隨著城市軌道交通系統的發達，監控系統的作用和地位越來越重要，監控系統對城市軌道交通系統起到監督作用，保證全系統的平穩運行。

　　《吉林交通科技》以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯系實際，開展教育科學研究和學科基礎理論研究，交流科技成果，促進學院教學、科研工作的發展，為教育改革和社會主義現代化建設做出貢獻。

　　本文從城市軌道交通綜合監控系統研發和工程實施的需要出發，提出一種系統仿真測試平臺的設計方案，該方案既能滿足全線仿真測試的功能要求，又靈活方便，投資成本低。

　　城市軌道交通綜合監控系統(ISCS)作為現代城市軌道交通的“大腦”，負責軌道交通全線各專業設備的運營管理和指揮調度，其功能的完備性和性能的穩定性對軌道交通的平穩有序運營至關重要。

　　由于綜合監控系統的研究應用在國內尚處于起步階段，用戶的實際需求與系統集成商對用戶需求的理解之間可能存在偏差，這些偏差往往在項目實施后期才會顯現出來，造成設計修改甚至返工現象，給項目實施進度帶來負面影響;另一方面，綜合監控系統軟件自身的缺陷或數據庫配置的不當，都會造成系統功能缺失或性能降低，影響綜合監控系統在聯動控制、協調管理等運營調度功能的發揮。因此，有必要在項目實施前期，構建一個與實際工程項目相同或相似的外部測試環境(仿真測試平臺)，驗證綜合監控系統軟件及其配置是否滿足特定工程應用中功能和性能要求，以便盡早發現潛在的需求差異和軟件缺陷，為工程項目的順利實施奠定基礎。

　　目前，城市軌道交通綜合監控系統的仿真測試方式有二種，第一種采用實物仿真方式，即通過實際專業子系統設備的接入來測試綜合監控系統的功能和性能;第二種采用國外專業仿真軟件方式，即采用一套專業模擬軟件替代實際的專業設備并通過特定接口方式接入綜合監控系統。第一種方式的缺點是成本高、占地面積多，可用于單個車站各專業系統的仿真測試，但顯然不適合包含數十個車站的全線仿真測試;第二種方式雖然便捷，但國外軟件高昂的許可證費用使國內企業望而卻步，且還存在維護開發工作量大的缺點，同樣不適合全線仿真測試的要求。

　　本文將以上海軌道交通7號線綜合監控系統項目為研究對象，提出一套構建全線仿真測試平臺(系統)的方案，該方案能同時仿真數十個車站系統的專業設備，且實施成本低，可作為城市軌道交通綜合監控系統功能和性能測試有效方法。

　　2 仿真對象和范圍

　　城市軌道交通綜合監控系統是一個地域上分散的超大型的數據采集和控制系統，包括控制中心綜合監控系統和車站及車輛段/停車場綜合監控系統，其中車站級綜合監控系統集成或部分集成十余個專業子系統，監控的設備多，系統規模龐大。本文下面以上海軌道交通7號線工程綜合監控系統項目為對象，分析研究全線仿真測試系統的設計思想。

　　上海軌道交通7號線工程(含北延伸段)全長44.2公里，全線設33座車站，2個停車場和1處控制中心，其中綜合監控系統集成或部分集成了12個專業子系統，包括機電設備監控系統(EMCS/BAS)、電力監控系統(PSCADA)、火災自動報警系統(FAS)、列車自動監控系統(ATS)、門禁系統(ACS)、閉路電視監控CCTV、廣播系統(PA)、乘客信息顯示系統(PIDS)、自動售檢票系統(AFC)、屏蔽門系統(PSD)、人防門(PG)系統等，系統設計的數據采集容量為30萬點。

　　作為綜合監控系統的全線仿真測試系統，其仿真的對象和范圍就是分布在上述33個車站、2個停車場及控制中心的12個專業的設備及系統，仿真數據量超過30萬點。

　　3 系統設計

　　3.1 總體設計思想

　　全線仿真測試系統以軟件仿真為基礎，通過構建若干體現不同專業設備或子系統特性的接口仿真程序，來模擬各專業設備或子系統的運行狀況;通過構建一個主控界面程序來實現人機界面及各接口仿真程序之間的信息互通，以真實模擬各專業子系統在實際運營中的聯動關系。

　　全線仿真測試系統采用兩級運行方式，即(1)接口仿真程序獨立運行方式，(2)主控程序聯動運行方式。

　　全線仿真測試系統采

　　 獨立性：各接口仿真程序均為獨立的程序，體現被仿真設備或子系統的特性和接口方式，能夠不依賴于其他接口程序而獨立運行。

　　 組合性：每個車站中接口仿真程序的種類及數量可根據實際工程中綜合監控系統集成專業子系統種類及數量，任意配置，組合而成。

　　 擴展性：全線仿真測試平臺可以任意增加或減少車站數量，車站數量的增減不影響其它車站的配置。

　　 升級便捷：通過編制新的仿真接口程序可實現系統的更新、升級和系統仿真范圍的拓展。

　　3.2 系統構成

　　全線仿真測試系統由軟件和硬件兩部分構成，軟件部分包括1套主控界面程序、若干仿真接口程序以及為二者提供數據通信的軟總線，軟件系統結構如圖1所示。

　　主控界面程序是系統監控中心，主要完成全線仿真測試系統的人機交互和每個接口仿真程序運行模式和運行狀態信息顯示、全線仿真系統總體控制、仿真評測、系統培訓等功能。

　　接口仿真程序根據專業不同而分為PSCADA、EMCS、FAS、CCTV、PA、PIDS、AFC、PSD、PIDS等十余種類型，這些接口仿真程序依據各子系統的功能原理，通過對仿真數據的邏輯化編程，建立仿真數據之間的關聯關系，以模擬子系統的真實運行情況，并采用與各子系統相同的接口方式和通訊協議(通訊規約)，實現與ISCS數據交互，達到與實際運行狀況一致的目的。

　　硬件作為前述軟件的載體，由若干刀片式服務器和1套網絡交換機組成，其中1套服務器運行主控界面程序，其它服務器按車站實際接口設備/子系統的數量運行若干對應的仿真接口程序。一般，每個服務器承擔一個車站各仿真接口程序的運行，根據服務器的性能，也可將若干車站的仿真接口程序安裝在一套服務器上。網絡交換機有兩個方面的功能，首先是為各仿真接口程序與ISCS之間的數據交互提供數據傳輸通道，其次是為主控界面程序與接口仿真程序之間的數據交互提供數據傳輸通道。

　　接口仿真程序通過讀取仿真數據配置文件加載初始的仿真數據，形成不同站點上相同類型子系統監控數據點數不同的實際運營情況。

　　接口仿真程序能夠獨立運行，形成單個系統的接口測試環境，模擬現場接口調試時的情況;也能夠通過數據通信的軟總線，把若干接口仿真程序配置成一個全線仿真系統運行，通過主控界面程序對各接口仿真程序的單個或多個數據進行設定，產生類似事件報警、故障報警、海量狀態變化等極端狀況，模擬全線系統聯動的情況。

　　接口仿真程序在與被測試ISCS的接口通訊時，可實時檢測接口通訊性能狀況，提供ISCS通訊性能的測試數據。

　　4 系統功能

　　4.1 主控界面程序功能

　　(1)控制功能

　　主控界面程序用3個控制參數(故障模式、仿真操作模式、報警模式)控制接口仿真程序的仿真設備狀態，這種控制方式不僅能實現對單個接口仿真程序的點控，還實現對多個接口仿真程序同時進行的組合控制、順序控制，達到真實模擬實際設備運營的效果。

　　主控界面程序提供二次編程工具，利用它編輯仿真科目。具備多個仿真科目按時間、狀態等條件觸發并順序執行仿真控制的功能。能夠實現全線仿真系統自動仿真運行的功能。

　　(2)評測功能

　　全線仿真系統完全按照城市軌道交通綜合監控系統真實接口和運行環境設計，可以作為綜合監控系統平臺測試、工廠測試的測試平臺。主控界面程序采集和記錄每個與接口仿真程序接口的被測系統運行性能參數，這些參數包括：

　　通訊間隔：兩次通訊之間的平均間隔時間。

　　動作執行編碼：被測系統對接口仿真系統的操作變化狀態記錄。

　　最大通訊間隔：兩次通訊之間的最大間隔時間。

　　通訊錯誤編碼：通訊報文中包含的各種不符合通訊規約的錯誤和效

　　同時通訊錯誤仿真：仿真通訊報文錯誤，測試被測系統在處理錯誤報文時的處理能力。

　　主控界面使用曲線趨勢和圖表形式直觀顯示這些參數記錄的變化趨勢;主控界面程序還提供信息公告板功能，詳細記錄每個接口仿真程序的仿真操作過程和被測系統的操作反應;每一條公告板紀錄都有標記著接口仿真程序的名稱和精確到10ms時間標記。

　　(3)培訓功能

　　主控界面程序可依據培訓需要啟用專門培訓模式，在培訓模式下主控界面程序把相應接口仿真程序中的全部或部分仿真數據采集到主控界面程序，提供給用戶直接控制;配合主控界面程序在線編輯工具，編輯培訓科目，編輯完成的培訓科目可以存儲成標準培訓程序，以備再次調用。

　　4.2 接口仿真程序功能

　　(1)接口通訊功能

　　接口仿真程序按照仿真對象的接口形式提供接口通訊服務。接口采用網絡通訊方式，網絡通訊服務能提供多路接口通訊客戶數據鏈接，方便多個被測系統接口的接入;網絡接口具備雙網冗余切換功能;每個接口仿真程序除了具備與被測系統連接的仿真通訊接口外，還具備內部通訊軟總線與主控界面程序實現信息交互的功能。

　　(2)仿真數據配置功能

　　全線仿真系統為每一個專業子系統開發一個通用接口仿真程序，覆蓋全部被仿真專業子系統，接口仿真程序具有仿真數據配置功能，導入一個包含仿真設備數量和仿真數據點數的文件，接口仿真程序就可成為某個車站的一個專業系統仿真程序。

　　(3)系統的仿真數據生成和控制

　　接口仿真程序按照被各仿真專業子系統的系統特性和設備物理特征，生成符合子系統實際運行狀況和物理邏輯關系的仿真數據，按照被仿真系統的真實情況運行。

　　(4)系統運行狀態的模擬仿真

　　仿真專業系統在各類設備系統的測量參數及狀態，各相關測量和反饋參數按照實際的物理或邏輯狀態運行，提供逼真的仿真實際環境。接口仿真程序接收到設備開關命令時，仿真設備會按照控制命令運行，通過仿真設備運行狀態點反饋。接口仿真程序接收到模式聯動命令，仿真系統會按照模式要求順序運行，通過仿真設備運行狀態點反饋。

　　(5)系統故障和報警的模擬仿真

　　仿真專業子系統的各種故障狀況和報警狀況。

　　報警信號：仿真探頭或傳感器探測到異常狀態時，進行報警。

　　設備故障信號報警：仿真設備故障狀態，通過設備故障報警仿真信號報警。

　　設備維護故障信號模擬：按照設備維護檢測的原理，仿真設備維護測量點發出維護故障信號。

　　(6)采集被測綜合監控的接口通訊性能參數

　　采集通訊掃描時間間隔、通訊掃描中斷時間記錄、通訊中斷次數、通訊錯誤內容。

　　統計最大通訊間隔：兩次通訊之間的最大間隔時間。

　　通訊錯誤：通訊報文中包含的各種不符合通訊規約的錯誤和效驗出錯。

　　通訊錯誤仿真：仿真通訊報文錯誤，測試被測系統在處理錯誤報文時的處理能力。

　　5 結語

　　本文以上海軌道交通7號線工程綜合監控系統項目為對象，研究探討一種低成本、高效能的適用于超大型數據采集和集成系統仿真、測試、培訓功能的仿真測試系統，該系統以軟件仿真為手段，通過設計開發各專業子系統的接口仿真程序以及與接口仿真程序交互的主控界面程序，構建一套可任意配置、任意擴展的仿真測試系統，與傳統測試方案相比，本文的設計方案顯然更經濟、更靈活。