USST_Arts_117200909综合监控在地铁运营管理中的应用研究

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3.0 赵德峰 2024-11-11 7 4 2.76MB 69 页 15积分

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综合监控在地铁运营管理中的

应用研究

摘要

城市地铁已经成为城市公共交通的主题，在城市居民日常出行方式中占着越来

越重要的地位。现代城市地铁运营有高负荷、大客流、技术设备复杂和专业性强的

特点，地铁综合监控系统以计算机技术、网络技术、自动化技术和信息技术实现对

机电设备的实时集中监控和各系统之间协调联动，同时将中央调度人员各车站的监

控信息汇集在一起，通过图形化人机界面，进行各种运营和操作管理，保障地铁的

安全有效运行。目前，我国在监控系统的设计、安装和运行经验不足，多数的监控

系统实施并不理想，存在许多管理上的漏洞，因此有针对性地探讨地铁综合监控系

统在地铁运营管理中的科学使用具有非常重要的作用。

本文根据国内外轨道综合监控系统应用的现状，结合某市地铁综合监控系统的

实际，对如何有效运用监控系统消除地铁运营中的故障，提高地铁运行的可靠性进

行研究，主要工作体现在：

1. 针对地铁运营管理的特点着重分析了综合监控主要服务对象

2. 分析地铁监控系统可能出现的故障和风险事故，根据每种事故设计了消除故障

的作业流程

3. 对综合监控的可靠性进行了分析和建模，提取关键因素，在进一步分析了综合

监控在车站日常运营管理中所涉及的冗余方法后，提出解决工作站、服务器和

FEP（FEP，Front End Processor）在内的应用级冗余方法

4. 对某市轨道交通一号线运营的监控管理进行了案例研究，案例说明，通过综合

监控系统管理，地铁运营的风险管理能力有效提高，故障处置时间大幅减少，

管理流程得以简化，管理流程得以简化，效率得到极大提升

关键词：综合监控风险管理地铁运营管理冗余方法

ABSTRACT

Metro has become the theme of urban public traffic. It occupies an increasingly

important position in urban residents' daily travel. Modern urban metro operation

has features with high load, large passenger flow, complicated technical equipment and

h i g h l y s p e c i a l i z e d. Th e m e t r o I S C S (I n t e g r a t e d S u p e r v i s o r y C o n t r o l

S y s t e m) u s e s c o m p u t e r t e c h n o l o g y, n e t w o r k t e c h n o l o g y, a u t o m a t i o n t e c h n o l o g y a n d

i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y t o a c h i e v e r e a l - t i m e c e n t r a l i z e d m o n i t o r i n g o f

e l e c t r o m e c h a n i c a l e q u i p m e n t , a n d t o a c h i e v e s y s t e m s c o o r d i n a t i o n

lin kage. At the same tim e, the c e n t r a l disp a t chers c o l l ect a l l t he stat ions' moni to r i n g

i n f o r m a t i o n t o g e t h e r , a n d p e r f o r m v a r i o u s o p e r a t i o n s a n d m a n a g e m e n t t h r o u g h a

g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e , s o a s t o p r o t e c t t h e m e t r o ' s s a f e a n d e f f e c t i v e

operation. At present, we are lack of experience in metro ISCS' design, installation and

o p e r a t i o n , t h e m a j o r i t y o f t h e I S C S ' i m p l e m e n t a t i o n a r e n o t i d e a l , t h e r e a r e m a n y

loopholes in the management, therefore, it plays a very important role in discussing the

m e t r o I S C S ' p r o p e r o p e r a t i o n a n d m a n a g e m e n t i n a t a r g e t e d

manner.

The paper start s from studying the ISCS cu rrent application status at home and

broad, then, it gives a case of a certain city which the ISCS is now using in metro’s daily

o p e r a t i o n . I t i s f o c u s o n s t u d y i n g h o w t h e I S C S e l i m i n a t e o p e r a t i o n f a i l u r e s a n d

improve the operation reliability. The main work of this paper is as follows:

1、A c c o r d i n g t o t h e m e t r o ' s o p e r a t i o n a n d m a n a g e m e n t f e a t u r e s ,

the paper focus on analyzing the main targets which ISCS services for.

2、T h e pa p er a n a ly z e s t h e m al f u n c ti o n an d r i s k a c c id e n t w h i c h m a y oc c u r in

metro ISCS, and then, according to each accident, it designs corresponding work

processes to eliminate faulty processes.

3、The paper analysis the reliability of ISCS , then , builds a model for it. Form

that, it find the key factor. After further analyzing of the ISCS’ redundancy function of

application level in the metro daily operation and management, it presents a application

l e v e l r e d u n d a n c y p r o g r a m o f I S C S , w h i c h i s b a s e d o n F E P ( F r o n t E n d

Processor), workstation, server's redundancy.

4、The paper takes the implementation and operation of ISCS which being used in

metro line 1 of a certain city for example. This case proves that, when using ISCS in the

metro, it indeed greatly improves the risks' management, significantly reducing the fault

h a n d l i n g t i m e , s h o r t e n t h e m a n a g e m e n t p r o c e s s e s , e n h a n c e t h e

efficiency.

K e y w o r d s: I n t e g r a t e d S u p e r v i s o r y C o n t r o l S y s t e m，R i s k

M a n a g e m e n t， M e t r o O p e r a t i o n M a n a g e m e n t，

Redundancy methods

目  录
中文摘要
ABSTRACT
第一章  绪 论........................................................1
1 课题背景与意义...............................................1
1.1 课题背景................................................1
1.2 课题意义................................................2
2 国内外研究现状...............................................2
2.1 地铁运营管理中的综合监控系统应用........................2
2.2 地铁运营风险管理中的综合监控应用........................3
2.3 综合监控可靠性分析与管理................................4
2.4 综合监控系统的冗余方法..................................5
3 论文主要内容.................................................5
4 论文框架安排.................................................7
第二章  地铁综合监控系统相关理论.....................................8
1 地铁运营与风险...............................................8
2.1 风险管理的内容..........................................9
2.2 地铁运营风险管理.......................................10
2.3 地铁运营风险管理特点...................................12
3 综合监控理论................................................13
3.1 监控系统概述...........................................13
3.2 综合监控系统的集成方式.................................15
4 冗余理论....................................................16
4.1 冗余方法...............................................16
4.2 工作冗余方法...........................................16
4.3 后备冗余方法...........................................16
4.4 其他冗余方法...........................................17
第三章  地铁综合监控现状分析........................................18
1 地铁运营管理现状............................................19
1.1 国内地铁运营管理.......................................19
1.2 香港地铁运营管理.......................................20
1.3 地铁运营管理体系.......................................23
2 地铁风险管理现状............................................24
2.1 国际地铁运营安全管理...................................24
2.2 典型城市地铁运营安全管理...............................28
3 地铁运营安全分析............................................30
3.1 地铁运营安全存在问题...................................30
3.2 地铁运营安全对策.......................................31
3.3 地铁运营安全的综合监控设置.............................32
第四章  地铁运营中的综合监控应用....................................34

1 地铁综合监控设置............................................34
1.1 管理对象...............................................36
1.2 应用范围...............................................37
2地铁运营管理中的应用.........................................38
2.1 地铁维护管理中的应用...................................38
2.2 地铁日常运营中的应用...................................39
2.3 应对风险的管理设计.....................................39
3综合监控系统可靠性...........................................43
3.1 综合监控可靠性.........................................44
3.2 可靠性分析模型.........................................46
3.3 可靠性设置.............................................49
第五章  应用案例——某市地铁一号线综合监控应用......................51
1 案例背景介绍................................................51
2 综合监控应用设计............................................52
3综合监控可靠性设计...........................................54
3.1 工作站的冗余设计.......................................54
3.2 服务器的冗余设计.......................................54
3.2 FEP的冗余设计..........................................55
4 案例评价....................................................58
4.1分级管理模式............................................58
4.2可靠性..................................................60
4.3降级管理应用............................................60
第六章  结论与展望..................................................62
1 结论........................................................62
2 展望........................................................63
附录：..............................................................64
附录一：符号说明和缩写定义......................................64
附录二：地铁运营管理典型用表....................................66
参考文献............................................................73

参考文献

第一章绪论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 课题背景

当前，我国处于城市轨道交通大规模建设时期，现代轨道运营有高负荷、大客

流的特点，其运营管理要求能够有个自动化系统提供可实现信息互通的，以及资源

共享的平台，来监控轨道运营和使用中的各系统设备运行状况，以符合运营安全需

要。通过借鉴各地轨道成功的系统集成经验，纷纷在自己的轨道项目加入综合集成

的技术，建设综合监控系统，实现企业的减员增效、节能减排和安全生产等效果。

通过综合监控系统的软硬平台，能够方便有效地监控和管理整条轨道交通线路机电

运营辅助等系统的运作情况，另外，还可以将中央调度人员和车站值班人员所关心

的监控信息汇集在一起，通过图形化人机界面，在功能强大的软件开发平台的支持

下，来进行各种运营和操作管理，最终目的实现了各底层机电系统之间的信息共享

和协调互动，由此获得地铁运营管理和自动化水平的更新与提高。

随着地铁在城市居民日常出行方式中占着越来越重要的地位，地铁一旦出现运

营事故或设备故障导致运营中断，会给城市居民正常的生活造成混乱，社会影响极

坏，这也导致城市政府高层管理者对地铁运营状况极其重视，地铁管理人员经常需

向政府高层管理人员直接汇报工作，给地铁的安全运营带来非常大的压力、对地铁

的运营管理工作提出了更高的要求。

综合监控系统（Integrated Supervision and Control System：ISCS）深度集成了

火灾报警系统、环境与设备监控系统、门禁控制系统和电力监控系统等子系统，能

大量地减少地铁设备的维护工作量、保护设备正常运行，提高了地铁运营的安全系

数，大量精简工作人员，减少运营管理层次，提高事故响应速度，有极大的经济价

值和社会效益。另外，综合监控集成使得地铁运营信息的获取更为完整和便捷，各

系统间信息交互带来整个地铁自动化程度的进一步提高，相应也带来运营管理人员

对辅助决策能力的提高，统一的软硬件平台使得自动化系统使用和维护效率提高，

从而降低了建设和运营成本[1]。

综合监控系统还具有系统覆盖范围广、稳定性要求高的特点，由于涉及到运营

安全，故还要求有一定的系统冗余备份能力，以保证在任何情况下，特别是轨道灾

害发生时，能够联动相应的互联系统，及时疏散车站内的人员，保护人民的生命财

产安全。冗余方法在车站环控模式管理，日常运营管理，平行运营管理，组群运营

管理，降级运营管理，线网运营管理等等运营管理模式中，都有着举足轻重的重要

作用。

1.1.2 课题意义

本课题研究意义在于：通过对综合监控的研究和其在地铁运营管理方面的应用

可以促进建设者、设计者和管理者从方案规划、投资建设、人员配置、管理流程和

制度匹配上提高城市轨道交通管理水平和效率。另外，本文对综合监控系统做可靠

性分析，找出关键因素，从而在地铁日常运营管理中加强反馈，突出管理重点、提

高了整个地铁运营管理的稳定性和安全性，让地铁运营管理和技术实施手段相互促

进，逐渐提高管理水平和技术实施水平。

在公共安全日益重要和受到关注的今天，通过综合监控手段来促进地铁运营管

综合监控在地铁运营管理中的应用研究

理安全，推动地铁运营管理部门建立与综合监控功能相配套的维护、管理体系，站

在整体优化的高度、制定与先进技术相适应的运营管理新体制，发挥综合监控系统

在精简人员编制、提高管理效率、节能减排、促进安全生产和增强处置能力等方面

的优势

1.2 国内外研究现状

最近10年来，我国进入轨道建设的高潮期，各地纷纷在其轨道建设中加入了综

合监控系统，这也引发了各界对综合监控系统研究和应用的热潮，不断有众多的学

者、工程技术人员和管理人员对综合监控技术的各个方面进行了深入的研究和分析

其研究发展状况如下：

1.2.1 地铁运营管理中的综合监控系统应用

徐杰，贾利民（2007）根据综合监控各子系统的现状和特征，规划了城市轨道

交通综合监控系统的总体框架，提出整个系统由中央级和车站级综合监控系统组成

的分层管理模式。根据车站级综合监控的功能，应用异构数据源提取技术、分布式

组件技术、XML技术、元数据技术和工业控制接口技术，提出了实现车站级综合

监控系统的具体方法和步骤[2]。

程朋胜，李建波等人（2011）针对轨道综合监控系统中用户和权限集中管理的

需求，设计了一种基于“操作区”和“控制权”的角色型用户管理模式，并且给出

其主要功能模块的实现机制。吴坚等人（2012）在分析轨道交通区域化维护管理需

求的基础上，提出了基于综合监控平台的轨道交通维护管理系统设计方案，并给出

了典型系统结构和功能要求，提出了先期建设区域管理系统的项目分步实施路线。

张世勇、张国华（2011）对轨道通风系统进行了数学分析，发现环控系统的耗能约

为地下线能耗的30%以上，在分析了地下车站的能耗数据基础上，提出了空调系统

智能控制模式在综合监控中的应用，设计了空调系统智能控制模块，为轨道的节能

运营提供了数据依据[3]。

程媛（2011）对区域式构成方案的区域划分原则、数据流处理、降级运行模式

进行分析，给出了工程中的可行的解决方案，在系统设计中对用户需求、发挥区域

式构成方案提出了较高的要求。林广利（2011）基于公共交通系统的公共安全优先

的理念，结合综合监控系统的构成和特点对其进行全面的功能分析，并进一步从综

合监控决策层、数据数据共享层、监控数据接入层三个结构层面进行枢纽综合监控

系统的结构设计，实现了枢纽综合监控系统中央级、二级节点系统以及现场级系统

之间的集成，为综合监控系统的设计实施提供了依据[4]。

上述研究工作探讨了地铁运营管理中的综合监控系统应用，对提高地铁综合监

控的运营、管理和实施有一定的指导作用，但对于综合监控而言，各地的运营管理

模式、建设模式和设计思路均不相同，他们的研究基本是针对特定的地铁线路，在

现在综合监控系统大量建设的今天，已经无法提供全面的参考，现在需要有人对综

合监控系统的实施、运营管理做一个综合全面的分析，为管理人员提供有益的指导

[5,6]。

1.2.2 地铁运营风险管理中的综合监控应用

黄宏伟、叶永峰等人（2008）对国内外轨道交通通车里程和在建里程进行统计

对国际重大地铁事故进行简单统计分析研究了地铁安全风险事故的主要原因。在此

基础上，对地铁运营安全风险管理的特点进行了研究，介绍了国内外大型城市地铁

运营的典型风险管理模式，地铁运营过程中的风险管理特点和现状，指出了目前国

参考文献

内地铁运营风险管理中存在的主要问题，并针对其中的问题提出了具体的建设性意

见[7]。

王洪德等人（2011）为了客观评价地铁运营安全状况，克服传统安全评价方法

不能同时考虑信息的确定性和不确定性问题，针对影响地铁运营安全管理的不确定

性因素多、随机性大的特点，提出了基于集对分析的地铁运营安全评价。该评价方

法可为地铁运营系统安全隐患排查、安全技术及管理措施的制定提供了技术上的保

障，提高了评价结果的客观性和科学性[8]。

周桔红等人（2012）利用城市轨道交通综合监控系统的跨专业平台，监控信息

庞大的特点，着重数据采集、统计和综合分析各种地铁设备的能耗数据，结合行业

内最新物理设备节能技术，打破各专业单独管理模式，为城市轨道交通运营方面提

供更加信息化、综合化、精细化的能耗管理方案[9]。

陆莹等人（2010）利用贝叶斯网络构建了事故的致因关系，由此量化了地铁运

营安全风险并识别相关风险的关键事件，从组织、人因错误的角度出发，同时，基

于模糊集理论，利用模糊语义及积分值法量化基本事件的条件概率。通过这些研究

可以表明，地铁运营安全风险预测利用模糊贝叶斯网络算法是可行的，地铁系统目

前的安全状况可以通过该方法计算得到一定范围内的风险概率。敏感性分析结果显

示，车轴温度过高引起的敏感性因子最大，是引起火灾风险的关键事件。在引起这

个关键事件的顶事件中，现场管理更为重要，因此加强现场运营管理能够更加有效

地降低事故发生的概率[10]。

Marsh W，Bearfield G（2010）将贝叶斯网络方法应用于英国铁路运营事故分

析模型中，得出了需要在铁路运营管理时需要特别关注和加强的因素。对铁路的运

营和维护管理有较好的指导作用[11]。

对于地铁的运营管理来说，其运营效率、运营风险控制是涉及到很多个方面，

上述研究论文没有指出地铁的运营管理与运营风险控制的关系，没能将运营管理与

安全风险进行相互影响和反馈的角度进行分析，对现实的地铁运营管理缺乏实际操

作性。

1.2.3 综合监控可靠性分析与管理

于敏、何正友等人（2012）在对轨道综合监控系统的进行功能、系统层次及软

硬件架构的综合分析后，提出了适应于轨道综合监控系统可靠性分析的层次SRN可

靠性模型，通过建立子系统可靠性模型以及系统可靠性模型，综合考虑CISCS、

SISCS以及DISCS的相互作用关系，从而建立整个系统的可靠性模型，为轨道综合

监控系统的可靠性设计提供了依据。谭熙静、何正友等人（2011）采用动态故障树

分析法（DFTA）对轨道综合监控进行可靠性分析研究：采用直接计算法和

Markov矩阵迭代法求解，然后引入分层迭代法对DFTA进行改进，减小了运算量，

从而将这些动态指标应用于轨道综合监控系统的整个动态故障树的可靠性评估

[12]。

王毅（2011）为综合监控系统的建立了一种数学分析模型：以网络系统为平台

将通过观测器收集到的具有一定稳定条件的综合监控系统网络数据通过近似视算法

按照离散时间数学模型来建立具有不确定性的一个线性矩阵不等式，然后利用不等

式进行求解，即为采用离散异步动态分析方法：当不等式成立时，系统是稳定可靠

的[13]。

杜军威、万思军等人（2011）采用“场景-应对”的案例检索与适配技术，以

数据仓库技术为核心，设计了综合监控系统突发事件的智能联动功能，实现突发事

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摘要：

综合监控在地铁运营管理中的应用研究摘要城市地铁已经成为城市公共交通的主题，在城市居民日常出行方式中占着越来越重要的地位。现代城市地铁运营有高负荷、大客流、技术设备复杂和专业性强的特点，地铁综合监控系统以计算机技术、网络技术、自动化技术和信息技术实现对机电设备的实时集中监控和各系统之间协调联动，同时将中央调度人员各车站的监控信息汇集在一起，通过图形化人机界面，进行各种运营和操作管理，保障地铁的安全有效运行。目前，我国在监控系统的设计、安装和运行经验不足，多数的监控系统实施并不理想，存在许多管理上的漏洞，因此有针对性地探讨地铁综合监控系统在地铁运营管理中的科学使用具有非常重要的作用。本文根据国内外...

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