郑剑锋
天津市地下铁道集团有限公司天津市300380
摘要：当前，地铁已成为城市人们出行最主要的交通工具。本文探讨了地铁信号设备在线监测系统的设计与实现。
关键词：地铁信号设备；在线监测；设计；实现
地铁已成为我国城市交通运输的重要组成部分，也是城市公共交通的重点发展方向，其信号系统的安全问题已引起社会各界的广泛关注。信息技术的发展促进了地铁信号系统的完善，同时大幅提升信号系统的安全系数。
一、信号设备在线监测系统设计
1、系统结构设计
1）客户层。在线监测系统中，客户层承担着对后期数据的统计、分析与智能判断的任务。客户层接收在线监测系统传来的数据，接着处理数据；使远程客户端具备远程接入、自动监测等功能。根据对数据的分析结果，将数据直接连入到设备层。根据使用环境及具体要求，可选择直连模式。
2）服务层。服务层由数据库服务器、网络服务器、实时监测服务器三个部分组成，并应用软件加以系统集成。数据库服务器为监测服务的数据访问提供服务，实现将监测到的数据存储或调用功能；网络服务器提供浏览器访问服务；实时监测服务器对站机层数据进行监测，并与远程客户端提供同步数据访问服务。
3）站机层。站机层包括采集进程和站机平台两部分，采集进程负责信号设备监测数据的接入，将采集到的数据封装后上传至站机平台。采集进程与站机平台通过Socket通信，通信规约采用统一数据接入规约，由采集进程主动连接站机平台，并主动上报数据；站机平台对监测设备统一建模，对收到的数据报文进行解析和处理后统一存储，并以插件形式整合各监测业务功能模块，以满足站机层的设备监测业务需求。
4）设备层。设备层中包括多个设备，主要作用：一是实现设备监测，如对轨道电路监测等；二是实现数据对象的监测，实现数据的实时传输功能等。设备层与其他三层组成地铁信号在线监测系统的“实施层”，双方之间协调运转，实现了有效的在线监测功能。
2、系统功能设计
1）在线监测设备状态。在线监测系统监测部分包括四个子系统，每个子系统分工明确，监测的对象有所不同，如轨道电路监测子系统监测的对象是地铁轨道带电状态、信号灯及司机手动控制系统协调性能、传感设备等。通过子系统间的数据传递，模块有序地实现监测数据上传，保证了系统设备的稳定运行状态。
2）异常管理。异常管理主要针对监测过程中出现的异常情况。采取计算机警告优先级别设计，设置优先查询及处理的功能，预防和降低异常风险的发生。根据异常条件和历史数据的分析调用，为异常情况的处理提供解决方案。异常处理功能是在历史数据查询的基础上，兼顾实时跟踪维修情况，实现最快的排除风险操作。此外，当被监测设备产生问题时，系统会通过规定发送报警短信。
3）数据访问。监测系统采用B/S和C/S构架，同时满足客户端模式及浏览器模式访问。根据用户需求不同，客户端模式能管理详细的设备监测数据，而浏览器模式管理的数据则是较为宏观的数据，数据范围更广但精度略低。在C/S模式中可查看数据、图像等实时监测信息，还可在历史数据中通过子系统名称、设备名称、监测内容等条件查询数据并以多种形式显示。
二、关键技术及解决方案
1、分层通信的通信技术。为在不同传输条件下实现快速高效的数据交换与传输，系统采用分层通信的方式。其中设备层与站机平台作为第1层，如图1所示；站机平台、监测服务器、远程客户端之间的通信为第2层，如图2所示。采集进程与站机平台之间采用基于TCP协议的Socket通信，由站机平台作为Sever端，采集进程主动连接站机平台，并发送注册命令进行注册，注册报文中包含子系统类型等内容。所有在站机平台注册过的采集进程视为合法进程。
图1
图2
站机平台与监测服务器、远程客户端之间系统采用基于TCP的Socket通信。针对不同的数据类型及数据特点，提供两类通信途径，常规数据通道和实时状态数据通道。实时数据通道对数据实时性要求较高，这类应用主要针对异常报警信息、站机平台运行状态信息、实时拍照数据、实时监测数据等。常规数据通道主要针对通信实时性要求不是很高的数据如周期缺口数据、历史数据等。
2、存储技术。在线监测系统中，存储系统要保证相应的调用速度。为确保相应速度，需一定的缓存容量，通过缓存技术提高在线监测系统的响应速度，减少或降低存储器的数据存入/导出操作频率。系统对缓存数据在时间上也有所限制，当有效时限超出一定范围后，自动清除，释放缓存空间，满足大量数据的实时监测需求。数据定时被传输到缓存区，最新的数据状态显现出来，可快速、实时地反映在线设备的状态。
3、基于SOA的业务集成设计。SOA（面向服务架构）是一种以业务为中心的IT架构方法，将业务作为彼此链接、可重复的业务任务或服务进行整合，站机平台利用SOA将业务服务层与上层功能模块层横向隔离。并通过业务接口总线，实现统一业务接口与多态业务子系统插件隔离，实现子系统功能插件与子系统业务服务接口插件对接的目标，以及将业务功能的多样性和多变性与平台层隔离，实现纵向解耦。同时，通过业务接口总线的模式，扩展业务服务类型，实现横向解耦。
三、提高地铁信号系统安全性的有效措施
1、完善安全规章制度。目前，我国地铁部分通信命令会直接绕过联锁条件，这将直接威胁到地铁系统设备的运行安全。这种问题通过人为控制便能有效解决，所以要求相关部门完善安全规章制度，保障规章制度得到贯彻落实，使工作人员在工作过程中严格遵循相关制度。尤其是地铁信号系统中联锁系统的安全命令，一般是直接绕开联锁条件，若安全命令有误，有可能导致地铁列车发生安全事故，甚至造成列车侧翻，造成严重的安全事故。因此企业可安排调度人员来加以控制，这样能避免安全命令错误。完善相关安全规章制度具有重要意义，企业要能在工作过程中不断完善安全规章制度，要求工作人员认真核对安全命令及提示，然后做出相应的操作，以提高地铁列车的运行安全性。
2、自动监控系统的安全技术措施。车站控制中心可采用双通道或环路方式进行监控，这种方法能有效避免因某段通信信道故障而导致整个系统无法正常使用。还可将智能识别装置安装到地铁列车上，这样有助于实现全程监控。技术人员还可在自动监控系统控制中心建立两套互为热备份的监控系统。即使其中一个系统发生故障或无法更新数据，另一个系统还能继续收集并更新数据信息。调度人员需认真做好地铁列车的调整工作，这样才能避免运行过程中发生故障。若地铁列车在实际运行过程中与原先设定存在较大偏差，那么调度员必须要及时调整列车的启停时间，以避免影响到地铁的正常行驶。
四、结语
综上所述，信号系统是确保地铁安全运行的关键设备，一旦发生故障将造成地铁降级运行、大面积晚点甚至停运。因此，亟需建立一种信号设备在线监测系统，实现信号设备的在线监测与智能诊断，从而便于设备维修与维护。
参考文献：
[1]刘林发.浅析地铁信号设备在线监测系统设计与实现[J].工程技术，2016（12）.