地铁综合监控系统的数据流向及同步方法研究

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　　摘  要：地铁综合监控系统具有数据流量大，冗余度高，数据流向繁杂等特点，合理的数据流向及同步策略至关重要。文章结合福州地铁6号线ISCS系统架构，主要研究了地铁综合监控系统数据流向、冗余设计方案及数据同步方法。
　　关键词：地铁;综合监控;数据流向;数据同步
　　中图分类号：TP277         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）13-0146-03
　　Abstract： The integrated monitoring system of metro has Characteristics of big data flux， redundant and miscellaneous data flow direction， a reasonable data flux and synchronization strategy is very important. Based on the architecture of ISCS in Fuzhou Metro Line 6， this paper mainly studies the data flow direction， scheme of redundant design and method of data synchronization in integrated monitoring system of the subway.
　　Keywords： metro; integrated monitoring system; data flow direction; data synchronization
　　1 概述
　　地铁综合监控系统（ISCS）是通过集成或互联各主要的弱电系统（包括PSCADA、BAS、FAS、ACS、AFC、CCTV、PA、PIS、能源管理系统、安防等），搭建统一的软件及硬件平台，实现对地铁的关键弱电设备的统一管控，对列车的运行情况、客流统计数据进行集中监视，用以实现各相关系统之间的联动以及数据共享。鉴于ISCS集成或互联的专业数量较多，常规线路ISCS系统的数据处理已逾数百万点，数据流量较大，且系统冗余性较高，数据流向繁杂，因此合理的数据流向和数据同步策略对综合监控系统来说至关重要。本文结合福州市轨道交通6号线ISCS系统的实施情况分析ISCS系统数据流向及数据同步策略。
　　2 福州地铁综合监控系统架构
　　福州地铁6号线工程综合监控系统通过千兆骨干传输环网将中央级综合监控系统、车站级综合监控系统（含车站及场段）和相关的辅助子系统（包含培训系统、维护管理系统、仿真平台及网络管理系统等）串联起来，构成一个有机整体。全线综合监控系统按中央、车站两级调度管理，中央、车站、就地三级监控的方式设置，在控制中心设置中央级冗余服务器及调度工作站实现对全线机电设备的集中管控。各站点综合监控系统设置站级冗余服务器、值班员工作站实现对本站点及相邻半个区间的机电设备监控（图1）。
　　3 ISCS系统数据流向
　　3.1 实时数据流向
　　本项目ISCS采用大型分布式实时数据库作为整个系统的实时数据处理节点。实时数据库部署在中央级冗余实时服务器、车站冗余服务器、场段冗余服务器、DMS服务器、NMS服务器、TMS服务器、STP服务器等服务器中。ISCS系统实时数据流包含两部分：实时数据的上传及控制命令的下发（图2）。
　　3.1.1 实时上传数据流向
　　（1）部分子系统设备实时数据通过FEP传入对应实时服务器;另一部分子系统设备实时数据直接接入对应实时服务器，是否通过FEP接入通常取决于系统接口设计;（2）各级工作站直接从对应的实时服务器获取实时数据并进行显示;（3）中央历史服务器的实时数据历史来源于相对应中央实时服务器。
　　3.1.2 控制命令的下发数据流向
　　（1）车站工作站下发控制命令，经车站冗余服务器和车站FEP，下发至接口子系统控制器;（2）中心工作站下发控制命令，经中央冗余服务器至对应车站FEP，由车站FEP下发至接口子系统控制器，控制车站级设备;（3）中心工作站下发控制命令，经中央冗余服务器至中央FEP，下发至中央接口子系统控制器，控制中央级子系统接口设备。
　　3.2 历史数据流流向
　　本项目综合监控系统的站级不再独立设置历史服务器，所有的历史趋势数据、报警数据和事件数据初始时分别存储在控制中心/车站/车辆段的实时服务器，最终数据都将通过服务器到服务器的通讯传送至控制中心的历史服务器进行存档（图3）。
　　操作员通过客户端工作站的各类操作会作为历史事件记录，以本地文件的形式存储在工作站上，并通过程序转存至车站实时服务器数据库里，最终存储到中央历史服务器中;历史数据通过软件自带的转储程序存储在车站服务器上，再通过专用程序转存至中央历史服务器中。
　　对于站级3个月内的历史数据，ISCS以历史文件的形式存储在本地，并且可以通过查询工具进行数据查询。对于站级存储、查询3个月之前的历史数据以及中央级的存储、查询功能，可通过访问配置在中央冗余历史服务器上的历史数据库。历史数据库是一种高性能数据存档系统，用于有效地收集，存储和检索任何基于时间的信息。采集器从ISCS的实时服务器收集信息，采集完信息之后，數据采集器（通过API）把信息传送至历史数据库服务器。该服务器再把信息压缩并存储在归档数据库里。
　　在一个分布式环境中，如果采集器和历史数据库服务器之间通信发生中断，则远程数据采集器会自动地缓存收集到的各类数据。再次建立网络连接时，数据采集器会自动重新建立数据流并将所有缓存的数据发送到服务器。 　　4 ISCS数据同步
　　4.1 ISCS系统冗余结构
　　综合监控系统应用平台按系统结构可划分为子系统层、链路层、网络层以及应用层。
　　（1）子系统层冗余。所有接入ISCS的子系统，采用两路独立的信号线接入，且两路信号必须同时在线交换数据，以此保证子系统级数据的冗余切换不受上层的影响。
　　（2）链路层冗余。链路层的冗余功能由链路或其它通信模块实现，链路级由两台互为冗余的链路设备组成。在每一个数据采集周期内，各链路均独立对各子系统的数据进行采集和协议转换。在子系统通信的数据链路故障时，主链路检测到该故障后，即通过主备链路通信程序向备用链路请求该部分子系统数据。若备用链路也检测到该数据链路的故障，主链路即可判断出子系统故障同时向车站实时数据服务器发出告警信息。若备用链路中该子系统无故障状态，主链路将备用链路中的数据作为正常数据对外发布。对于主备链路而言，接入子系统的数据通信链路故障并不引起其主备切换。通过链路数据通信服务程序，冗余链路可以实现对外数据发布的一致性，即若某子系统连接到链路的两条数据链路中的其中任意一条发生故障，该链路仍然可以通过数据交换服务程序获得该子系统冗余数据链路上的数据，其所提供的数据也仍然有效。
　　（3）网络层冗余。整个ISCS网络均采用双环结构，作为常用的高级工业冗余网络系统结构，双环网络可保证较快的网络链路切换时间，且具有较强的容错能力，可允许交换机、链路、网卡等故障。综合监控主干网与设备环网都采用环网冗余技术实现设备环网与主干网的冗余连接。
　　（4）应用层冗余。应用层冗余是指服务器之间的冗余以及调度工作站的冗余。为有效实现应用级冗余，通信链路均采用国际标准协议，两路通信链路采用主备形式同时以该协议对外进行数据通信。站级实时服务器支持双网卡冗余链接，通过分别与两个链路相连，可以保证任一链路发生故障，都不影响该实时服务器进行数据采集及数据交换。此外，两台实时服务器之间通过监控平台自身的技术实现了冗余，当主实时服务器由于系统故障不能正常运行时，应用服务自动切换到另外一台正常服务器上运行，对监控工作站而言，任意时刻都能与服务器进行数据交换，保证了监控工作站的高可靠性和高可用性，实现系统的全冗余功能。
　　4.2 数据同步
　　ISCS平台的数据同步主要包含：实时数据同步、历史数据同步、报警数据同步、控制输出的唯一性等几个方面。主服务器作为监视和控制的唯一的数据源，网络上所有的工作站都必须通过主服务器进行监视和控制;备服务器保证同主服务器的数据同步。
　　4.2.1 实时数据的同步主要依靠驱动程序数据的同步来实现
　　两台互为冗余服务器同时从子系统采集数据，通信对象相同，所以通信数据完全一致。
　　4.2.2 中央冗余历史数据库实现中央历史数据的同步，在车站服务器节点上建立历史数据恢复的功能来实现历史数据的同步
　　（1）车站数据采集器具备冗余同步和数据缓存功能。
　　（2）如果车站服务器与历史服务器之间发生中断，车
　　站数据采集器会自动地缓存采集到的数据。当连接再次建立时，采集器会自动把所有缓存的数据发送到历史服务器。
　　（3）在一台车站服务器与网络连接丢失并且重建后，
　　在连续的数据中会有一段由于网络错误而引起的数据中断。此时，ISCS系统将检查故障服务器的数据完整性并从另一台服务器获取丢失的数据来恢复这段中断区域。
　　4.2.3 ISCS报警同步器实现报警的同步
　　在系统配置中为冗余服务器配置好冗余后，ISCS自动启动报警启动队列服务，该服务确保了在连接丢失和连接重建时报警不会丢失。同时同步报警确认，当主、备服务器都运行时，确保只需确认一次报警。
　　4.2.4 主服务器是唯一数据源，保证了控制输出的唯一性
　　在控制输出的时候，客户端的控制命令仅通过当前活动的服务器发送到子系统设备，非活动服务器仅接收数据，保证了控制输出是唯一的。
　　5 结束语
　　综合监控系统（ISCS）作为一个高度集成的综合管控平台，具有数据流量大，冗余度高，数据流向繁杂等特点，合理的数据流向和数据同步策略可优化ISCS系统结构，保证ISCS系统的稳定性，完善地铁系统的运营维护水平。
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