城市轨道交通专用通信综合网络管理系统的方案设计

辛 鑫，李 洁，张致宏

（1.北京市地铁运营有限公司 技术创新研究院分公司，北京 100082；2.地铁运营安全保障技术北京市重点实验室，北京 100082；3.北京市地铁运营有限公司 供电分公司，北京 100082）

城市轨道交通专用通信系统是为运营管理和设备维修提供通信条件、传输各种调度命令信息、为旅客提供必要的信息服务的综合系统，主要包括传输、无线通信、公务电话、专用电话、视频监视、时钟、广播、电源、乘客信息等9 个子系统[1-3]。每个子系统均有独立的网管系统，分别负责各自线路系统设备的故障管理、性能管理、数据配置管理等。截至2022 年底，北京市轨道交通运营总里程797.3 km，运营线路27 条。随着轨道交通规模的不断扩大，对设备的运营管理需求也在不断提升，管理系统按照“一线一中心”的建设模式难以支撑运行管理的新需求[4]。为加强设备的集中管理，有必要建设综合管理系统对专用通信各子系统设备进行集中监视、管理和控制。本文以北京地铁专用通信系统为研究对象，设计城市轨道交通专用通信综合网络管理系统方案，实现对各子系统设备的有效管理。

1 系统总体架构

本文采用标准统一的接口设计、组件化设计、分层架构设计思想，将城市轨道交通专用通信综合网络管理系统架构设计为4 层，系统总体架构如图1所示。

图1 专用通信综合网络管理系统总体架构

1.1 采集层

通过不同的采集手段设计相应的功能组件[5]，实现对专用通信各子系统、各线路设备的资源数据、性能数据、告警数据、各子系统登录日志和操作日志的采集。

1.2 数据层

采用数据转换、信息完善、数据标准化等数据处理技术，将采集到的性能数据转换为标准数据，实现对采集原始数据的存储、处理和转发。

1.3 应用层

搭建服务网关、数据库，实现系统管理、资源管理、性能管理、告警管理、拓扑管理、业务监视、音源管理、能耗分析、播放监视等各类业务功能，为资源管理人员掌握信息资源，提供分析决策的支撑。

1.4 展现层

采用B/S 架构，向用户提供可视化界面，实现各线路设备运行状态信息和告警信息的实时呈现。

2 系统功能

城市轨道交通专用通信综合网络管理系统可根据用户实际需求，扩展设计相应的功能[6-8]。系统功能如图2 所示。

图2 专用通信综合网络管理系统功能

2.1 系统管理

（1）用户管理、角色管理：具备用户和角色的增加、删除、修改、查询操作。

（2）权限管理：为不同级别的用户分配相应的功能操作权限和数据管理范围权限。

（3）登录管理：对登录系统的用户进行鉴权。

（4）日志管理：对用户的登录信息和操作信息进行记录并生成访问日志和操作日志。

2.2 资源管理

（1）资源采集：可以周期性采集各子系统设备资源信息的功能，同时可对资源数据采集周期进行配置。

（2）资源维护：具备线路、机房、车站等资源数据的新增、修改和删除功能。

（3）资源查询：通过对设备所属设备厂商、设备名称、设备型号等条件进行组合查询，获得系统设备的详细属性。

2.3 性能管理

（1）性能数据采集：可以周期性采集各子系统设备性能指标的功能，同时可对性能指标采集周期进行配置。

（2）性能数据处理：将采集到的原始数据进行格式转换，生成标准格式的数据文件并上传至服务器。

（3）性能数据存储：通过网络采集到的性能数据在系统性能数据库，保留期间可由系统灵活设定并修改。

（4）性能数据呈现：通过设备名称、数据采集开始时间、性能参数名称等查询条件进行历史性能数据的查询，以表格或直方图、趋势图等形式呈现查询结果；

（5）性能门限管理：可以设置和修改性能指标的阈值门限，门限设置支持三级（紧急、主要、次要）告警；

（6）性能越限处理：根据设置的门限和采集的性能数据值，自动产生性能告警，通过图形或表格等方式进行呈现，提示进行处理；

（7）性能分析：可对设备历史性能数据进行统计以及趋势分析。

2.4 告警管理

（1）告警采集：实时采集各子系统设备的告警，支持专用通信综合网络管理系统与各子系统网络管理系统告警的同步；

（2）告警处理：具备告警数据格式转换、信息完善和告警转发的功能，系统接收到告警后，调取发生告警设备的相关资源信息，扩充完善告警的关键属性信息，如厂商信息、设备所属的区域信息、设备型号信息等，经过数据适配、过滤、分拣和存储，用图表、颜色、声音等向运营维护人员提示有关告警信息和告警统计信息；

（3）告警存储：可以对告警信息的存储、备份；

（4）告警标准化：根据业务需求，对各线路设备告警进行告警标准化信息重定义，包括告警级别、告警名称、告警类别、对业务的影响等；

（5）告警呈现：通过声音、拓扑图图标颜色变化呈现系统的实时告警信息，并将告警名称、设备名称、IP 地址等信息及时通知相关运维人员；

（6）告警清除：具备自动清除和手动清除信息功能；

（7）告警查询：通过对线路名称、车站名称、时间、厂商、设备类型、告警名称等条件进行组合查询，获得系统历史、当前的告警信息数据；

（8）告警知识库：知识提交、知识检索和知识库可以联动，运维人员可以通过知识库查找解决故障方法。

2.5 拓扑管理

（1）拓扑展示：通过城市轨道交通线网组织图和设备拓扑图，显示系统管理范围内的站点、设备分布和各站点设备的告警状态。

（2）拓扑监视：通过拓扑图图标的颜色变化实现系统设备告警状态监视、性能状态监视和告警数量监视功能。

（3）拓扑图操作：具备视图的显示控制功能，可以实现视图的放大、缩小、移动和还原，具备基本信息查询功能，在拓扑图上显示所查询设备的基本属性信息、告警信息和性能指标。

2.6 业务监视

支持全线路摄像头的任意点播、实时视频预览，支持单画面、多画面的点播切换；支持摄像头的分线路、站点的树状展示、搜索定位，支持故障摄像头的关联告警查看。

2.7 音源管理

可呈现广播线路网络管理系统保存的音频文件列表，并根据需要按时间段查询、下载、试听其中某个音频文件，例如车站实时录制的广播文件、话筒音频文件等。

2.8 能耗分析

通过列表方式呈现能耗单价信息，用户可在列表上增加、删除、修改能耗单价信息。系统根据能耗单价可计算出各类用电的能耗费用；可通过列表和图形（如：柱图、饼图、曲线）方式呈现站点用电量统计数据；可按照不同的空间粒度（线路、站点类型）和不同的时间粒度（日、月、季），生成站点用电量TOP 排名和站点用电量统计报表。

2.9 播放监视

支持监视播放器发布状态及实际显示效果的功能，实时显示指定车站指定显示终端的当前播出画面。

3 关键技术

城市轨道交通专用通信综合网络管理系统涉及专业、线路、设备较多，且不同建设时期的线路网络管理系统采用的品牌、型号不一，不同厂商网络管理系统的北向接口数据格式、接口协议不尽相同。

3.1 数据采集

通过收集资源数据、性能数据、告警数据和操作指令数据等各子系统不同类型的数据信息，系统可制定统一的数据接口，保证接口的规范性、易扩展和易维护性。资源数据接口用于采集各子系统设备资源对象和属性数据量小、时延要求低，可采用文件传输协议或安全文件传输协议；性能数据接口用于采集各子系统设备性能对象和性能指标，数据量大、时延要求较低，可采用文件传输协议或安全文件传输协议；告警数据接口用于采集各子系统设备告警信息，时延要求较高，可采用传输控制协议；操作指令接口用于下发相关操作指令，时延要求较高，可采用超文本传输协议。

3.2 数据处理

对上传的数据进行分类、汇总、分析、加工和处理。数据处理模块对线路、机房、车站等资源数据的新增、修改与删除；因为厂商设备采集的数据不一致，要对采集到的原始数据进行格式转换，映射为与厂商无关的测量参数，并将标准格式数据上传到指定服务器；实现对告警信息进行标准化处理，对各专业设备告警进行告警标准化信息重定义。

3.3 数据可视化

通过表格或图形（如：直方图、趋势图）等方式对设备所属设备厂商、设备型号、设备名称等资源数据，数据采集开始时间、性能参数名称等性能数据进行组合查询；告警数据可通过告警监视窗的形式呈现设备的实时告警信息，系统可对告警级别进行区分，进行声音和颜色的提示。

4 应用案例

目前，北京市地铁运营有限公司在分析城市轨道交通多条线路专用通信系统建设现状与运营现状，以及网络化运营对专用通信路网综合网络管理系统需求的基础上，对专用通信路网综合网络管理系统数据采集、数据分析进行了系统化研究，并以视频监视系统和电源系统为例，开发了城市轨道交通专用通信视频监视综合网络管理系统和电源综合网络管理系统，如图3、图4 所示。

图3 视频监视综合网络管理系统界面

图4 电源综合网络管理系统界面

5 结束语

目前，各线路采用“一线一中心”的网管设计建设模式，不同专业网管系统采用烟囱式分散建立，设备种类、数量多，管理分散，数据集成度低、互联互通性差，维护成本高。本文基于城市轨道交通专用通信系统各条线路网络管理现状，提出了专用通信综合网络管理系统的设计方案，有效地降低轨道交通运营维护成本、提高运营维护效率、提升运营安全性和稳定性。