上海軌道交通技術防范系統運維平臺研究

周 明

（上海申通地鐵集團有限公司技術中心，上海 201103）

引言

隨著上海軌道交通網絡化規模的不斷發展，截止2020 年,上海地鐵運營里程超過800 km，車站超過500 座，軌道交通分擔城市公交總客流的60%左右，而車站技術防范系統設備數量也越來越多，尤其是前端攝像機的數量，全網已經達到數萬臺之多。全方位的技術防范體系，為地鐵的正常運營、地鐵設施的保障維護、地鐵區域的治安維護起到了重要作用。然而，當前數量龐大的技術防范設備的運維工作都是完全靠人工檢測和處理［1］，故障的發現主要采取日常巡檢、周期檢修和用戶上報的模式，檢修維護周期固定，與設備的實際運行狀況不匹配，對使用率較低的設備關注度不足，容易造成設備的過度維修和維修不足等問題。因此，為提高技術防范系統運維工作的效率，保證系統運行的可靠性，提升系統的有效性，繼而提高軌道交通運營和公共安全防范能力，建設基于信息化的技術防范運維系統將成為技術防范行業發展的趨勢［2-4］。

1 系統架構設計

圖1 技術防范運維系統組成

上海軌道交通技術防范系統運維平臺由平臺層和設備層組成，平臺層實現對設備層主要設備的運維管理功能，根據管轄范圍的不同，分為網絡級技術防范運維平臺和線路級技術防范運維平臺（根據線路實際情況進行配置）。設備層主要是由各類前端設備組成，根據技術防范系統架構，分為網絡級管理單位的技術防范系統設備層、線路控制中心級技術防范系統設備層和車站級技術防范系統設備層。系統組成見圖1。

1.1 設備層

設備層包括車站、車輛基地的主要設備、控制中心技術防范系統的主要設備和網絡級管理節點的技術防范系統主要設備，包括技術防范系統內的主要設備，如前端設備、網絡設備和報警前端設備等。

1.2 平臺層

網絡級技術防范運維系統對網絡級本地及全網各線路車站、中心和車輛基地的技術防范系統的設備進行管理和監測，包含的設備包括運維平臺服務器、數據存儲服務器及技術防范運維客戶端。

運維系統平臺服務器負責接入所有被監管設備，建立設備資源列表，并收集設備的狀態信息和告警信息。數據存儲服務器負責對設備信息、日志信息等進行分類和存儲。技術防范運維客戶端部署集中指揮中心內，并可根據管理的需要，按照區域劃分，部署在維保班組所在地。各條線路本線范圍內車站、中心、車輛基地的技術防范系統設備通過線路傳輸網匯聚到控制中心再上傳到網絡級平臺。根據線路具體情況，可在線路級中心或某個區域管理中心部署線路級/區域級技術防范運維系統平臺服務器，對本線/區域范圍內技術防范系統的設備進行管理和監測。

2 功能設計

技術防范運維系統管理平臺需具備用戶管理、設備管理、報表管理、告警管理、日志管理、系統管理和圖像資源檢測等功能。

2.1 用戶管理

用戶類型按照職責不同分為：（1）系統管理員：對系統的設備管理，系統配置進行管理，以及負責數據和設備的備份與恢復等。（2）授權管理員：對系統的用戶類型身份和授權管理。（3）日志審計員：對系統運行日志、用戶登錄/登出、操作日志等進行統一安全審計。（4）操作員：對設備狀態、告警信息進行相應的查看、確認等操作。

2.2 設備管理

支持SNMP 的設備通過SNMP 協議接入技術防范運維系統，不支持SNMP 協議的設備接入到視頻監控平臺后轉換為SNMP 協議通過相應接口同步至技術防范運維系統。設備錄入后，針對不同用戶查看需要，選擇不同的模式進行分組視圖展示，如安裝位置、生產廠家、設備類型、安裝時間等，對設備進行分類分組并繪制出系統網絡拓撲結構。系統應能夠顯示當前接入設備的性能參數，并以實時方式在拓撲圖上展現，見表1（包括但不限于表中內容）。

表1 設備性能參數監測

2.3 報表管理

系統能夠按照設備類型、設備型號等不同屬性，對系統接入設備進行統計，對故障統計如所屬分組、設備總數、在線數、離線數、故障總數、新增故障總數、已處理故障總數、在線率、故障排查率等提供統計，并對統計結果進行報表化和圖像化展示?？砂凑諘r間段、生產廠家、設備類型等屬性分類顯示對設備的考評得分分布、考評合格率統計、監控設備考評得分排名等。

2.4 告警管理

系統需要能夠實時展示接入設備的告警信息。系統應為各種告警消息定義告警級別，用戶可根據需要提高或降低某些告警的告警級別，對于特定用戶不需要管理的設備或告警類型，需提供白名單過濾設置。系統操作員看到新產生告警后需進行確認操作，表明該條告警信息已被操作人員觀察到。針對歷史告警日志，可按照告警設備、設備類型、安裝區域或生產廠家等不同查詢條件進行查詢，并以Excel 方式導出。

2.5 日志管理

系統能夠記錄用戶日志，記錄操作包括：登錄、退出系統、操作用戶、操作時間、操作內容、操作結果等；系統內的所有用戶增加、刪除和修改操作。

2.6 系統管理

系統管理為技術防范運維系統自身的管理，包括版本升級、鏡像導入、導出和系統自動備份功能。

2.7 圖像資源檢測

系統需具備對實時圖像和歷史錄像進行檢測，并針對異常進行故障告警的能力。實時圖像視頻檢測功能包括：視頻模糊檢測、視頻過亮、視頻過暗、噪聲、圖像遮擋、圖像偏色、視頻丟失、云臺偏離、云臺不可控。歷史錄像檢測功能包括：錄像丟失和錄像無法播放，包括錄像文件損壞、磁盤壞道等原因導致的錄像文件可以被檢索到，但無法正?；胤诺那闆r。

3 系統接口

系統接口涉及技術防范運維系統與被管設備、運維系統與視頻監控系統網管、智能安防箱網管等之間的接口。視頻監控平臺間通過SIP 協議進行級聯，視頻前端和監控平臺通過Onvif 協議通信，見圖2。

圖2 系統接口

技術防范運維系統通過SNMP 協議管理監控平臺及視頻前端，監控平臺和視頻前端都作為設備接入技術防范運維系統。為了保證監控平臺管理設備能夠和技術防范運維系統中管理設備對應起來，監控平臺和前端需要采用監控平臺分配的唯一ID 注冊技術防范運維系統。

3.1 設備錄入

技術防范運維系統被管設備包括：（1）監控平臺管理的設備，包括監控平臺和視頻前端；（2）非監控平臺管理的設備，包括網絡設備、告警設備、存儲設備等。

3.1.1 監控平臺管理網元錄入

監控平臺管理的設備，包括視頻前端設備和平臺自身，在監控系統中都有唯一國標ID 標識，對于這類平臺已經管理的設備，在技術防范運維系統中錄入時，要求把平臺分配唯一ID 錄入到技術防范運維系統中，通過唯一ID 能夠找到監控平臺設備在技術防范運維系統中的對應關系。

3.1.2 非監控平臺管理設備錄入

這類設備技術防范運維系統提供錄入頁面，可手動或批量進行錄入。

3.2 設備注冊

3.2.1 監控平臺設備注冊

對于監控平臺管理設備，如前端、平臺服務，這類設備在注冊時，需要通過trap 定時上報設備注冊平臺的唯一ID，即定時registerTrap trap 到技術防范運維系統。被管設備SNMP 代理需要定時發送csnRegisterTrap，周期默認為30 s（可調）。該trap不僅作為注冊使用，同時在注冊成功后，可作為心跳和技術防范運維系統之間?；睿?］。

3.2.2 非監控平臺管理類設備注冊

對于非監控平臺管理設備，如存儲、網絡設備［6］，這類設備作為設備接入技術防范運維系統，需要在技術防范運維系統手動進行入網，IP 地址作為唯一標識，通過SNMP 協議接入技術防范運維系統。這類設備不會主動注冊設備，由技術防范運維系統主動進行連接。

3.3 管理協議

運維管理功能的實現基于SNMP［7］，被管設備SNMP 代理模塊和系統管理服務單元通過SNMP 協議交互請求和應答，見圖 3。

圖3 運維系統管理協議示例

被管設備應支持SNMP V3 及以上版本。應答錯誤碼應符合RFC3416 中關于PDU error-status 定義，對于error-status 中未定義錯誤類型，統一回復errorstatus 中的genErr(5)。

3.4 管理信息庫

系統被管設備SNMP 代理MIB 分為6 個組：設備通用信息庫（commonMIB）、設備信息庫（ipcMIB IPC）、解碼器信息庫（decoderMIB）、平臺設備信息庫（platformMIB）、存儲磁陣信息庫（diskArrayMIB）和智能安防箱信息庫（intelligentboxMIB）。

圖4 運維系統MIB 接口

車站/車輛基地、線路級和網絡級被監管設備與技術防范系統運維平臺間通過通用接口A.1（設備通用信息庫）、平臺接口A.2（平臺信息庫）和設備接口A.3（設備信息庫、解碼器信息庫、存儲磁陣信息庫和智能安防箱信息庫）上傳信息，見圖4。根據運維需要，在線路中心或區域中心部署了線路級、區域級運維平臺，運維平臺的上下級之間通過WebService 交互，見圖4 中虛線框所示。

3.4.1 設備通用信息庫（STMETRO-StmCommon-MIB）

通用信息庫［8］定義了被管設備通用信息。（1）commonObjects 組定義了被管設備的通用系統信息，包括系統信息、網管信息、賬號信息、性能信息和設備硬件信息等。（2）commonNotifications 定義了被管監控設備需要主動通知技術防范運維系統的Trap信息。（3）commonOperations 組定義了設備的通用操作，包括重啟、升級、恢復出廠功能。（4）除通用信息庫定義的內容外，被管設備代理還需實現RFC1213-MIB［9］內的系統信息、接口信息、路由信息和RFC2790［10］內的系統信息、內存信息、磁盤分區信息、CPU 信息。csId 為監控平臺類設備為必填項，為設備在監控平臺中的國標ID。csSoftwareVersion 為設備軟件版本，必填項，技術防范運維系統會使用該值對設備版本進行過濾，在設備升級時使用。

設備需要采用HTTP 或FTP 方式進行版本升級。技術防范運維系統提供文件服務器。用戶手動上傳升級版本到文件服務器。升級策略由設備自行定義，技術防范運維系統把升級包路徑、用戶名、密碼設置到設備，設備根據自身策略，進行升級操作，升級狀態，通過MIB 獲取。

3.4.2 IPCMIB （STMETRO-StmIpc-MIB）

IPC 設備信息庫定義了IPC 設備管理信息。ipcObjects 組定義了告警聯動設置信息（ipcRecording）、設備IO 設置信息（ipcDeviceio）、設備注冊監控平臺信息（ipcPlatform）等信息。

3.4.3 解碼器信息MIB（STMETRO-StmDecoder-MIB）

解碼器信息庫定義了解碼器設備管理信息。

3.4.4 平臺MIB （STMETRO-StmPlatform-MIB）

平臺設備信息庫定義了監控平臺類設備/服務管理信息。platformObjects 組下定義了平臺上運行服務信息（service）、上下級平臺信息（platform）、平臺已入網前端設備信息（device）等。

3.4.5 存儲設備信息MIB （STMETRO-StmDiskArray-MIB）

存儲設備信息庫定義了存儲類設備管理信息。

3.4.6 智能安防箱信息MIB（STMETRO-StmIntelligentbox-MIB）

智能安防箱信息庫定義了智能安防箱設備管理信息。

3.5 平臺級聯協議

3.5.1 運維平臺級聯

運維平臺之間采用WebService 協議進行級聯。運維平臺之間功能包括：注冊、下級運維平臺列表上報、運維平臺之間心跳?；?、下級運維平臺定期數據上報等。運維平臺負責管理本級平臺接入網元狀態、告警等功能，對于下級運維平臺，上級運維平臺負責收集下級運維平臺的定時統計數據（按天、周、月統計的數據），并提供報表統計功能。

3.5.2 運維平臺屬性定義

運維平臺采用唯一32 位UUID 進行編碼，保證唯一性。級聯運維平臺之間為父子關系，運維平臺列表上報時，攜帶ParentID 表示上下級關系，沒有上級，ParentID 為空。

4 建設方案

在上海軌道交通中新線建設和既有線路改造時可按以下方案進行工程建設技術防范運維系統。

4.1 網絡級技術防范運維平臺建設方案

網絡級技術防范運維平臺建議部署在集中指揮中心，包括運維平臺服務器和數據存儲服務器，用于對集中指揮中心本地技術防范系統設備進行運維管理，對全網各線路技術防范運維平臺上傳的結果進行匯聚、展示和保存，見圖5。

圖5 網絡級技術防范運維平臺建設方案

建議在集中指揮中心節點和維保班組所在地部署技術防范運維平臺工作站及客戶端。區域級運維平臺，根據維護管理需要，擇地進行配置。

4.2 新線建設方案

對于采用高清系統的新線，本線范圍內車站、中心、車輛基地的技術防范系統設備通過線路傳輸網匯聚到控制中心再上傳到網絡級平臺?？稍诰€路級中心部署線路級技術防范運維平臺，負責對本線OCC 及各車站技術防范系統設備運維管理，并將收集到的數據及統計結果上傳至網絡級運維平臺，見圖6。

圖6 線路級技術防范運維平臺新線建設方案

對于延伸段采用高清視頻監控系統，既有段采用標清視頻監控系統的線路，建議在延伸段建設時將延伸段技術防范系統設備通過線路傳輸網匯聚到線路中心后接入到網絡級線路級平臺，由網絡級平臺進行統一運維管理，既有段待更新改造到數字高清制式后再進行接入。

4.3 既有線改造方案

對于采用模擬視頻監控系統的既有線，建議待系統更新改造到數字高清制式后按照采用高清系統的新線建設方案建設。對于重要設備，可以先采用在既有線OCC 設置網關的形式，將既有線的部分設備上傳至網絡級運維平臺內，見圖7。

圖7 既有線技術防范系統接入方案

5 結語

針對上海軌道交通技術防范系統的發展現狀，以建設系統運維能力、保障技術防范有效性、提升安全防范能力為目標，結合SNMP簡單網絡協議技術，研究上海軌道交通技術防范系統運維平臺系統架構及接入協議，對上海軌道交通技術防范系統設備及平臺軟件提出標準化探討，并將基于SNMP 的設備運維技術在上海軌道交通通信、信號等系統的使用進行了試驗和驗證。