軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

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1聯(lián)動(dòng)的意義

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)是指包含多個(gè)子系統(tǒng)控制操作的流程管理功能。城市軌道交通的運(yùn)營管理主要通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要職責(zé)包括以下5個(gè)方面［1］：1）維護(hù)全線路重要機(jī)電設(shè)備，保持設(shè)備良好運(yùn)行。2）監(jiān)控正常工況下機(jī)電設(shè)備按時(shí)間表運(yùn)行。3）城市軌道交通每天運(yùn)營開始及停運(yùn)時(shí)的全線停送電，以及其他機(jī)電設(shè)備的啟動(dòng)。4）城市軌道交通正常運(yùn)營時(shí)圍繞運(yùn)營管理的聯(lián)動(dòng)功能。5）城市軌道交通運(yùn)營遇到火災(zāi)、阻塞等異常情況下的緊急聯(lián)動(dòng)。上述的3）、4）、5）項(xiàng)均與聯(lián)動(dòng)相關(guān)。因此，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能在城市軌道交通運(yùn)營中發(fā)揮著重要的作用。在城市軌道交通的運(yùn)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€(gè)特定運(yùn)營場景執(zhí)行的涉及多個(gè)子系統(tǒng)的一系列步驟變成一個(gè)聯(lián)動(dòng)，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(shí)就可以避免因自身經(jīng)驗(yàn)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(dòng)功能，城市軌道交通可以有效地提高運(yùn)營管理的效率。為滿足用戶的聯(lián)動(dòng)需求，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能必需支持串行、并行和混合的執(zhí)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(zhí)行前需要判斷閉鎖邏輯；執(zhí)行控制動(dòng)作后，需判斷事后邏輯。在聯(lián)動(dòng)執(zhí)行過程中，調(diào)度員可以實(shí)時(shí)干預(yù)聯(lián)動(dòng)執(zhí)行。

2RT21－ISCS綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)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(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)綜合監(jiān)控軟件［2］。聯(lián)動(dòng)模塊的實(shí)現(xiàn)對綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)的實(shí)時(shí)性有很高的要求［3］。RT21—ISCS綜合監(jiān)控軟件平臺(tái)主要從以下入手提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性：首先，對于實(shí)時(shí)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(jìn)行集成，以減少中間層，提高綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性，并且降低了聯(lián)動(dòng)實(shí)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(shí)間滿足實(shí)時(shí)控制的要求。

3軟件設(shè)計(jì)

3．1整體設(shè)計(jì)

3．1．1設(shè)計(jì)難點(diǎn)從軟件設(shè)計(jì)的角度開發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)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(chǔ)上建立聯(lián)動(dòng)的模型。2）聯(lián)動(dòng)執(zhí)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，在運(yùn)行時(shí)，聯(lián)動(dòng)步驟如何執(zhí)行，是依賴當(dāng)時(shí)的運(yùn)營場景的機(jī)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(dòng)運(yùn)行具有最高指揮權(quán)，因?yàn)閳?zhí)行控制動(dòng)作是有一定風(fēng)險(xiǎn)的和責(zé)任的。3）聯(lián)動(dòng)包括聯(lián)動(dòng)定義工具、聯(lián)動(dòng)報(bào)告工具、聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI（人機(jī)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(shù)據(jù)一致性和統(tǒng)一性。

3．1．2聯(lián)動(dòng)建模聯(lián)動(dòng)的最小邏輯單元是子系統(tǒng)的一個(gè)最小的控制動(dòng)作。例如，在電力子系統(tǒng)的最小控制動(dòng)作通常是指遙控，在BAS子系統(tǒng)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(shè)備的單點(diǎn)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(dòng)模塊中，使用“聯(lián)動(dòng)串”來表征每個(gè)子系統(tǒng)的最小控制動(dòng)作。聯(lián)動(dòng)串就是使用特定語法格式的字符串，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：某車站B端水泵房水泵轉(zhuǎn)速設(shè)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(biāo)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，以完成一個(gè)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(dòng)就是一個(gè)“功能”外加若干屬性，比如聯(lián)動(dòng)類型、觸發(fā)邏輯等。聯(lián)動(dòng)模塊采用多叉樹存儲(chǔ)聯(lián)動(dòng)。多叉樹的葉節(jié)點(diǎn)為子系統(tǒng)最小控制動(dòng)作，而非葉節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)“功能”。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含了該節(jié)點(diǎn)和同層的右兄節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)是同時(shí)并行執(zhí)行，還是先后串行執(zhí)行。

3．1．3動(dòng)作執(zhí)行流程閉鎖邏輯是一個(gè)邏輯表達(dá)式，它的運(yùn)算數(shù)是現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備點(diǎn)的狀態(tài)。在該節(jié)點(diǎn)執(zhí)行前，首先計(jì)算閉鎖邏輯表達(dá)式，只有計(jì)算結(jié)果為真時(shí)，該節(jié)點(diǎn)才能執(zhí)行，否則跳過該節(jié)點(diǎn)或者結(jié)束整個(gè)聯(lián)動(dòng)。事后邏輯是指“動(dòng)作”執(zhí)行失敗時(shí)的三個(gè)選項(xiàng)：聯(lián)動(dòng)繼續(xù)，自動(dòng)重做，人工干預(yù)。執(zhí)行聯(lián)動(dòng)即按照先序遍歷的方法遍歷整個(gè)多叉樹。每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行時(shí)，首先計(jì)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(jié)點(diǎn)；最后根據(jù)事后邏輯繼續(xù)執(zhí)行。聯(lián)動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行流程見圖1所示。圖1聯(lián)動(dòng)動(dòng)作執(zhí)行流程圖另外，當(dāng)聯(lián)動(dòng)執(zhí)行時(shí)，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(dòng)輸送系統(tǒng)）項(xiàng)目開站聯(lián)動(dòng)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(tái)屏蔽門動(dòng)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(rèn)沒有人員可能受到傷害時(shí)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(dòng)不需要人工干預(yù)，比如列車進(jìn)站聯(lián)動(dòng)。當(dāng)列車到站時(shí)，站臺(tái)廣播、PIS（乘客信息顯示系統(tǒng)）信息等步驟都是自動(dòng)執(zhí)行，無需人工干預(yù)。此時(shí)，聯(lián)動(dòng)是自動(dòng)執(zhí)行，即“多步執(zhí)行”。更復(fù)雜的情況下，聯(lián)動(dòng)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(dòng)時(shí)，需要使用單步執(zhí)行、多步執(zhí)行，以及執(zhí)行斷點(diǎn)、暫停和中止等功能。

3．2程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動(dòng)模塊使用

c＋＋語言和腳本語言，運(yùn)用多線程技術(shù)，依托綜合監(jiān)控平臺(tái)的實(shí)時(shí)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(jì)采用跨平臺(tái)GUI（圖形用戶界面）Qt框架。聯(lián)動(dòng)模塊采用模塊化設(shè)計(jì)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(zhí)行HMI和聯(lián)動(dòng)報(bào)告HMI等四部分構(gòu)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(yīng)用的服務(wù)模塊與聯(lián)動(dòng)HMI，負(fù)責(zé)聯(lián)動(dòng)觸發(fā)、聯(lián)動(dòng)執(zhí)行，并且負(fù)責(zé)記錄每一次聯(lián)動(dòng)的執(zhí)行情況。聯(lián)動(dòng)自定義HMI是用戶錄入新的聯(lián)動(dòng)的人機(jī)交互程序。聯(lián)動(dòng)執(zhí)行HMI是用戶執(zhí)行聯(lián)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制聯(lián)動(dòng)的人機(jī)交互程序。聯(lián)動(dòng)報(bào)告HMI是用戶查看和分析聯(lián)動(dòng)歷史信息的人機(jī)界面。聯(lián)動(dòng)模塊的架構(gòu)示意見圖2所示。

3．2．1聯(lián)動(dòng)后臺(tái)服務(wù)程序后臺(tái)服務(wù)程序采用多線程技術(shù)和遞歸的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)收到前臺(tái)啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)的申請時(shí)，就啟動(dòng)一個(gè)線程執(zhí)行該聯(lián)動(dòng)。多個(gè)聯(lián)動(dòng)同時(shí)執(zhí)行其實(shí)就是多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行。線程的執(zhí)行函數(shù)是遞歸函數(shù)。當(dāng)聯(lián)動(dòng)的多叉樹的第一層節(jié)點(diǎn)是非葉節(jié)點(diǎn)時(shí)，就啟動(dòng)同樣的線程來執(zhí)行該“功能”。這樣，一個(gè)聯(lián)動(dòng)中的多個(gè)功能的并行執(zhí)行也是通過多線程實(shí)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(shí)時(shí)庫。腳本語言語法簡單，執(zhí)行效率高。用戶在聯(lián)動(dòng)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(jì)算動(dòng)態(tài)庫調(diào)用，并給出結(jié)果。

3．2．2聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI是調(diào)度員使用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)的界面程序。聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI提供聯(lián)動(dòng)暫停、聯(lián)動(dòng)終止、單步運(yùn)行、多步運(yùn)行及多步斷點(diǎn)等功能。調(diào)度員可以靈活地控制聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行。聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI左側(cè)是聯(lián)動(dòng)列表，右側(cè)是聯(lián)動(dòng)執(zhí)行區(qū)。調(diào)度員首先從左側(cè)聯(lián)動(dòng)列表中選擇欲執(zhí)行的聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)執(zhí)行區(qū)會(huì)彈出標(biāo)簽；調(diào)度員在聯(lián)動(dòng)執(zhí)行區(qū)可以看到聯(lián)動(dòng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行情況，包括動(dòng)作開始、動(dòng)作成功、動(dòng)作失敗及失敗原因等。調(diào)度員可以使用運(yùn)行HMI提供的單步、多步、斷點(diǎn)、暫停以及中止功能來控制聯(lián)動(dòng)執(zhí)行。

3．2．3聯(lián)動(dòng)自定義HMI聯(lián)動(dòng)自定義HMI是給綜合監(jiān)控系統(tǒng)高級維護(hù)人員開放的。在城市軌道交通運(yùn)營中，如果調(diào)度員總結(jié)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(jiān)控集成和互聯(lián)的各個(gè)子系統(tǒng)，并且要具備對用戶的友好性。聯(lián)動(dòng)模塊采用“動(dòng)作串”抽象各個(gè)子系統(tǒng)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)庫來負(fù)責(zé)。用戶使用聯(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，以簡化用戶的輸入。圖3是廣播子系統(tǒng)的“聯(lián)動(dòng)串”自定義界面。圖3廣播子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)串自定義界面在圖3中，當(dāng)用戶選擇播放區(qū)域、播放次數(shù)、語音內(nèi)容后，點(diǎn)擊“生成”按鈕就可以生成“聯(lián)動(dòng)串”了。對于用戶來說，語法相對復(fù)雜的“聯(lián)動(dòng)串”是透明的。另外，聯(lián)動(dòng)模塊支持在線自定義。聯(lián)動(dòng)模塊使用時(shí)標(biāo)的技術(shù)，保證聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI與聯(lián)動(dòng)服務(wù)程序的一致性。當(dāng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI執(zhí)行某聯(lián)動(dòng)時(shí)，發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)程序的報(bào)文中含有聯(lián)動(dòng)的時(shí)標(biāo)，后臺(tái)服務(wù)程序會(huì)將自己的時(shí)標(biāo)與報(bào)文中的時(shí)標(biāo)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(bào)文給聯(lián)動(dòng)運(yùn)行HMI。

3．2．4聯(lián)動(dòng)報(bào)告HMI聯(lián)動(dòng)后臺(tái)服務(wù)程序?qū)⒚總€(gè)執(zhí)行過的聯(lián)動(dòng)寫入商用庫。用戶可以使用聯(lián)動(dòng)報(bào)告HMI來讀取和分析聯(lián)動(dòng)的執(zhí)行情況。

4結(jié)語

聯(lián)動(dòng)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(jià)值。在分析了多個(gè)城市軌道交通運(yùn)營需求的基礎(chǔ)上，基于國產(chǎn)RI21—ISCS綜合監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)功能。RT21系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能具有實(shí)時(shí)性、實(shí)用性、易用性以及開放性。另外，聯(lián)動(dòng)功能在綜合監(jiān)控平臺(tái)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(dòng)生成日常管理聯(lián)動(dòng)和災(zāi)害聯(lián)動(dòng)。此時(shí)數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果按照聯(lián)動(dòng)的表結(jié)構(gòu)直接寫入數(shù)據(jù)庫中供聯(lián)動(dòng)模塊使用，經(jīng)過聯(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。