軌道交通監控系統聯(lián)動(dòng)模塊設計論文

　�。甭�(lián)動(dòng)的意義

　　綜合監控系統的聯(lián)動(dòng)是指包含多個(gè)子系統控制操作的流程管理功能。城市軌道交通的運營(yíng)管理主要通過(guò)綜合監控系統實(shí)現。綜合監控系統的重要職責包括以下５個(gè)方面［１］：１）維護全線(xiàn)路重要機電設備，保持設備良好運行。２）監控正常工況下機電設備按時(shí)間表運行。３）城市軌道交通每天運營(yíng)開(kāi)始及停運時(shí)的全線(xiàn)停送電，以及其他機電設備的啟動(dòng)。４）城市軌道交通正常運營(yíng)時(shí)圍繞運營(yíng)管理的聯(lián)動(dòng)功能。５）城市軌道交通運營(yíng)遇到火災、阻塞等異常情況下的緊急聯(lián)動(dòng)。上述的３）、４）、５）項均與聯(lián)動(dòng)相關(guān)。因此，綜合監控系統的聯(lián)動(dòng)功能在城市軌道交通運營(yíng)中發(fā)揮著(zhù)重要的作用。在城市軌道交通的運營(yíng)中，調度員的操作是規范化、流程化的。如果能夠將某個(gè)特定運營(yíng)場(chǎng)景執行的涉及多個(gè)子系統的一系列步驟變成一個(gè)聯(lián)動(dòng)，并且在綜合監控軟件中以程控的方式展現給調度員，那么調度員在操作時(shí)就可以避免因自身經(jīng)驗不足而造成的操作失誤，以便能更好地處理日常事務(wù)及災害情況下的緊急情況。依托綜合監控的聯(lián)動(dòng)功能，城市軌道交通可以有效地提高運營(yíng)管理的效率。為滿(mǎn)足用戶(hù)的聯(lián)動(dòng)需求，綜合監控系統的聯(lián)動(dòng)功能必需支持串行、并行和混合的執行方式，以及自動(dòng)、半自動(dòng)和人工觸發(fā)的觸發(fā)方式。聯(lián)動(dòng)中的每個(gè)控制動(dòng)作執行前需要判斷閉鎖邏輯；執行控制動(dòng)作后，需判斷事后邏輯。在聯(lián)動(dòng)執行過(guò)程中，調度員可以實(shí)時(shí)干預聯(lián)動(dòng)執行。

　�。玻遥裕玻保�ＩＳＣＳ綜合監控軟件平臺介紹

　�。遥裕玻薄�ＩＳＣＳ綜合監控軟件是由國電南瑞科技股份有限公司開(kāi)發(fā)的、擁有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)綜合監控軟件［２］。聯(lián)動(dòng)模塊的實(shí)現對綜合監控軟件平臺的實(shí)時(shí)性有很高的要求［３］。ＲＴ２１—ＩＳＣＳ綜合監控軟件平臺主要從以下入手提高系統的實(shí)時(shí)性：首先，對于實(shí)時(shí)性要求較高的子系統，如ＰＳＣＡＤＡ（電力監控與數據采集）和ＢＡＳ（環(huán)境與設備監控系統），ＲＴ２１—ＩＳＣＳ選擇在設備層進(jìn)行集成，以減少中間層，提高綜合監控系統的實(shí)時(shí)性［４］；其次，對于地域跨度非常大的軌道交通線(xiàn)路，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ采用車(chē)站分域自治的、車(chē)站和中心分層管理的架構，這樣不但可以提高系統的實(shí)時(shí)性，并且降低了聯(lián)動(dòng)實(shí)現的邏輯復雜性。最后，經(jīng)過(guò)測試，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ內部的響應時(shí)間滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求。

　�。耻浖�設計

　�。常�１整體設計

　�。常�１．１設計難點(diǎn)從軟件設計的角度開(kāi)發(fā)綜合監控系統聯(lián)動(dòng)功能有三個(gè)難點(diǎn)：１）對聯(lián)動(dòng)的模型建立需分為兩層，第一層是抽象聯(lián)動(dòng)的每一個(gè)步驟，然后在第一層的基礎上建立聯(lián)動(dòng)的模型。２）聯(lián)動(dòng)執行是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在運行時(shí)，聯(lián)動(dòng)步驟如何執行，是依賴(lài)當時(shí)的運營(yíng)場(chǎng)景的機電設備、乘客的情況等客觀(guān)條件。這些邏輯關(guān)系是多種多樣的，有簡(jiǎn)有繁，隨著(zhù)需求而不斷變化。另外，調度員對聯(lián)動(dòng)運行具有最高指揮權，因為執行控制動(dòng)作是有一定風(fēng)險的和責任的。３）聯(lián)動(dòng)包括聯(lián)動(dòng)定義工具、聯(lián)動(dòng)報告工具、聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ（人機界面）、聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序等，還要保證多個(gè)模塊之間的數據一致性和統一性。

　�。常�１．２聯(lián)動(dòng)建模聯(lián)動(dòng)的最小邏輯單元是子系統的一個(gè)最小的控制動(dòng)作。例如，在電力子系統的最小控制動(dòng)作通常是指遙控，在ＢＡＳ子系統中最小控制動(dòng)作是指ＰＬＣ（可編程邏輯控制器）的模式控制或者設備的單點(diǎn)控制（取決于綜合監控的ＢＡＳ子系統的控制設置）。在聯(lián)動(dòng)模塊中，使用“聯(lián)動(dòng)串”來(lái)表征每個(gè)子系統的最小控制動(dòng)作。聯(lián)動(dòng)串就是使用特定語(yǔ)法格式的字符串，它描述了最小控制動(dòng)作所需要的全部信息。以ＢＡＳ的一個(gè)ＡＯ（模擬量輸出）控制為例：某車(chē)站Ｂ端水泵房水泵轉速設置為１０００ｒ／ｍｉｎ，它的聯(lián)動(dòng)串為：ａｏ＿ｃｔｒｌｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ１０００。其中ａｏ＿ｃｔｒｌ是控制類(lèi)別，ｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ表征該點(diǎn)在實(shí)時(shí)庫中的位置信息，１０００是目標值。將相關(guān)的最小控制動(dòng)作按照一定的順序和相互關(guān)系聯(lián)接起來(lái)，以完成一個(gè)相對復雜的“功能”。簡(jiǎn)單的“功能”可以組合成更復雜的“功能”。聯(lián)動(dòng)就是一個(gè)“功能”外加若干屬性，比如聯(lián)動(dòng)類(lèi)型、觸發(fā)邏輯等。聯(lián)動(dòng)模塊采用多叉樹(shù)存儲聯(lián)動(dòng)。多叉樹(shù)的葉節點(diǎn)為子系統最小控制動(dòng)作，而非葉節點(diǎn)存儲“功能”。每個(gè)節點(diǎn)包含了該節點(diǎn)和同層的右兄節點(diǎn)的相互關(guān)系，以及執行前的閉鎖邏輯和執行后的事后邏輯。相互關(guān)系是指同層兩個(gè)節點(diǎn)是同時(shí)并行執行，還是先后串行執行。

　�。常�１．３動(dòng)作執行流程閉鎖邏輯是一個(gè)邏輯表達式，它的運算數是現場(chǎng)相關(guān)設備點(diǎn)的狀態(tài)。在該節點(diǎn)執行前，首先計算閉鎖邏輯表達式，只有計算結果為真時(shí)，該節點(diǎn)才能執行，否則跳過(guò)該節點(diǎn)或者結束整個(gè)聯(lián)動(dòng)。事后邏輯是指“動(dòng)作”執行失敗時(shí)的三個(gè)選項：聯(lián)動(dòng)繼續，自動(dòng)重做，人工干預。執行聯(lián)動(dòng)即按照先序遍歷的方法遍歷整個(gè)多叉樹(shù)。每個(gè)節點(diǎn)執行時(shí)，首先計算閉鎖邏輯；其次，如果是“動(dòng)作”則下發(fā)控制命令，如果是“功能”則遍歷其子節點(diǎn)；最后根據事后邏輯繼續執行。聯(lián)動(dòng)動(dòng)作執行流程見(jiàn)圖１所示。圖１聯(lián)動(dòng)動(dòng)作執行流程圖另外，當聯(lián)動(dòng)執行時(shí)，很多情況下需要調度員的人工干預�，F以廣州珠江新城ＡＰＭ（旅客自動(dòng)輸送系統）項目開(kāi)站聯(lián)動(dòng)為例：在執行打開(kāi)出入口卷閘門(mén)、開(kāi)啟上下行電扶梯及測試站臺屏蔽門(mén)動(dòng)作前，調度員必須使用ＣＣＴＶ（閉路電視）子系統查看現場(chǎng)的情況，確認沒(méi)有人員可能受到傷害時(shí)才能夠執行。這些步驟必須一步一步執行，即“單步執行”。而有些聯(lián)動(dòng)不需要人工干預，比如列車(chē)進(jìn)站聯(lián)動(dòng)。當列車(chē)到站時(shí)，站臺廣播、ＰＩＳ（乘客信息顯示系統）信息發(fā)布等步驟都是自動(dòng)執行，無(wú)需人工干預。此時(shí)，聯(lián)動(dòng)是自動(dòng)執行，即“多步執行”。更復雜的情況下，聯(lián)動(dòng)的某些步驟是“多步執行”，而某些步驟是“單步執行”。所以，調度員在執行聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要使用單步執行、多步執行，以及執行斷點(diǎn)、暫停和中止等功能。

　�。常�２程序實(shí)現聯(lián)動(dòng)模塊使用

　�。悖�＋語(yǔ)言和腳本語(yǔ)言，運用多線(xiàn)程技術(shù)，依托綜合監控平臺的實(shí)時(shí)數據庫、消息總線(xiàn)以及歷史數據庫服務(wù)。界面設計采用跨平臺ＧＵＩ（圖形用戶(hù)界面）Ｑｔ框架。聯(lián)動(dòng)模塊采用模塊化設計思想，由聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序、聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ、聯(lián)動(dòng)執行ＨＭＩ和聯(lián)動(dòng)報告ＨＭＩ等四部分構成。其中，聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序是整個(gè)聯(lián)動(dòng)模塊的核心，它串聯(lián)了各個(gè)應用的服務(wù)模塊與聯(lián)動(dòng)ＨＭＩ，負責聯(lián)動(dòng)觸發(fā)、聯(lián)動(dòng)執行，并且負責記錄每一次聯(lián)動(dòng)的執行情況。聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ是用戶(hù)錄入新的聯(lián)動(dòng)的人機交互程序。聯(lián)動(dòng)執行ＨＭＩ是用戶(hù)執行聯(lián)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)監視和控制聯(lián)動(dòng)的人機交互程序。聯(lián)動(dòng)報告ＨＭＩ是用戶(hù)查看和分析聯(lián)動(dòng)歷史信息的人機界面。聯(lián)動(dòng)模塊的架構示意見(jiàn)圖２所示。

　�。常�２．１聯(lián)動(dòng)后臺服務(wù)程序后臺服務(wù)程序采用多線(xiàn)程技術(shù)和遞歸的設計方法。當收到前臺啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)的申請時(shí)，就啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程執行該聯(lián)動(dòng)。多個(gè)聯(lián)動(dòng)同時(shí)執行其實(shí)就是多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執行。線(xiàn)程的執行函數是遞歸函數。當聯(lián)動(dòng)的多叉樹(shù)的第一層節點(diǎn)是非葉節點(diǎn)時(shí)，就啟動(dòng)同樣的線(xiàn)程來(lái)執行該“功能”。這樣，一個(gè)聯(lián)動(dòng)中的多個(gè)功能的并行執行也是通過(guò)多線(xiàn)程實(shí)現的。閉鎖邏輯和事后邏輯是一段腳本語(yǔ)言，腳本中的操作數取自實(shí)時(shí)庫。腳本語(yǔ)言語(yǔ)法簡(jiǎn)單，執行效率高。用戶(hù)在聯(lián)動(dòng)定義ＨＭＩ中根據邏輯要求編寫(xiě)腳本語(yǔ)言，定義閉鎖邏輯和事后邏輯。閉鎖邏輯和事后邏輯的腳本由公式計算動(dòng)態(tài)庫調用，并給出結果。

　�。常�２．２聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ是調度員使用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)的界面程序。聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ提供聯(lián)動(dòng)暫停、聯(lián)動(dòng)終止、單步運行、多步運行及多步斷點(diǎn)等功能。調度員可以靈活地控制聯(lián)動(dòng)的運行。聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ左側是聯(lián)動(dòng)列表，右側是聯(lián)動(dòng)執行區。調度員首先從左側聯(lián)動(dòng)列表中選擇欲執行的聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)執行區會(huì )彈出標簽；調度員在聯(lián)動(dòng)執行區可以看到聯(lián)動(dòng)的每一個(gè)節點(diǎn)的執行情況，包括動(dòng)作開(kāi)始、動(dòng)作成功、動(dòng)作失敗及失敗原因等。調度員可以使用運行ＨＭＩ提供的單步、多步、斷點(diǎn)、暫停以及中止功能來(lái)控制聯(lián)動(dòng)執行。

　�。常�２．３聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ是給綜合監控系統高級維護人員開(kāi)放的。在城市軌道交通運營(yíng)中，如果調度員總結出新的聯(lián)動(dòng)需求，那么就可以使用聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ錄入新的聯(lián)動(dòng)。聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ要兼顧綜合監控集成和互聯(lián)的各個(gè)子系統，并且要具備對用戶(hù)的友好性。聯(lián)動(dòng)模塊采用“動(dòng)作串”抽象各個(gè)子系統的單控動(dòng)作。動(dòng)作串的解析和錄入都由動(dòng)作解析動(dòng)態(tài)庫來(lái)負責。用戶(hù)使用聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ時(shí)，主要是拖拽和選擇操作。聯(lián)動(dòng)自定義ＨＭＩ提供聯(lián)動(dòng)模板、單控動(dòng)作模板和腳本模板，以簡(jiǎn)化用戶(hù)的輸入。圖３是廣播子系統的“聯(lián)動(dòng)串”自定義界面。圖３廣播子系統的聯(lián)動(dòng)串自定義界面在圖３中，當用戶(hù)選擇播放區域、播放次數、語(yǔ)音內容后，點(diǎn)擊“生成”按鈕就可以生成“聯(lián)動(dòng)串”了。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，語(yǔ)法相對復雜的“聯(lián)動(dòng)串”是透明的。另外，聯(lián)動(dòng)模塊支持在線(xiàn)自定義。聯(lián)動(dòng)模塊使用時(shí)標的技術(shù)，保證聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ與聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序的一致性。當聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ執行某聯(lián)動(dòng)時(shí)，發(fā)送給后臺服務(wù)程序的報文中含有聯(lián)動(dòng)的時(shí)標，后臺服務(wù)程序會(huì )將自己的時(shí)標與報文中的時(shí)標做對比，如果不相等則聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序拒動(dòng)，發(fā)送聯(lián)動(dòng)失敗報文給聯(lián)動(dòng)運行ＨＭＩ。

　�。常�２．４聯(lián)動(dòng)報告ＨＭＩ聯(lián)動(dòng)后臺服務(wù)程序將每個(gè)執行過(guò)的聯(lián)動(dòng)寫(xiě)入商用庫。用戶(hù)可以使用聯(lián)動(dòng)報告ＨＭＩ來(lái)讀取和分析聯(lián)動(dòng)的執行情況。

　�。唇Y語(yǔ)

　　聯(lián)動(dòng)模塊作為綜合監控的高級應用，體現了綜合監控的核心價(jià)值。在分析了多個(gè)城市軌道交通運營(yíng)需求的基礎上，基于國產(chǎn)ＲＩ２１—ＩＳＣＳ綜合監控平臺設計，實(shí)現了聯(lián)動(dòng)功能。ＲＴ２１系統的聯(lián)動(dòng)功能具有實(shí)時(shí)性、實(shí)用性、易用性以及開(kāi)放性。另外，聯(lián)動(dòng)功能在綜合監控平臺和數據挖掘等高級應用之間搭建了橋梁。例如，對綜合監控的歷史操作數據做數據挖掘，自動(dòng)生成日常管理聯(lián)動(dòng)和災害聯(lián)動(dòng)。此時(shí)數據挖掘的結果按照聯(lián)動(dòng)的表結構直接寫(xiě)入數據庫中供聯(lián)動(dòng)模塊使用，經(jīng)過(guò)聯(lián)動(dòng)自定義界面修改完善后，該聯(lián)動(dòng)就可以投入使用了。

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