都市快轨交通・第２３卷第１期２０１０年２月 … 学术探讨．．Ｉ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６０７３．２０１０．Ｏ１．０１７ 地铁综合监控系统 可靠性评估体系框架 马克刚 马小兵 赵 宇 （北京航空航天大学北京１００１９１） 靠性评估体系框架，对系统进行可靠性分析，具有重要 摘要论述地铁综合监控系统是整个地铁系统可靠 安全运行的重要保障？介绍地铁综合监控系统的发展 的理论与应用价值。 现状和体系结构，根据系统特点对其可靠性评．ｆ古体系框 架进行研元、结果表明，这有利于指导地铁综合监控系 统的设计、维护，并为系统的进一步完善奠定基础。 ２国内外地铁综合监控系统的发展现状 最早期的地铁运营，由于技术上的局限，供电、通 信、信号等专业的监控管理主要靠人工进行，操作者与 管理者间的通信联系多以电话方式进行，因而监控管理 关键词 地铁中图分类号文章编号综合监控系统Ｕ２３ｌ ．９２ 可靠性评估体系框架 Ａ 文献标志码只能采用人工或半自动的系统。此时，运营管理水平和 效率较低，运营、站务和设备运转尚未实现自动化。 进入２０世纪９０年代，随着计算机、自动控制系统、 通信网络特别是大型计算机监控系统技术的长足进步， 分立监控系统逐步被综合自动化监控系统代替。所谓 １６７２—６０７３（２０１０）Ｏｌ一００６３—０４ １ 研究背景 随着城市化进程的不断加快、城市人口的快速增 长和城市用地的日趋紧张，城市地面交通的拥堵状况 地铁综合自动化监控系统，是指地铁各专业自动化系统 采用统一的计算机硬件和软件平台，电力监控、设备监 控、行车调度监控和通信监控等子系统都建立在统一 越来越严重，促使地铁工程的开发和建设速度不断地 加快，以解决或缓解城市交通拥堵的问题。地铁作为 城市轨道交通的重要组成部分，其运量可达４万一６万 人／ｈ以上，同时具有快捷、舒适、安全、载客量大、无污 染和噪声小等优势，因此地铁是缓解城市交通紧张状 况的有效方式，已成为发达城市交通的主力军。 据报道，在中国内地３４个人口过百万的城市中， 约有３０个超大和特大城市正在建设或筹建自己的轨 道交通系统ｌ 。 的计算机网络平台上，由统一的软件系统支持＿２ Ｊ。 国外城市地铁的发展历史较长，发展规模较大，自 动化技术应用也较为成熟。目前，国外城市轨道交通 自动化系统已经发展到综合自动化系统的新阶段。例 如，西班牙毕巴巴额地铁、韩国的仁川地铁、汉城地铁７ 号线和８号线、法国巴黎地铁１４号线等，采用的都是 综合自动化系统；地铁将军澳线的机电设备和通 信系统、主控系统就是综合监控系统，新机场快线也采 用了综合自动化监控系统；墨西哥城地铁Ｂ线采用了 以机电设备综合监控系统为基础的与信号系统互连的 目前，我国已进人地铁建设的高峰期，将有更多的 地铁线路修建在地层条件复杂或建筑物、地下管线分 布密集的地区，从而增大了有关部门对地铁工程安全 管理和灾害控制的难度。 综合监控系统。一些著名的新线，如西班牙马德里地 铁、新加坡东北线，采用了更为现代化的综合自动化监 控系统。如今，综合自动化监控系统已成为国外诸多 轨道交通自动化系统中的主流 ３。 地铁综合监控系统是整个地铁系统可靠安全运行 的重要保障，因此研究适合于地铁综合监控系统的可 收稿Ｅｔ期：２００９・０９－１４ 作者简介：马克刚，男，硕士研究生，从事可靠性工程研究 ｔｏｎｙ１２３４５１＠１６３．ｃｏｍ 近年来，我国轨道交通自动化系统发展迅猛。改 革开放前，国内建成的地铁自动化系统大多是分立监 ＵＲＢＡＮ ＲＡＰＩＤ ＲＡＩＬ ＴＲＡＮＳＩＴ ６３ 都市快轨交通・第２３卷第１期２０１０年２月 控系统，而现在已开始适度采 …——…————地铁综合监控系统 ————————————————…—— 一一一一 ……一 ●＋＋一一一一一一一一一～一一一一一一一一一一 ●・ 各专业子系统 用综合自动化监控系统。上海 城市轨道交通明珠线在国内第 一１ ｒ一一一一 １………～…～…＿１ 全线车站ｌ及车辆站 ：次实现了将电力和环控两个 专业集成在一个平台上；深圳 地铁１号线在国内首次采用综 ｌ— ———————————————————————— ————————— — —— ——————．． ．———————— ————．．．————— ——————．。．．Ｊ 级监控层 车站级监控层 ｉ子系统自动化设备层 合自动化监控系统，将ＦＭＣＳ、 图１ 地铁综合监控系统体系结构 ＳＣＡＤＡ、ＦＡＳ这三个系统集成 在一起；广州地铁３号线和４号线已开始实施国内最 大的综合监控系统＿４ Ｊ。可以说，综合自动化监控系统 正成为国内城市轨道交通自动化系统的发展趋势。 由此可见，地铁综合监控系统具有很高的使用价 值，能在一定程度上有效解决传统监控系统存在的无 法全面共享信息、难以实现快速数据交换、维护工作量 大等诸多问题，已成为地铁监控系统的发展趋势。在 这种背景下，研究适合于地铁综合监控系统的可靠性 评估方法，对其进行可靠性分析，也是势在必行的。 ３ 系统可靠性评估体系框架的建立 地铁作为城市轨道交通的重要命脉，一旦发生事 故，轻则影响乘客出行，重则引起沿线大面积交通混 乱，造成极大的社会影响。因此，地铁的稳定可靠运行 就显得尤为重要。 地铁综合监控系统是一个大型的、地理上分散的 数据采集监控系统，几乎监控了地铁中所有的专业设 备，它通过对子系统进行高度集成或互连，集中管理监 控系统的运行情况，可实现资源共享和信息互通，支持 地铁现代化的运营管理。上述功能需求无疑对综合监 控系统提出了极高的可靠性要求，因此有必要对地铁 综合监控系统的可靠性进行系统性研究，防患于未然， 使各种风险所造成的损失降低到最低限度。 ３．１ 地铁综合监控系统的体系结构 地铁综合监控系统在硬件上采用分层分布的结构，由 级监控系统（ｃｅｎｔｒａｌ ｎｍｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＣＭＣＳ）、车站 级监控系统（ｓｔａｔｉｏｎ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＳＭＣＳ）和车辆段 监控系统（ｄｅｐｏｔ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＤＭＣＳ）３层组成 ｊ。 地铁综合监控系统通过通信骨干网将级监控 系统、车站级监控系统和车辆段监控系统３部分连为 一体。通信骨干网是一个地理上分散于各车站和车辆 段的广域网，是连接车站级监控网和级监控网的主 干，在地铁综合监控系统中处于极其重要的位置。选用 双环千兆位以太网作为系统骨干网，网络拓扑为环形， 遵从ＩＥＥＥ ８０２．３协议，数据传输达到１ ０００ Ｍｂｐｓ，能较 胃唾 ＵＲＢＡＮ ＲＡＰＩＤ ＡＲＩＬ ＴＲＡＮＳＩＴ 好地满足大型实时监控系统对网络的基本要求。地铁 综合监控系统的体系结构如图１所示。 级监控系统位于监控中心（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｅｎｔｅｒ，ＯＣＣ），以６４位Ｕｎｉｘ冗余实时服务器为 基础，包括冗余实时数据服务器、历史服务器、操作员 工作站、前端处理器（ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＦＥＰ）、外围设 备和级监控网等。地铁综合监控系统在监控 中心设立级监控网络，级监控网络的核心是 冗余配置的以太网交换机。 车站级监控系统、车辆段监控系统分别位于车站、 车辆段，以６４位Ｕｎｉｘ冗余实时服务器为基础，包括前 端处理器、车站／车辆段操作员工作站及外围设备、车 站／车辆段ＴＣＰ／ＩＰ局域网等。 为了减轻服务器的负担，实现分布式数据处理，所 有集成和互连的系统均统一接入综合监控系统的前端 处理器。前端处理器负责与相连系统进行周期数据巡 检和协议转换，定期查询各子系统的数据。按照规定 的协议，完成协议转换，将各种不同格式的实时数据转 换为地铁综合监控系统的内部数据对象格式，提交到 系统车辆段、车站级和实时服务器，同时向需要数 据的客户端提供实时数据。 ３．２ 系统可靠性评估的总体框架 建立地铁综合监控系统可靠性评估总体框架的步 骤如下：首先，从总体上进行全面系统的整体性框架研 究；然后，运用先拆分后整合的方法，也就是先对地铁 综合监控系统的各个部分进行全面系统的研究，再考 虑各部分之间的相互影响和相互作用，进行整个系统 的整合；最后，完成整个系统的建立＿ｏ Ｊ。 根据上述步骤建立的地铁综合监控系统可靠性评 估总体框架由７大部分构成，如图２所示。 ３．２．１ 系统综合评估结构 将地铁综合监控系统可靠性评估分为级监控 系统可靠性评估、车站级监控系统可靠性评估、车辆段 监控系统可靠性评估３部分。 地铁综合监控系统可靠性评估体系框架 ４ 专家咨询评估评价地铁综合监控系统 系统 级监控系统Ｋ ＝＝二］（通信骨干网 ＝＝ 车站／车辆段监控系统 ｌ…ｒ＝＝＝＝＝＝ ＝＝＝： ＝ ＝＝＝二；＝二＝ 二 一… 二二二寻二二二二 … 囱囱蜜 囱囱 窜国窿 评 估 技 ：离蒜 Ｉ可评靠估性 可 ｌｌ评靠估性 可ｌ ｌ评靠估性 可Ｉ Ｉ评靠估性 可ｌ ｌ评靠估性 可ｌ Ｉ评靠估性 ｌ隔惰 ｌ可评靠估性Ｉｌ ｌ可评靠估性 Ｉ— Ｉ可评靠估性 ｌ＝＝爿ｌ可评靠估性ｌＩ 术 支 持 系 统 综合监控系统可靠性综合评估 地铁综合监控系统可靠性的后评估与校验 ６ 一 一 ７ 地铁综合监控系统可靠性评估结果分析输出 图２地铁综合监控系统可靠性评估总体框架 ３．２．２ 系统可靠性评估模块 ３．２．５评估技术支持系统 该模块主要包括：冗余实时数据服务器评估模块、 该系统主要由可靠性评估准则、评估模型的对比 历史服务器评估模块、操作员工作站评估模块、前端处 分析和监测系统、已建工程经验数据库、已建工程经验 理器评估模块、外围设备评估模块、级监控网评估 数据库支持系统、工程技术标准、规范和评估评价系 模块、车站／车辆段操作员工作站评估模块、车站／车辆 统、经济评估评价系统构成；其主要功能包括：已建工 段ＴＣＰ／ＩＰ局域网评估模块等。该模块的主要功能包 程的经验数据库的建立、累加、修改，对评估评价数据 括：各部分的评估模型和评估数据体系的建立、修正、 进行随时的对比、分析、监测、评估评价，对进行评估评 对比、分析和计算，以及各部分在不同阶段的相互影响 价的系统进行工程技术、经济性评估评价等。 大小的评估评价等。 ３．２．６ 系统可靠性评估的后评估与校验 ３．２．３可靠性评估系统 该模块的主要功能是对地铁综合监控系统可靠性 该系统主要包括：对各模块可靠性的分析系统、各 评估的结果进行最终的综合评估和综合校验。 模块可靠性的综合评估系统、优先模块（故障发生概率 高的模块）的可靠性评估及甄别系统。该系统的主要 ３．２．７ 系统可靠性评估结果分析输出 该模块的主要功能包括：对地铁综合监控系统可 功能包括：对各模块的特性进行甄别和鉴定，对各种模 块进行综合分析、对比和评价，并形成系统的综合评估 靠性评估结果进行分析比对，排列各部分可靠性的优 结果。 先序及在各个阶段的弱化程度，按照可靠性评估结果， ３．２．４专家咨询评估评价系统 提出规避、减少故障发生的具体方案和措施。 该系统主要由专家评估评价模块、专家经验数据 ４结语 库、专家经验数据库支持系统构成；其主要功能包括： 地铁综合监控系统作为是一个高度集成的复杂联 专家经验数据库的建立、累加、修改，对评估评价数据 动系统，自动化程度高，运营安全，可靠性要求高，直接 进行随时的对比、分析、监测、评估评价，对专家评估评 影响到整个地铁系统的安全、稳定运营和乘客的生命 价模型的修改、修正等。 财产安全，因此对地铁综合监控系统进行可靠性分析 都市快轨交通・第２３卷第１期２０１０年２月 评估是非常有必要的。 理的研究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００６，２（１）：４７—５１． 笔者在分析地铁综合监控系统结构的基础上，研 ［３］Ｂｅｒｏｇｇｉ，（；ｉａｍｐｉｅｌ＿ｔ＇Ｅ．（ ．．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓＭｈｔｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ 究了适合于该系统的可靠性评估体系框架，说明了理 ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓ）ｓｔｅｌｔｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ． 论框架的系统组成，使其更具科学合理性和实用性，这 ２０００，７１（１３）：１７—３４． 对于地铁综合监控系统的进一步完善和整个地铁系统 ［４］湛维昭．地铁综合监控系统的集成模式［Ｊ］．都市快轨交 的安全、稳定运营都具有积极意义。 通，２００７，２０（４）：８２—８５． ［５］吴超．地铁综合监控系统可靠性评估方法研究［Ｄ］．西南 参考文献 交通大学，２００６． ［１］曾德容，赵华华，何正友．一种地铁综合监控系统安全性分 ［６］姚宣德，王梦恕．对地铁工程风险评估体系框架的研究 析方法研究［Ｊ］．中全科学学报，２００７，１７（８）：ｌＯ—ｌ５． ［Ｊ］．中全科学学报，２００５，ｌ５（８）：８８—９２． ［２］陈桂香，黄宏伟，尤建新．对地铁项目全寿命周期风险管 （编辑：郭洁） Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｒａｍｅ ｏｆ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｍｅｔｒｏ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍａ Ｋｅｇａｎｇ Ｍａ Ｘｉａｏｂｉｎｇ Ｚｈａｏ Ｙｕ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｔｒｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｂｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｔｒｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｌａｍｅ ｏｆ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔ Ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｎａｄ ｔｏ ｃｏｎｓｕｍｍａｔｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（ＩＳＣＳ）；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｓａｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｓｙｓｔｅｍ ｆｒａｍｅ 北京市积极推进轨道交通 投资组建北京地铁车辆装备有限公 高的。 司。自主研发的Ｂ型车已完成了车辆 摘编自ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｍｅｔｒｏ．ｎｅｔ Ｂ型车辆国产化 方案设计、车体钢结构设计、相关物料 ２０１０—０１—０４ ２００９年年末，北京地铁车辆装备有 采购和生产准备工作，正式启动了首 我国城市轨道交通车辆 限公司揭牌仪式隆重举行，和北京 节样车的试制生产，准备在２０１０年４ 市的有关领导出席仪式。 月完成２组样车试制及交验，并按照计 进军海外市场 划陆续交付房山线使用。 北京地铁车辆装备有限公司由北 我国的轨道交通制造企业不仅致 京市地铁运营有限公司车辆厂转制而 力于实现国产化，也积极进军海外市 来，始建于１９６０年。该公司１９８７年开 场。２００９年年末，中国北车长春轨道客 始修车，１９８９年开始造车，先后研制了 车股份有限公司与巴西里约地铁公司 采用凸轮调阻、斩波调阻、斩波调压、变 签订了总值约人民币ｌ１亿元的合同， 频调压技术共四大系列的城市轨道交 为巴西里约１Ａ线提供地铁车辆。该公 通车辆，完全掌握了国际最先进的地铁 司作为中国国内轨道车辆研发制造的 列车制造技术，形成了完备的自主研发 龙头企业，产品已出口到４Ｏ多个国家 近年来，北京市坚持把基础 体系和工业化生产体系。 和地区，在过去１０年中，出口地铁客车 设施建设放在城市建设的首位，确定 （徐鹏供稿） ４６１辆。而南车株洲电力机车有限公司 与土耳其伊兹密尔市签订了３．５ 公交优先的战略，大力发展轨道交 我国时速最高的Ａ型地铁 亿元人民币的轻轨列车销售订单，标志 通．城市轨道交通建设迅猛发展。按 照国家加快自主创新的精神，北京地 列车在上海投入运营 着中国自主知识产权铁路运输装备整 车产品，首次进入技术要求高的欧洲市 铁运营公司组织相关企业，积极推进 中国南车株洲电力机车有限公司 场。由此可见，城市轨道交通领域中的 地铁车辆国产化工作，在牵引及网络 宣布，该公司制造的一列最高时速达 中国品牌，正在凭借着崭新的技术走向 控制等核心技术方面取得重大突破， １００ ｋｍ的Ａ型地铁列车已经在上海轨 国际市场。 掌握了具有自主知识产权的地铁Ｂ型 道交通１１号线投入运营，这是目前国 摘编自ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｍｅｔｒｏ．ｎｅｔ 车的关键技术，具备了产业化条件，并 内开通运营的Ａ型地铁列车中时速最 ２００９・】２一Ｏ９ ｉ髑 ＵＲＢｆ ＡＮ ＲＡＰＩＤ ＰＡＩＬ ＴＲＡＮＳＩＴ
