ｌ醛囝ｉ墟市轿避交匠鼹潘惑骶骶骶淤骶港骶淤饕：鞭熊溅淤渊骶鞣黼烈黼鞫蜷攥葵城市轨道交通综合监控系统的实时性设计韩玉雄１丁建中２（１．上海轨道交通设备发展有限公司，２００２３３，上海；２，上海申通地铁集团有跟公司，２０１１０３，上海∥第一作者，高级工程师）摘要综合监控系统的实时性指标是评价系统性能优劣的重要指标，其性能直接影响地铁运营调度的质量。
通过对城市轨道交通综合监控系统核心平台及其集成子系统网络结构的分析，构建了一个度量系统实时性的分析计算模型。
以该模型为基础，分析研究网络拓扑结构、数据通信机制等因素对系统实时性的影响，并提出了优化系统实时性设计的措施：尽量减少网络层级，推荐集成子系统与综合监控系统核心平台一体化设计；均衡分配每个数据传递路径中低速数据通信设备的数量；根据各层级网络实时数据的容量和网络传输能力，合理确定各层级网络的数据通信机制，底层网络可采用轮询方武，上层网络可采用变化数据主动上传方式；合理提高网络设备的性能，避免通信瓶颈。
关键词城市轨道交通；综合监控系统；实时性中图分类号Ｕ２３１＋．９２Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰｒｏｐｅｒｔｙＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙＣｏｎ。
ｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＵｒｂａｎＭａｓｓＴｒａｎｓｉｔＨａｎＹｕｘｉｏｎｇ，ＤｉＩ培ＪｉａｎｚｈｏｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｖｅａｂｓｔｒａｃｔＲｅａｌ・—ｔｉｍｅｐｒｏｐｅｒｔｙｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｉｎｔｅ・－ｇｒａｔｅｄｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓａｋｅｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｔｏｅｖａｌ—ｕａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｙｓｔｅｍａｎｄａｌｓｏａｎｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｏｖｅｒｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｕｂｗａｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｕｐｅｒｖｉ・ｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（Ｉｓ（嚣）ｆｏｒｕｒｂａｎｍａｓｓｔｒａｎｓｉｔ（Ｉｍｆｒ），ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｕｉｌｄｓ叩ａｍｏｄｅｌｔｏｍｅａｓｕｒｅｉｔｓｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｒｏｐｅｒ・ｔｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ［Ｄａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＩＳＣＳ，ｌｉｋｅｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｆｉ—ｎａＵｙ，ｆｏｕｒｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ・ｔｉｍｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＩＳＣＳ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆ／ＳＣＳｗｉｔｈｓｕｂ－ｓｙｓｔｅｍｓ；ｓｅｃｏｎｄ，ｔｏｂａｌａｎｃｅｔｈｅＲｕｍｂｅｒｏｆｌｏｗ—ｓｐｅｅｄｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｎｅａｃｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐａｔｈ；ｔｈｉｒｄ，ｔｏｄｅ—ｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａ．ｎｉｓｍａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｖｅｌｓ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒｒｅａｌ—ｔｉｍｅｄａｔａｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｏｕｒｔｈ，ｔｏｉｍ－ｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｅｑｕｉｐｍｅｒｉｔｒｅａｓｏｎａ—ｂｌｙｔｏｒｅｆｒａｉｎｆｒｏｍｔｈｅｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｓｉｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．・１８’Ｋｅｙｗｏｒｄｓｕｒｂａｎｍａｓｓｔｒａｎｓｉｔ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎ—ｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｒｏｐｅｒｔｙＦｉｒｓｔ－ａｕｔｈｏｒ’ＳａｄｄｒｅｓｓＳｈａｎｇｈａｉＲａｉｌＴｒａｆｆｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，２００２３３，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ随着计算机技术和网络通信技术的发展，集电力监控、机电设备监控、防灾报警、通信、信号等系统于一体的综合监控系统（ＩＳＣＳ）正成为城市轨道交通自动化系统设计和研究的热点［１‘２］。
法国、德国、新加坡等国家在新建的轨道交通线路中已经采用了综合监控设计，实际运行效果良好；围内新建线路中，广州、北京、深圳等地也开始了综合监控系统的试点［３叫］。
可以肯定，综合监控系统将成为未来轨道交通自动化系统的发展方向。
综合监控系统是一个典型的实时控制系统，各子系统的实时信息必须及时反映到ＯＣＣ（运行控制中心）的各类显示终端上。
同样，ｏＣＣ的控制命令也必须及时下发到对应的执行机构。
实时性是综合监控系统的重要性能指标。
虽然我国目前还没有制定综合监控系统的行业标准，但许多集成专业对系统实时性有明确的要求。
如电力监控系统的行业标准规定，事故信息传送到ＯＣＣ并推出画面的时间必须小于３ｓ。
从系统设计的角度看，综合监控系统的实时性指标应不低于集成专业系统的实时性指标。
但由于种种原因，国内早期的国产化线路中，曾出现信息传输时间长达数１０Ｓ的现象。
系统实时性指标严重偏离标准，给调度和运行带来不便。
如何在设计阶段充分考虑系统实时性要求，尽可能缩短信息传输时间，既是运营维护的需要，也是系统优化设计的前提。
ｌ系统实时性计算模型系统实时性指标可以用系统响应时间丁ｋ来度量。
系统响应时间包括上行信息传递时间和下行信息传递时间。
前者指现场设备状态变化至Ｏｔ３Ｃ调度葵；熊涟熊黼黼｛腻添漆麟瀑港糕溪喜饕淤惑淡瀑淡港溪渊漆惑搽黼港葵瓣寓锻壤ｉ藤员终端界面显示该变化所经历的时间；后者指调度员下发控制命令至现场设备接收到该命令所经历的时间。
为简化分析，本文以上行信息传递时间为例展开研究。
下行信息传递时间的分析方法与上行类同。
一般地，系统响应时间与系统的网络拓扑结构、数据传输速度、通信协议等有关，因此，不同的系统结构，系统响应时间的计算方法也有所不同。
本文以图１所示的ＩＳＣＳ系统结构为基础，研究系统响应时间的计算方法。
１．１综合监控系统的结构城市轨道交通综合监控系统是一个地域分散的远动自动化系统，一般采用分层分布式体系架构，由一个ＩＳＣＳ核心平台和若干集成（或互联）子系统构成［４。
６］，规模庞大。
其中，核心平台由设在ＯＣＣ的中央综合监控系统（ＣＩＳＣＳ）、设在车站控制室的车站综合监控系统（ＳＩＳＣＳ）、设在车辆段（或停车场）信号楼的车辆段综合监控系统（ＤＩＳＣＳ），以及为ＣＩＳＣＳ与ＳＩＳＣＳ、ＤＩＳＣＳ提供数据传输通道的通信骨干网（ＣＢＮ）构成。
图１为简化的综合监控系统核心平台的网络拓扑结构。
图１城市轨道交通综合监控系统网络拓扑结构示意图集成子系统的结构随专业的不同而略有差异，但归纳起来，可以用图２的模型来描述。
图中，集成子系统包含了若干层级的数据通信网络，同一层的从控制器或采集设备与上层主／从控制器之间的物理连接可以是总线方式，也可以是点对点方式。
从系统结构上看，集成（或互联）子系统由设备现场的现场总线ｌ采集设备、控制室或设备机房的主控制器（或从控制器）以及连接采集设备与主／从控制器的现场总线构成。
其中，现场采集设备实时采集设备状态信息，经由若干级从控制器转发，最后汇总到主控制器，并由主控制器实现与综合监控系统核心平台的数据交换。
综合监控系统核心平台主控制器１人机界面Ｉ！堡丛堡剑墨Ｉｌ！堡丛墼剑墨ｌ…Ｉ！堡丛埤型墨现场总线２２级从控制器－－－＿－－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿一２级从控制器ｌ…ｌ２级从控制器蒸两幽圜…匿图２综合监控集成子系统结构模型・１９・葵固ｌ旋带软麈交通舞蔑骶黼淤淤《瓣｛骶淤葵溪黼瀑渊淤饕黼黼藤鞴熊｛鞫腾攘《１．２系统响应时间计算系统响应时间丁娜等于集成子系统响应时间丁憋与ＩＳＣＳ核心平台响应时间丁妍之和，即孔∞＝Ｔ璐＋瓦口（１）１．２．１集成子系统响应时间一般地，选择耗时最长的路径作为丁娜测算的依据。
在实际工程中，不同的现场设备，其状态信息可通过不同的采集设备，以不同接口通信协议，经不同的转发路径传送到主控制器，因此丁娜的计算比较复杂。
为简化分析，假设集成子系统中主控制器与从控制器之间、从控制器与从控制器之间以及从控制器与现场采集设备之间仅存在低速和高速两种数据通信方式；同一种数据通信方式的通信协议是一致的，且都采用轮询访问机制。
这里，低速数据交换方式指采用ＥＩＡＲＳ２３２／４２２／４８５接口标准、传输速率低于１９．２ｋｂｉｔ／ｓ的数据通信方式；高速数据交换方式是指采用工业以太网或现场总线、传输速率不低于１Ｍｂｉｔ／ｓ的数据通信方式。
若工业以太网或现场总线上的节点数量不超过设定值，则高速数据交换的耗时将远小于低速数据交换的耗时［７］。
因此，在计算每一级传输网络的响应时间时，若高速数据通信方式与低速数据通信方式共存，那么只要考虑采用低速数据通信方式交换数据的耗时即可。
假设主／从控制器接收并处理数据的时间是一致的，对于高速与低速共存的混合型数据通信网络，集成子系统的响应时间丁璐为：Ｔｍ＝Ｔｏ－ｔ－｛（１＋ＱＨｌ）Ｔｎ＋ａｓｌＴｓ，（１＋ａ№）ＴＨ＋ａｓ２Ｔｓ，（１＋ａｍ）ＴＨ＋ａｓ３Ｔｓ，…）。
（２）式中：瓦——采集设备采集现场设备状态信息并处理的时间；一般来说，这一时间与采集设备的采样频率、处理速度等固有特性有关，在设备选型时确定。
丁Ｈ——采用高速数据通信方式时上层主／从控制器访问下层某一从控制器或采集设备的数据并处理所需的时间；丁。
——采用低速数据通信方式时上层主／从控制器访问下层某一从控制器或采集设备的数据并处理所需的时间；ＱＨ，——第ｆ条数据传递路径中，同一级网络全部采用高速数据通信方式的从控制器或采集设备数量，ｆ－１，２，３，…；・２０・Ｑ。
，——第ｆ条数据传递路径中，采用低速数据通信方式的所有从控制器或采集设备数量，ｌ－１，２，３，…。
１．２．２ＩＳＣＳ核心平台响应时间ＩＳＣＳ核心平台的响应时间与ＩＳＣＳ系统的设计有关，不同的系统架构，响应时间的计算方法也存在差异。
一般地，ＩＳＣＳ核心平台中，影响系统实时性的主要环节包括ＦＥＰ（Ｆｒｏｎｔ．Ｅｎｄｅｄ．Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）接收数据的效率、实时数据服务器处理数据的效率、通信网络交换数据的能力和调度员工作站响应数据变化的能力；而其它环节，如历史数据处理等，可以在独立设备上和上述环节同步进行，其效率高低对系统的实时性并不会产生实质性影响。
随着技术的发展，ＩＳＣＳ核心平台层内部的通信网络已普遍采用高速网络通信，如千兆光纤以太网等，故数据传输的时间消耗主要集中在ＦＥＰ、实时数据服务器和调度员工作站的数据处理机制与设备处理能力上。
