軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫開發(fā)設(shè)計(jì)

1、軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫開發(fā)設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，各行各業(yè)的工作越來越依賴計(jì)算機(jī)完成。大型的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用也越來越多。大型監(jiān)控系統(tǒng)通常都建立在大量的采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，合理地部署數(shù)據(jù)庫以及高效地處理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是大型監(jiān)控系統(tǒng)工作的關(guān)鍵。從橫向來說，各種數(shù)據(jù)按應(yīng)用領(lǐng)域的分類至關(guān)重要，它決定著任務(wù)的分配。從縱向來說，各類數(shù)據(jù)的實(shí)時性要求至關(guān)重要，它決定著任務(wù)的優(yōu)先級。所以，數(shù)據(jù)庫的部署方案應(yīng)該主要考慮應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)時性，并且兼顧考慮各模塊之間的聯(lián)系。1 綜合監(jiān)控數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.1 概述綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫采用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和商用數(shù)據(jù)庫相結(jié)合

2、的方式，由此構(gòu)成整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)支撐平臺的核心，為其它各種應(yīng)用提供統(tǒng)一的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的訪問接口。為了使數(shù)據(jù)訪問具有良好的實(shí)時性，綜合監(jiān)控系統(tǒng)使用實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、利用最新自主研發(fā)的專用數(shù)據(jù)庫中間件，提供快速實(shí)時數(shù)據(jù)訪問。同時，使用商用數(shù)據(jù)庫作為歷史數(shù)據(jù)庫，將實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理和歷史數(shù)據(jù)庫管理有機(jī)地結(jié)合起來，使數(shù)據(jù)庫管理既達(dá)到商用數(shù)據(jù)庫的可靠性、適應(yīng)性，又達(dá)到實(shí)時數(shù)據(jù)庫的實(shí)時性。1.2 實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理綜合監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供高效的實(shí)時數(shù)據(jù)存取，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速緩存，有利于更好地實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和分析等。實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：專用數(shù)據(jù)庫中間件，大大加強(qiáng)了應(yīng)

3、用程序訪問實(shí)時數(shù)據(jù)庫的速度和效率，同時也使數(shù)據(jù)庫管理更加標(biāo)準(zhǔn)化和層次化；通過數(shù)據(jù)庫維護(hù)工具，可以在線查詢、監(jiān)視、增減和修改數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性；允許不同應(yīng)用對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的同一數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)訪問，通過數(shù)據(jù)加鎖機(jī)制，系統(tǒng)保證在并發(fā)方式下數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性，提高了系統(tǒng)的并發(fā)操作性能；用戶可以對實(shí)時數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，或者生成新的實(shí)時數(shù)據(jù)庫機(jī)構(gòu)，這些修改對原有的各種應(yīng)用都不會影響；系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)庫同步技術(shù)，可以保證不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)保持高度一致，當(dāng)任一數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)被合法修改后，所有的數(shù)據(jù)庫都將同時自動更新；無論是應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)，還是通過人機(jī)界面訪問數(shù)據(jù)，系統(tǒng)都提供完整安全認(rèn)

4、證服務(wù)，保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全；支持SQL訪問，用戶可以使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語言訪問實(shí)時數(shù)據(jù)庫，就像在商用數(shù)據(jù)庫中通過SQL訪問歷史數(shù)據(jù)一樣。1.3 歷史數(shù)據(jù)庫管理綜合監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫主要用于存儲系統(tǒng)模型和歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)庫主要采用商用數(shù)據(jù)庫。并通過平臺的數(shù)據(jù)庫同步機(jī)制，來保障綜合監(jiān)控系統(tǒng)的多數(shù)據(jù)庫同步，保證了參數(shù)模型的準(zhǔn)確和歷史數(shù)據(jù)的完整與可靠。通常情況下，綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫中間件VDB實(shí)現(xiàn)歷史庫和實(shí)時庫統(tǒng)一的接口訪問，同時對于不同的商用數(shù)據(jù)庫，VDB提供了統(tǒng)一的接口和調(diào)用方式，屏蔽了底層多種商用數(shù)據(jù)庫的不同，對于上層的應(yīng)用，無需知道商用數(shù)據(jù)庫的類型和版本。1.4 實(shí)時庫和歷史庫的關(guān)系綜

5、合監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)模型保存在歷史數(shù)據(jù)庫中。綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺根據(jù)系統(tǒng)模型生成實(shí)時數(shù)據(jù)庫。但實(shí)時數(shù)據(jù)庫的建立并不完全依賴于歷史數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)平臺通過嚴(yán)密的機(jī)制保證了實(shí)時庫能夠脫離商用庫進(jìn)行加載，當(dāng)歷史數(shù)據(jù)庫發(fā)生異常離線時，整個綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行正常的監(jiān)視和控制。綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫維護(hù)工具對系統(tǒng)進(jìn)行模型維護(hù)。通過維護(hù)工具，可以對參數(shù)進(jìn)行增加、刪除、修改等操作，通過系統(tǒng)驗(yàn)證等，保證商用數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)模型的正確和完整。通過維護(hù)工具對系統(tǒng)發(fā)出同步命令，實(shí)時數(shù)據(jù)庫將在線加載參數(shù)模型，并實(shí)時更新實(shí)時數(shù)據(jù)庫。如圖1所示。2 數(shù)據(jù)的在線修改與同步綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用多數(shù)據(jù)庫中心的分布模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的同步

6、、冗余管理，提高系統(tǒng)的可靠性和抗災(zāi)能力。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，我們把中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)等都稱為操作站，系統(tǒng)中的所有操作站（系統(tǒng)）均擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)中由系統(tǒng)自動或人工指定一個基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（主數(shù)據(jù)庫）。當(dāng)在任一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，均完整地在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相應(yīng)的修改，同時在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫記錄修改的日志，當(dāng)發(fā)起修改的操作站（系統(tǒng)）執(zhí)行更新提交后，由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫同步其他操作站（系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行修改，保證數(shù)據(jù)庫的一致。每個操作站（系統(tǒng)）使用的數(shù)據(jù)從本地數(shù)據(jù)庫中獲得更新。因此每個操作站具有相對的隔離性，保證系統(tǒng)的安全。當(dāng)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動或人工指定另一個數(shù)據(jù)庫為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，

7、保證系統(tǒng)的連續(xù)正確運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)的抗災(zāi)能力。因此對于地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)，一般指定控制中心為缺省的主數(shù)據(jù)庫中心，可以建立備用中心，也可以利用一個車站或車輛段作為備用中心，甚至每一個操作站都可以備用中心，這樣大大提高系統(tǒng)的可靠性。如圖2所示。當(dāng)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中心發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動或人工指定另一數(shù)據(jù)庫中心切換為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中心，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新的連續(xù)，同時原來的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中心恢復(fù)后切換為普通數(shù)據(jù)庫中心。如圖3所示。通過以上機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在維護(hù)、災(zāi)害情況的正常運(yùn)行，實(shí)行中心、操作站、變電所等應(yīng)用功能的有機(jī)關(guān)聯(lián)。比如在中心或操作站上對開關(guān)進(jìn)行遙控閉鎖、權(quán)限轉(zhuǎn)移、掛牌等操作，同時也在變電所的當(dāng)?shù)睾笈_上有

8、效，保證了系統(tǒng)的安全可靠，將在地理區(qū)域上分布的綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接成一個有機(jī)的整體，同時又保證在故障情況下的分散控制和故障恢復(fù)。2.1 數(shù)據(jù)在線修改對于不涉及系統(tǒng)配置和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫修改，即對表格的域不做修改，也就是只是對各數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄的增刪改，綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在線修改，即不需要重啟系統(tǒng)的各類應(yīng)用。對于各種數(shù)據(jù)庫的在線修改內(nèi)容，權(quán)限配置如下。對于操作員，可修改如下內(nèi)容：模擬量報警上限值；模擬量報警下限值；數(shù)據(jù)點(diǎn)的人工設(shè)置值；數(shù)據(jù)點(diǎn)報警與否。對于高級維護(hù)人員，除可以進(jìn)行上述操作員的修改操作外，還可以進(jìn)行如下修改：狀態(tài)量描述；狀態(tài)量責(zé)任區(qū)；狀態(tài)量電壓等級；狀態(tài)量類型；狀態(tài)量報警級別；狀態(tài)量報警模式

9、；狀態(tài)量報警語音；狀態(tài)量語音報警次數(shù)；狀態(tài)量是否可控；狀態(tài)量控制起始命令；模擬量描述；模擬量責(zé)任區(qū)；模擬量電壓等級；模擬量類型；模擬量報警級別；模擬量報警模式；模擬量報警語音；模擬量語音報警次數(shù)；模擬量最大采樣值；模擬量最小采樣值；模擬量最大工程值；模擬量最小工程值；模擬量數(shù)據(jù)修正方式；模擬量零值范圍；模擬量是否能輸出；模擬量輸出上限；模擬量輸出下限2.2 數(shù)據(jù)同步綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用多數(shù)據(jù)庫中心的分布模式，在多個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的同步、冗余管理。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)、各車站（變電所）級綜合監(jiān)控系統(tǒng)均擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)中由系統(tǒng)自動或人工指定一個地點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫作

10、為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫（主數(shù)據(jù)庫）。當(dāng)在任一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，均完整地在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相應(yīng)的修改，同時在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫記錄修改的日志，當(dāng)發(fā)起修改的地點(diǎn)執(zhí)行更新提交后，由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫同步其他地點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行修改，保證數(shù)據(jù)庫的一致。如圖4，當(dāng)調(diào)度維護(hù)應(yīng)用模塊進(jìn)行參數(shù)修改的操作時，其對數(shù)據(jù)庫的操作最先作用與基準(zhǔn)地點(diǎn)的主歷史數(shù)據(jù)庫模塊（過程1），然后由主歷史數(shù)據(jù)庫模塊同步到備歷史數(shù)據(jù)庫模塊（過程2），并且通過通訊主干網(wǎng)絡(luò)對其他地點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)修改通知，其他地點(diǎn)的主歷史數(shù)據(jù)庫模塊接到通知完成修改（過程3），并且對本地的備歷史數(shù)據(jù)庫模塊進(jìn)行同步操作（過程4），各地完成歷史數(shù)據(jù)庫修改操作后將修改參數(shù)加載至本地的主備實(shí)時數(shù)據(jù)庫模塊

11、（過程5），最終實(shí)現(xiàn)全線所有數(shù)據(jù)庫模塊的參數(shù)修改。3 重啟進(jìn)程和服務(wù)器的說明綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在線修改（包括同步），若不涉及系統(tǒng)配置和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的修改，即對表格的域不做修改，也就是只是對記錄的增刪改，表格的增加，均無須重啟系統(tǒng)的各類進(jìn)程。根據(jù)數(shù)據(jù)變化的內(nèi)容和影響，對系統(tǒng)的進(jìn)程和服務(wù)具體影響如表1所示。其中，更改系統(tǒng)整體容量等系統(tǒng)性參數(shù)，如對數(shù)據(jù)庫整體容量（該容量通常是一個工程數(shù)據(jù)量的預(yù)定義上限，為一個常量值）配置進(jìn)行重新配置，需要對整個應(yīng)用系統(tǒng)從底層平臺到所有應(yīng)用的重新啟動。除此之外，數(shù)據(jù)庫的任何修改，均無須對系統(tǒng)的底層平臺進(jìn)行重啟。4 結(jié)束語綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為當(dāng)今軌道交通中應(yīng)用最為廣泛和最重要的監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫對其的支持至關(guān)重要。在本文中，我們探討了綜合監(jiān)控中的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行機(jī)制，討論了歷史數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)量及其維護(hù)。討論了實(shí)時數(shù)據(jù)庫的實(shí)時性及其加載同步。通過對這一系列問題的討論，我們總結(jié)出了一整套安全高效的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫方案，在這套數(shù)據(jù)庫方案中，安