軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動模塊設(shè)計論文
１聯(lián)動的意義
綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動是指包含多個子系統(tǒng)控制操作的流程管理功能。城市軌道交通的運營管理主要通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要職責包括以下５個方面［１］：１）維護全線路重要機電設(shè)備，保持設(shè)備良好運行。２）監(jiān)控正常工況下機電設(shè)備按時間表運行。３）城市軌道交通每天運營開始及停運時的全線停送電，以及其他機電設(shè)備的啟動。４）城市軌道交通正常運營時圍繞運營管理的聯(lián)動功能。５）城市軌道交通運營遇到火災(zāi)、阻塞等異常情況下的緊急聯(lián)動。上述的３）、４）、５）項均與聯(lián)動相關(guān)。因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動功能在城市軌道交通運營中發(fā)揮著重要的作用。在城市軌道交通的運營中，調(diào)度員的操作是規(guī)范化、流程化的。如果能夠?qū)⒛硞�特定運營場景執(zhí)行的涉及多個子系統(tǒng)的一系列步驟變成一個聯(lián)動，并且在綜合監(jiān)控軟件中以程控的方式展現(xiàn)給調(diào)度員，那么調(diào)度員在操作時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(zāi)害情況下的緊急情況。依托綜合監(jiān)控的聯(lián)動功能，城市軌道交通可以有效地提高運營管理的效率。為滿足用戶的聯(lián)動需求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動功能必需支持串行、并行和混合的執(zhí)行方式，以及自動、半自動和人工觸發(fā)的觸發(fā)方式。聯(lián)動中的每個控制動作執(zhí)行前需要判斷閉鎖邏輯；執(zhí)行控制動作后，需判斷事后邏輯。在聯(lián)動執(zhí)行過程中，調(diào)度員可以實時干預(yù)聯(lián)動執(zhí)行。
２ＲＴ２１－ＩＳＣＳ綜合監(jiān)控軟件平臺介紹
ＲＴ２１—ＩＳＣＳ綜合監(jiān)控軟件是由國電南瑞科技股份有限公司開發(fā)的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)綜合監(jiān)控軟件［２］。聯(lián)動模塊的實現(xiàn)對綜合監(jiān)控軟件平臺的實時性有很高的要求［３］。ＲＴ２１—ＩＳＣＳ綜合監(jiān)控軟件平臺主要從以下入手提高系統(tǒng)的實時性：首先，對于實時性要求較高的子系統(tǒng)，如ＰＳＣＡＤＡ（電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）和ＢＡＳ（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)），ＲＴ２１—ＩＳＣＳ選擇在設(shè)備層進行集成，以減少中間層，提高綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實時性［４］；其次，對于地域跨度非常大的軌道交通線路，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ采用車站分域自治的、車站和中心分層管理的架構(gòu)，這樣不但可以提高系統(tǒng)的實時性，并且降低了聯(lián)動實現(xiàn)的邏輯復(fù)雜性。最后，經(jīng)過測試，ＲＴ２１—ＩＳＣＳ內(nèi)部的響應(yīng)時間滿足實時控制的要求。
３軟件設(shè)計
３．１整體設(shè)計
３．１．１設(shè)計難點從軟件設(shè)計的角度開發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動功能有三個難點：１）對聯(lián)動的模型建立需分為兩層，第一層是抽象聯(lián)動的每一個步驟，然后在第一層的基礎(chǔ)上建立聯(lián)動的模型。２）聯(lián)動執(zhí)行是一個動態(tài)的過程，在運行時，聯(lián)動步驟如何執(zhí)行，是依賴當時的運營場景的機電設(shè)備、乘客的情況等客觀條件。這些邏輯關(guān)系是多種多樣的，有簡有繁，隨著需求而不斷變化。另外，調(diào)度員對聯(lián)動運行具有最高指揮權(quán)，因為執(zhí)行控制動作是有一定風險的和責任的。３）聯(lián)動包括聯(lián)動定義工具、聯(lián)動報告工具、聯(lián)動運行ＨＭＩ（人機界面）、聯(lián)動服務(wù)程序等，還要保證多個模塊之間的數(shù)據(jù)一致性和統(tǒng)一性。
３．１．２聯(lián)動建模聯(lián)動的最小邏輯單元是子系統(tǒng)的一個最小的控制動作。例如，在電力子系統(tǒng)的最小控制動作通常是指遙控，在ＢＡＳ子系統(tǒng)中最小控制動作是指ＰＬＣ（可編程邏輯控制器）的模式控制或者設(shè)備的單點控制（取決于綜合監(jiān)控的ＢＡＳ子系統(tǒng)的控制設(shè)置）。在聯(lián)動模塊中，使用“聯(lián)動串”來表征每個子系統(tǒng)的最小控制動作。聯(lián)動串就是使用特定語法格式的字符串，它描述了最小控制動作所需要的全部信息。以ＢＡＳ的一個ＡＯ（模擬量輸出）控制為例：某車站Ｂ端水泵房水泵轉(zhuǎn)速設(shè)置為１０００ｒ／ｍｉｎ，它的聯(lián)動串為：ａｏ＿ｃｔｒｌｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ１０００。其中ａｏ＿ｃｔｒｌ是控制類別，ｂａｓ．ｄｔ．［ａｏ］．ｂｄｓｂｆ．ｋｚｆｓ．ｖａｌｕｅ表征該點在實時庫中的位置信息，１０００是目標值。將相關(guān)的最小控制動作按照一定的順序和相互關(guān)系聯(lián)接起來，以完成一個相對復(fù)雜的“功能”。簡單的“功能”可以組合成更復(fù)雜的“功能”。聯(lián)動就是一個“功能”外加若干屬性，比如聯(lián)動類型、觸發(fā)邏輯等。聯(lián)動模塊采用多叉樹存儲聯(lián)動。多叉樹的葉節(jié)點為子系統(tǒng)最小控制動作，而非葉節(jié)點存儲“功能”。每個節(jié)點包含了該節(jié)點和同層的右兄節(jié)點的相互關(guān)系，以及執(zhí)行前的閉鎖邏輯和執(zhí)行后的事后邏輯。相互關(guān)系是指同層兩個節(jié)點是同時并行執(zhí)行，還是先后串行執(zhí)行。
３．１．３動作執(zhí)行流程閉鎖邏輯是一個邏輯表達式，它的運算數(shù)是現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備點的狀態(tài)。在該節(jié)點執(zhí)行前，首先計算閉鎖邏輯表達式，只有計算結(jié)果為真時，該節(jié)點才能執(zhí)行，否則跳過該節(jié)點或者結(jié)束整個聯(lián)動。事后邏輯是指“動作”執(zhí)行失敗時的三個選項：聯(lián)動繼續(xù)，自動重做，人工干預(yù)。執(zhí)行聯(lián)動即按照先序遍歷的方法遍歷整個多叉樹。每個節(jié)點執(zhí)行時，首先計算閉鎖邏輯；其次，如果是“動作”則下發(fā)控制命令，如果是“功能”則遍歷其子節(jié)點；最后根據(jù)事后邏輯繼續(xù)執(zhí)行。聯(lián)動動作執(zhí)行流程見圖１所示。圖１聯(lián)動動作執(zhí)行流程圖另外，當聯(lián)動執(zhí)行時，很多情況下需要調(diào)度員的人工干預(yù)。現(xiàn)以廣州珠江新城ＡＰＭ（旅客自動輸送系統(tǒng)）項目開站聯(lián)動為例：在執(zhí)行打開出入口卷閘門、開啟上下行電扶梯及測試站臺屏蔽門動作前，調(diào)度員必須使用ＣＣＴＶ（閉路電視）子系統(tǒng)查看現(xiàn)場的情況，確認沒有人員可能受到傷害時才能夠執(zhí)行。這些步驟必須一步一步執(zhí)行，即“單步執(zhí)行”。而有些聯(lián)動不需要人工干預(yù)，比如列車進站聯(lián)動。當列車到站時，站臺廣播、ＰＩＳ（乘客信息顯示系統(tǒng)）信息發(fā)布等步驟都是自動執(zhí)行，無需人工干預(yù)。此時，聯(lián)動是自動執(zhí)行，即“多步執(zhí)行”。更復(fù)雜的情況下，聯(lián)動的某些步驟是“多步執(zhí)行”，而某些步驟是“單步執(zhí)行”。所以，調(diào)度員在執(zhí)行聯(lián)動時，需要使用單步執(zhí)行、多步執(zhí)行，以及執(zhí)行斷點、暫停和中止等功能。
３．２程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動模塊使用
ｃ＋＋語言和腳本語言，運用多線程技術(shù)，依托綜合監(jiān)控平臺的實時數(shù)據(jù)庫、消息總線以及歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)。界面設(shè)計采用跨平臺ＧＵＩ（圖形用戶界面）Ｑｔ框架。聯(lián)動模塊采用模塊化設(shè)計思想，由聯(lián)動服務(wù)程序、聯(lián)動自定義ＨＭＩ、聯(lián)動執(zhí)行ＨＭＩ和聯(lián)動報告ＨＭＩ等四部分構(gòu)成。其中，聯(lián)動服務(wù)程序是整個聯(lián)動模塊的核心，它串聯(lián)了各個應(yīng)用的服務(wù)模塊與聯(lián)動ＨＭＩ，負責聯(lián)動觸發(fā)、聯(lián)動執(zhí)行，并且負責記錄每一次聯(lián)動的執(zhí)行情況。聯(lián)動自定義ＨＭＩ是用戶錄入新的聯(lián)動的人機交互程序。聯(lián)動執(zhí)行ＨＭＩ是用戶執(zhí)行聯(lián)動時，實時監(jiān)視和控制聯(lián)動的人機交互程序。聯(lián)動報告ＨＭＩ是用戶查看和分析聯(lián)動歷史信息的人機界面。聯(lián)動模塊的架構(gòu)示意見圖２所示。
３．２．１聯(lián)動后臺服務(wù)程序后臺服務(wù)程序采用多線程技術(shù)和遞歸的設(shè)計方法。當收到前臺啟動聯(lián)動的申請時，就啟動一個線程執(zhí)行該聯(lián)動。多個聯(lián)動同時執(zhí)行其實就是多個線程同時執(zhí)行。線程的執(zhí)行函數(shù)是遞歸函數(shù)。當聯(lián)動的多叉樹的第一層節(jié)點是非葉節(jié)點時，就啟動同樣的線程來執(zhí)行該“功能”。這樣，一個聯(lián)動中的多個功能的并行執(zhí)行也是通過多線程實現(xiàn)的。閉鎖邏輯和事后邏輯是一段腳本語言，腳本中的操作數(shù)取自實時庫。腳本語言語法簡單，執(zhí)行效率高。用戶在聯(lián)動定義ＨＭＩ中根據(jù)邏輯要求編寫腳本語言，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態(tài)庫調(diào)用，并給出結(jié)果。
３．２．２聯(lián)動運行ＨＭＩ聯(lián)動運行ＨＭＩ是調(diào)度員使用聯(lián)動功能時的界面程序。聯(lián)動運行ＨＭＩ提供聯(lián)動暫停、聯(lián)動終止、單步運行、多步運行及多步斷點等功能。調(diào)度員可以靈活地控制聯(lián)動的運行。聯(lián)動運行ＨＭＩ左側(cè)是聯(lián)動列表，右側(cè)是聯(lián)動執(zhí)行區(qū)。調(diào)度員首先從左側(cè)聯(lián)動列表中選擇欲執(zhí)行的聯(lián)動，聯(lián)動執(zhí)行區(qū)會彈出標簽；調(diào)度員在聯(lián)動執(zhí)行區(qū)可以看到聯(lián)動的每一個節(jié)點的執(zhí)行情況，包括動作開始、動作成功、動作失敗及失敗原因等。調(diào)度員可以使用運行ＨＭＩ提供的單步、多步、斷點、暫停以及中止功能來控制聯(lián)動執(zhí)行。
３．２．３聯(lián)動自定義ＨＭＩ聯(lián)動自定義ＨＭＩ是給綜合監(jiān)控系統(tǒng)高級維護人員開放的。在城市軌道交通運營中，如果調(diào)度員總結(jié)出新的聯(lián)動需求，那么就可以使用聯(lián)動自定義ＨＭＩ錄入新的聯(lián)動。聯(lián)動自定義ＨＭＩ要兼顧綜合監(jiān)控集成和互聯(lián)的各個子系統(tǒng)，并且要具備對用戶的友好性。聯(lián)動模塊采用“動作串”抽象各個子系統(tǒng)的單控動作。動作串的解析和錄入都由動作解析動態(tài)庫來負責。用戶使用聯(lián)動自定義ＨＭＩ時，主要是拖拽和選擇操作。聯(lián)動自定義ＨＭＩ提供聯(lián)動模板、單控動作模板和腳本模板，以簡化用戶的輸入。圖３是廣播子系統(tǒng)的“聯(lián)動串”自定義界面。圖３廣播子系統(tǒng)的聯(lián)動串自定義界面在圖３中，當用戶選擇播放區(qū)域、播放次數(shù)、語音內(nèi)容后，點擊“生成”按鈕就可以生成“聯(lián)動串”了。對于用戶來說，語法相對復(fù)雜的“聯(lián)動串”是透明的。另外，聯(lián)動模塊支持在線自定義。聯(lián)動模塊使用時標的技術(shù)，保證聯(lián)動運行ＨＭＩ與聯(lián)動服務(wù)程序的一致性。當聯(lián)動運行ＨＭＩ執(zhí)行某聯(lián)動時，發(fā)送給后臺服務(wù)程序的報文中含有聯(lián)動的時標，后臺服務(wù)程序會將自己的時標與報文中的時標做對比，如果不相等則聯(lián)動服務(wù)程序拒動，發(fā)送聯(lián)動失敗報文給聯(lián)動運行ＨＭＩ。
３．２．４聯(lián)動報告ＨＭＩ聯(lián)動后臺服務(wù)程序?qū)⒚總�執(zhí)行過的聯(lián)動寫入商用庫。用戶可以使用聯(lián)動報告ＨＭＩ來讀取和分析聯(lián)動的執(zhí)行情況。
４結(jié)語
聯(lián)動模塊作為綜合監(jiān)控的高級應(yīng)用，體現(xiàn)了綜合監(jiān)控的核心價值。在分析了多個城市軌道交通運營需求的基礎(chǔ)上，基于國產(chǎn)ＲＩ２１—ＩＳＣＳ綜合監(jiān)控平臺設(shè)計，實現(xiàn)了聯(lián)動功能。ＲＴ２１系統(tǒng)的聯(lián)動功能具有實時性、實用性、易用性以及開放性。另外，聯(lián)動功能在綜合監(jiān)控平臺和數(shù)據(jù)挖掘等高級應(yīng)用之間搭建了橋梁。例如，對綜合監(jiān)控的歷史操作數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)挖掘，自動生成日常管理聯(lián)動和災(zāi)害聯(lián)動。此時數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果按照聯(lián)動的表結(jié)構(gòu)直接寫入數(shù)據(jù)庫中供聯(lián)動模塊使用，經(jīng)過聯(lián)動自定義界面修改完善后，該聯(lián)動就可以投入使用了。
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