通信杂志地铁综合监控系统数据信息量及服务器配置方式讨论

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　　【摘要】本文主要在论述地铁综合监控系统理论与实际信息数据量的基础上，分析西安地铁2号线数据存储处理典型问题，并对综合监控系统中央级以及车站级服务器配置方式进行讨论。综合监控系统信息传输，信息存储处理必须通过科学的设计，以及现代先进通信传输技术的应用，有效提高系统数据信息转发传输的实时性、可靠性和准确性，确保地铁运营、监控、维护等能够达到预期目标。

　　【关键词】综合监控系统,信息数据存储处理能力,中央级服务器,站点式分布服务器设置

　　1 综合监控系统概述

　　西安地铁2号线(简称地铁2号线)综合监控系统是一个具有多功能性的信息集成互联系统。综合监控系统采用集成、互联的方式将地铁2号线各关联子系统联接成一个有机的整体，形成统一的监控硬件平台和软件平台，从而实现对地铁主要弱电设备的集中监控和管理功能，实现对列车运行情况和客流统计数据的关联监视功能，最终实现相关各系统之间的信息共享和协调互动功能。综合监控系统使控制中心OCC通过综合监控软件平台完成地铁2号线各关联系统设备的信息的互联互通，大大提高了故障的处理效率，实现了跨专业的(各子系统)的信息共享和联动，为西安地铁2号线自动化调度管理提供了重要依据。

　　西安地铁2号线综合监控系统集成的主要接口系统有电力监控系统(PSCADA);环境与设备监控系统(BAS)、火灾自动报警系统(FAS)、屏蔽门(PSD);互联系统有：信号系统(SIG)、自动售检票系统(AFC)、广播系统(PA)、闭路电视监视系统(CCTV)、乘客信息系统(PIS)、综合网络管理系统(TNMS)、时钟系统(CLK)。综合监控系统(ISCS)的构建，为西安地铁2号线安全、可靠、经济、适用的运营提供了重要技术保障(如图1，2)。

　　2 综合监控系统数据量的计算

　　2.1 综合监控系统数据量的理论计算

　　综合监控系统网络通常分为骨干网和局域网两个层次。骨干网是连接车站和中央的主干传输网络，车站和车辆段的站级综合监控系统则由局域网构成，各局域网通过骨干网有机地形成整体，以满足系统的需求。综合监控系统的骨干网上传输的数据包括各接入系统用于监控和维修管理的实时数据，这些数据按类型可分为开关量(I/O数据)、模拟量和SOE量。由于综合监控系统的监控主要以I/O数据为主，模拟量和SOE量较少，对骨干网的带宽要求将基于实时监控的I/O数据量和维修数据量来估算。

　　综合监控系统传输数据以上行为主，下行的命令数据很少可以忽略不计。系统采用基于TCP/IP的以太网，TCP/IP是一组协议的总称，IP协议是包括TCP、UDP、FTP、SMTP等等，其中TCP适合文件传输，但不适合于实时数据传输，工业控制系统大多采用UDP协议。

　　以太网每个数据帧前导码8个字节，目的地址和源地址各6字节，数据长度2个字节，帧校验序列4个字节，数据46-1500个字节。必须的帧头尾开销共26字节。

　　IP协议需要20个字节的固定开销，采用UDP协议需要12个字节的固定开销。

　　对于I/O数据，每个点按2字节计算，每个信息包承载10个点，加上各层封装的开销，则每个包长度为：

　　L1=26+20+12+10×2=78byte=624bit

　　对于模拟量数据，每个点按10字节计算，每个信息包承载10个点，加上各层封装的开销，则每个包长度为：

　　L2=26+20+12+10×10=158byte=1264bit

　　对于SOE量数据，每个点按15字节计算，每个信息包承载10个点，加上各层封装的开销，则每个包长度为：

　　L3=26+20+12+15×10=208byte=1664bit

　　西安地铁2号线一期共17座车站，1座车辆段，2座主变共20座站点。综合监控系统总监控点数按34万点计算。其中按数字量约占总监控点数的85%，SOE量约占总数的12%，模拟量约占总数的3%计算。根据集中分布式监控数据的传输网链路容量估算公式：监控数据的传输网链路容量C=综合监控系统总监控点数×信息包长度/信息单向传递延时。

　　则数字量传输链路容量为：

　　C1=(340000×0.85÷10)×624÷0.5=36.1Mbps

　　则模拟量传输链路容量为：

　　C2=(340000×0.03÷10)×1264÷0.5=2.6Mbps

　　则SOE量传输链路容量为：

　　C3=(340000×0.12÷10)×1664÷0.5=13.4Mbps

　　此外由于综合监控系统传输数据还包括各相关系统维修信息应以事件触发的方式主动上传至维修中心，单个子系统的维修信息量不会超过5Mbps，同时考虑到大部分设备同时发生故障的可能性很小，因此各集成系统维修信息所需传输网链路容量c约为30Mbps。

　　综合监控系统传输链路总容量C=C1+C2+C3+c=82.1Mbps(监控数据链路容量C+维修信息所需链路容量c)。

　　2.2 西安地铁2号线综合监控数据量统计

　　西安地铁2号线综合监控系统中(典型车站服务器)各接口子系统点表信息如表1：

　　西安地铁2号线综合监控系统中(典型车站服务器)各接口系统数据点数量如表2：

　　从上述表中可以看出，按照地铁运营生产的实际需求，西安地铁2号线综合监控系统车站级服务器数据库数据点具有子系统分类多，设备信息点详细，数据量庞大等特点。

　　西安地铁2号线中央级综合监控系统单日数据信息量统计表如表3：

　　表3数据表明(上述数据量为随机提取7日内每日事件数据总量)，地铁2号线目前日数据信息量平均约为162139条。　　2.3 综合监控系统数据处理能力的主要问题

　　按照上述综合监控系统数据信息量的计算与实际的数据量统计分析，地铁2号线采用通信系统提供的独立信道(100Mbps)能够满足地铁2号线的信息传输需求。但综合监控系统功能的实现，一方面依赖于信息传输通道，另一方面取决于中央级以及车站级服务器和相关系统硬件，软件设备的信息存储处理能力，完成如故障信息报警，设备运行状态，趋势图等数据信息统计分析功能。按照现有的地铁2号线数据信息量进行计算，地铁2号线中央级综合监控系统磁盘阵列(容量为2.4T)实际存储周期为20天左右，设计存储周期为3个月。故中央以及车站级综合监控服务器数据信息存储处理能力可能因数据量过大成为全线综合监控系统数据传输、信息处理的瓶颈。目前西安地铁因此类问题出现的典型问题为：中央级或车站级综合监控服务器事件信息丢失问题。

　　中央级或车站级综合监控服务器事件丢失是指综合监控系统服务器(中央级，车站级)由于数据存储量超过系统软件设定的上限值(依据硬盘容量设定)而数据更新动作发生意外使综合监控系统所集成互联系统的数据信息只存储于车站级服务器内存中，无法进入中央级调度工作站，车站级工作站信息更新，出现工作站信息刷新不显示、不更新的故障现象。因车站综合监控服务器内存只能存储2个小时的接口系统的数据信息，故信息事件丢失故障会出现两种故障现象，其一为在2个小时内恢复数据更新动作，中央级以及车站级综合监控工作站能够恢复之前所有未刷新信息的显示。其二为在2个小时内未恢复数据更新动作，中央级以及车站级综合监控工作将永久丢失部分数据信息无法恢复。需进一步提高中央级以及车站级综合监控系统服务器数据传输、数据存储处理能力，满足地铁运营的实际需求。

　　3 综合监控系统服务器配置讨论

　　因综合监控系统中央级服务器，车站级服务器主要承担车站机电设备的数据传输、数据存储处理任务。故本次对中央级与车站级综合监控系统服务器配置进行讨论。

　　3.1 站点分布式服务器设置

　　所谓站点分布式设置方案就是指综合监控系统在各站点(含控制中心)皆设置实时服务器及分布式历史数据库，各站点被监控对象的实时监控数据都上传到相应站点的服务器中进行处理，并在本地历史数据库中进行存储和管理。在日常工作期间，如果车站工作站需要查询本区域范围内的数据，则只在本地调取相应区域数据库中的相关数据即可。如果网络上某个节点上的综合监控系统需要查询其它站点范围内的相关数据，则只须通过网络调取相应站点数据库中的相关数据即可。

　　控制中心作为一个特殊站点考虑，控制中心的实时服务器与车站服务器采用相同的配置。控制中心服务器负责对综合监控各互联系统的数据采集、报警分析、运算控制、事件记录等事务，并承担互联系统信息的存储和管理。此外，由于电力监控系统对实时响应要求较高，且站间联系较为紧密，因此将PSCADA数据接入控制中心服务器，各车站和车辆段接入的变电所综合自动化系统监控信息也实时传送至控制中心服务器进行集中处理、存储和管理，有利于对全线的变电所综合自动化系统信息的调用访问和显示，也便于控制中心电力调度人员对整个地铁供电系统进行统一调度。另外，为方便运营部门进行全线历史数据的统一集中管理，也可以在网络非繁忙期间，在指定时间内，将各站服务器存储的数据通过骨干网一次性汇总上传到中央服务器进行镜像备份。

　　站点分布式服务器设置方案具有如下特点：

　　(1)适合分布式的管理与控制。实现全局数据在本地录入、查询、维修，这时由于计算机资源靠近用户，可以降低通信代价，在涉及其它站点数据库中的数据只是少量的情况下，可以大大减少骨干网络上的信息传输量，此外，存取的数据在本地数据库中，在一定条件下提高了响应速度。

　　(2)系统经济，可靠性高，可用性好。与一个大型计算机支持一个大型的集中式数据库再加一些本地和远程终端相比，由超级微型计算机或超级小型计算机支持的分布式数据库系统往往具有更高的性价比、实施灵活性和较高可用性。由于数据分布在多个场地并有许多复制数据，在个别场地或个别通信链路发生故障时，不致于导致整个系统的崩溃，而且系统的局部故障不会引起全局失控。

　　(3)可扩展性好，易于扩充。与站点分布式服务器配置方案所匹配的分布式数据库技术可以非常方便的支撑对系统的扩展，可增加站点的情况下，通过增加分布式数据库的办法，迅速扩充已有的分布式数据库系统。这比重建一个大型数据库系统要简单，且节省了修改软件所需要的时间和费用。

　　(4)采用站点分布式设置的实时服务器，仅负担本站(控制中心)所辖范围内数据处理级存储业务，服务器负荷适中，且对传输网络的依赖性较小。由多个分布式服务器及小型数据库构成的系统对服务器性能要求较低，且有利于降低对系统服务器及数据库的投资。但该方案若采用传统的直接存储技术则需要所有站点服务器具备足够的存储容量，将增加了重复的存储成本投入。

　　3.2 中央集中与站点分布相结合的服务器设置

　　中央集中与站点分布式相结合的配置方案是指在各车站设置实时服务器，主要用于监控，负担本站所辖范围内的数据采集、报警分析、运算控制、事件记录等事务。车站不设历史数据库，数据以文件形式存储，历史数据的存储、整理、统计、分析等数据管理工作不在车站级实现。在中央设置全局的实时和历史服务器，全线所有站点的被监控对象的实时监控数据都通过综合监控系统骨干网传输传送到中央来进行集中处理、存储和管理。中央实时服务器性能要求需高于车站实时服务器。如果某个站点需要查询相关数据，则必须通过综合监控系统主干网络来远程调取中央全局历史数据库中的相关数据，传输网络的依赖性较大。该服务器配置方式有利于数据的多重保护和历史数据的集中管理，但系统投资较大，目前地铁建设较多采用此种方式。

　　综上所述，对于地铁线路长站点多以及综合监控系统接口系统多，接口数据量较大的情况，宜采用站点分布式服务器配置方案以缓解服务器数据存储处理符合，提高综合监控系统运行效率。

　　4 结束语

　　地铁2号线综合监控系统数据的高效转发共享是地铁综合监控自动化的重要组成部分，对地铁安全可靠、节能经济运营有着非常重要的影响。综合监控系统信息传输，信息存储处理必须通过科学的设计，以及现代先进通信传输技术的应用，有效提高系统数据信息转发传输的实时性、可靠性和准确性，确保地铁运营、监控、维护等能够达到预期目标。

　　参考文献：

　　[1]徐忠.地铁综合监控系统中的数据交互共享方案研究.信息安全与技术.2012年3月.