬件系統。而管理監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絡，而異構子網則各自獨立地維護各自的數據庫。在此基礎上，利用代理層次對原有的系統進行數據的界面進行協調，使其與代理層次相結合，形成一種新型的網絡結構[1]。
三、系統功能
集中監視系統是根據各系統的設備網絡單元的告警，對各子系統的網絡單元進行告警處理，通過對其進行處理，實現對運行人員的告警通知和統計查詢。從外部集成各個通信子系統的接口，可以與傳輸、公務電話、專用電話、無線、閉路電視、廣播等服務系統進行報警和恢復。將報警報告傳送給外部服務如ISCS ；與時鐘系統的定時同步。從軟件的設計角度來看，該系統的商業要求主要有：數據采集、數據處理、數據展示。①收集資料。完成對各個子系統的故障報警和報警的實時反饋，并對所收集到的數據進行預處理，將其轉化為統一的報警系統的統一數據形式；根據系統和各個子系統之間的協議形式，對各個子接口的數據要求作出相應的回應；負責向全面監測系統提供報警信息。②資料的整理。根據系統的管理戰略和數據架構，分析、加工、處理收集到的各種數據，并按照系統的體系結構存儲在數據庫中。③展示資料。將各個子系統的報警信息集中顯示在一個統一的用戶接口上，綜合分析和處理各個子系統的故障報警信息，實現了對故障信息的歸類和統計，并在必要時產生相應的圖表和曲線；對存儲在資料庫中的警報進行詢問；實現了對設備的實時圖像顯示；通過聲音和光學的方式對發生的錯誤的警報[2]。具體功能有：
第一，系統管理。系統的管理是對集中監視系統的基本信息進行管理，其中包括：①機構結構的控制。根據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。根據用戶和用戶組實現權限的控制。④記錄行為。完成中央報警數據采集服務，用戶操作的日志。⑤設備履歷采集。通過與通信系統間的設備履歷數據接口或資料性文件導入等多渠道，周期性采集通信系統設備履歷數據，保證系統設備履歷數據與線路通信系統的一致性。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。系統具備告警信息的存儲、備份管理功能。
第二，系統自動服務。該軟件具有許多的自動化操作服務，能夠處理數據、轉換等實際的業務。①報警和恢復報警。集中監視系統為外部通信系統的報警和報警恢復報警器的常規操作，對報警進行處理，處理后的報警數據可以作為系統的參考。②警報和評價。基于報警等級評價模式，處理報警信息的報警等級，并依據商業準則處理。③警報。中央監控報警系統要求與外部設備進行數據交互，以完成報警的數據傳輸。④與時間進行協調。本機采用定時與鐘表系統進行計時，并具有標準的計時和計時功能[3]。
四、解決方案
（一）硬件系統解決方案
假設A11為傳輸網絡管理NM11執行的信息收集A11；A12是NM12的數據收集代理 PC，它包括一個A12的銷售和檢查管理系統；在計算機上進行了數據的收集，然后再由路由器R向數據庫的 DS發送數據。其中，MIS1、MIS2、MIS3是統一的信息集中監測與管理系統。MIS1-MIS3是全面顯示、報警、處理、統計和分析的綜合信息。通過這些數據，可以讓更多的處理器，監控更廣、更完整。若裝置網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常可靠的，從其安全性的觀點來看，可以使整個網絡不必經過公共網絡，而網絡能夠為數據的安全保障[4]。
（二）對軟件系統的處理措施
對于軟件的處理，從兩個角度進行：數據的收集與處理。這兩種系統都是獨立的，是由一個數據庫組成的。收集數據是為了創建一個數據庫，而對故障數據進行加工是為了對數據庫進行管理。但是，由于系統的數據儲存方法不相同，所以它的對外傳輸也是有區別的。所以，一些收集的資料需要按照不同的條件進行程序設計。根據所關心的資料內容，建立一個統一的數據界面，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的使用者進行嚴格的約束和控制，從而確保了該系統的安全性；報警系統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出的作業單進行業務辦理；統計報告是指對報警數據進行統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據進行統計和處理。
數據采集模塊是為各種獨立的系統收集各種不同的數據。因為數據的存儲方法是不一樣的，即使是同一種產品的網絡管理系統，其網絡管理的接口也是不一樣的，因此，將根據各個系統來進行數據的處理。不同的數據收集方法會造成系統的結構混亂。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一的數據界面。該方法見圖1：數據收集平臺會裝載特殊的數據獲取DLL（動態鏈接），以滿足不同的不同系統。對于同一系統，數據采集平臺與 DLL的數據界面是一樣的，并且在數據收集和數據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，就可以使整個系統具有很強的可擴充能力。圖1簡要地列出了三種獲取 DLL數據的方式：TCP/IP、RS232和數據庫的直接讀出。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，從而構成新的商業邏輯。圖2顯示了該資料處理區的基本職能。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）。該系統是指當系統出現新的設備發生錯誤報警時，向主管維修的單位發出作業指令的業務流程；在完成維修后，有關部門會對接收到的工作進行回執，從而明確了職責，達到了對此項處理的“監管”目標。統計報告是通過對故障報警的歷史數據進行統計和簡單的運算，從而生成一種特殊的報告表格。通過對故障報警的歷史數據進行統計和分析，利用經驗方法和曲線擬合方法對裝置近期的工作狀態進行了檢驗，從而使對易出現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絡管理系統中的故障數據，或者從已存在的網絡管理中直接抽取出數據進行集成。在現有的網管系統上增加了所需的北向接口，不會影響原網絡的結構，只需增加一個集中的數據收集和監視，就能節省大量的人力成本。集中的數據處理，可以對全網的運作進行整體的設備操作，具有現有的調度系統所沒有的作業單業務流程，既可以對設備的操作狀況進行集中監測，又可以對設備的維修進行統籌調度。另外，該系統還具有對各種復雜數據進行智能化的分析與預測，并能夠依據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 金現代信息產業股份有限公司
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控系統的設計與實現[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控系統的設計與實現探討[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控系統的設計[J]. 計算機與數字工程，2015（8）：1429-1434.
[4] 陳雷. 軌道交通綜合監控系統中PIS子系統的設計與實現[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的設計與實現[D]. 福建：廈門大學，2016.
基金項目：依托城市軌道交通系統測試國家工程實驗室-安全監控和應急系統實驗室項目“城市軌道交通通信系統路網集中監視系統研究”（2152DZ5301）。
吳躍（1991.01-），男，漢族，北京，本科，助理研究員，研究方向：系統工程研究。
