地鐵車輛實(shí)時可視化監(jiān)控平臺的研究

郭永鋒

摘 ?要：文章介紹了西安地鐵電客車運(yùn)營檢修維護(hù)及列車監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出建立實(shí)時可視化監(jiān)控平臺的必要性，對平臺建設(shè)需求及構(gòu)架進(jìn)行設(shè)想，重點(diǎn)對實(shí)時可視化監(jiān)控平臺的組成及系統(tǒng)原理進(jìn)行說明，最后通過可行性數(shù)據(jù)傳輸采集方案，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控平臺，提高故障處理及預(yù)警機(jī)制，確保列車運(yùn)營安全可靠。

關(guān)鍵詞：列車監(jiān)控系統(tǒng);可視化監(jiān)控平臺;數(shù)據(jù)采集;預(yù)警機(jī)制

中圖分類號：U231 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）15-0070-02

Abstract： This paper introduces the present situation of operation， maintenance and train monitoring system of Xi'an subway electric bus， puts forward the necessity of establishing a real-time visual monitoring platform， and envisages the construction requirements and framework of the platform. The composition and system principle of the real-time visual monitoring platform are explained emphatically. Finally， through the feasible data transmission and acquisition scheme， the intelligent monitoring platform is realized， the fault processing and early warning mechanism is improved， and the safety and reliability of train operation is ensured.

Keywords： train monitoring system; visual monitoring platform; data acquisition; early warning mechanism

引言

地鐵車輛是城市公共交通運(yùn)輸?shù)囊环N重要組成形式。具有客運(yùn)量大、快速、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、污染小、低能耗、乘坐方便舒適等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市交通壓力日益增大，地鐵作為改善城市交通現(xiàn)狀的有效載體，成為現(xiàn)代化大都市的重要選擇。也更符合綠色交通的標(biāo)準(zhǔn)，更有利于環(huán)境綜合治理。為了加強(qiáng)對地鐵在安全運(yùn)行、故障報警等方面的綜合管理水平，建設(shè)遠(yuǎn)程實(shí)時可視化監(jiān)控系統(tǒng)逐步提上了日程。

西安地鐵實(shí)時可視化監(jiān)控平臺，旨在構(gòu)建一個智慧可視化監(jiān)控平臺。實(shí)時監(jiān)控地鐵運(yùn)行狀態(tài)信息，直接地了解和掌握地鐵運(yùn)行情況，并對各種故障預(yù)警情況及時做出處理，提高車輛運(yùn)維人員的工作效率和工作水平。

1 運(yùn)營現(xiàn)狀業(yè)務(wù)及需求

1.1 運(yùn)營現(xiàn)狀說明

西安地鐵負(fù)責(zé)4條線電客車日常運(yùn)維、檢修工作，現(xiàn)有列車175列，列車均為中車提供。地鐵車輛自身有監(jiān)視及控制系統(tǒng)對列車的運(yùn)行信息進(jìn)行采集和存儲，采集和存儲信息包含但不限于車輛位置、牽引、制動、車門開關(guān)、車速、空調(diào)系統(tǒng)、溫度、照明等信息，該控制器采集和存儲的信息超過5天會自動覆蓋之前的信息。列車維修需要拆解數(shù)據(jù)記錄儀，通過USB將車輛運(yùn)行信息導(dǎo)入電腦進(jìn)行存儲和分析。地鐵運(yùn)營目前沒有建設(shè)車輛運(yùn)行信息實(shí)時監(jiān)控中心，而國內(nèi)其他城市地鐵的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控也處于起步階段。綜合現(xiàn)狀業(yè)務(wù)建設(shè)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題如下：（1）車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)不能實(shí)時傳輸?shù)竭\(yùn)營控制中心。（2）為滿足數(shù)據(jù)實(shí)時采集及傳輸而采用光纖鋪設(shè)方案成本過高。（3）采用無線方案傳輸數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)不完整。

1.2 運(yùn)營需求及解決方案

為滿足信息的實(shí)時采集和監(jiān)控需求，車輛向地面運(yùn)營中心傳輸信息不間斷，需要保證其采集傳輸?shù)膶?shí)時性及穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心后，可通過電腦、手機(jī)等終端進(jìn)行可視化查看。

（1）采用4G傳輸方式，解決傳輸成本過高的問題。（2）采用智能終端連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時連續(xù)采集。（3）采用PC端應(yīng)用展示及手機(jī)APP的展示方式。

2 監(jiān)控平臺建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

2.1 監(jiān)控平臺建設(shè)目標(biāo)

采用可視化手段實(shí)時監(jiān)管地鐵的車輛位置、牽引、制動、車門、空調(diào)等運(yùn)行狀況，展示地鐵運(yùn)行的整體情況，提高管理人員對地鐵運(yùn)行的監(jiān)管力度。充分利用地鐵運(yùn)行的監(jiān)控數(shù)據(jù)，形成專題報表，對故障分析進(jìn)行可視化展示。對地鐵運(yùn)行過程中各組件部位的異常情況予以報警，提高故障處理效率，有效防范安全事故的發(fā)生。

2.2 監(jiān)控平臺建設(shè)內(nèi)容

實(shí)時可視化監(jiān)控平臺系統(tǒng)開發(fā)與硬件平臺建設(shè)，平臺需具備高度可擴(kuò)展性，以便支持未來后期的系統(tǒng)建設(shè)。根據(jù)地鐵運(yùn)維實(shí)際需求情況，將建設(shè)內(nèi)容分解為三大部分如圖1所示。

（1）硬件支撐平臺：建設(shè)智慧地鐵機(jī)房，設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器，以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、配套大屏幕、會議擴(kuò)聲系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)等。

（2）數(shù)據(jù)采集：使用邊緣智能終端接入PLC、智能儀表/設(shè)備上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，完成對列車數(shù)據(jù)采集。

（3）軟件應(yīng)用平臺：實(shí)時可視化監(jiān)控平臺主要包含實(shí)時監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時報警、系統(tǒng)管理、用戶管理、密碼管理等功能模塊。實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)行數(shù)據(jù)可視化展示，輔助運(yùn)維人員進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管。

3 監(jiān)控平臺總體設(shè)計(jì)構(gòu)思

3.1 總體結(jié)構(gòu)組成

實(shí)時可視化監(jiān)控平臺，旨在構(gòu)建支持SOA的業(yè)務(wù)服務(wù)，達(dá)到數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)的互通。在信息可視化的基礎(chǔ)上發(fā)揮輔助決策的功能。形成匯集現(xiàn)場監(jiān)管、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能提示于一體的監(jiān)管平臺。

總體架構(gòu)按照分層的思想加以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。分層的體系結(jié)構(gòu)能夠較好地實(shí)現(xiàn)建設(shè)任務(wù)的分解，以便整個系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)能夠在明確接口定義的基礎(chǔ)上進(jìn)行并行建設(shè)，以縮短整體的建設(shè)周期。同時，在接口保持不變的前提下，分層的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)還能夠保證系統(tǒng)對各層基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展具有良好的適應(yīng)性，并且較好地體現(xiàn)以數(shù)據(jù)獲取和整合為核心。本系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集層、應(yīng)用支持層、應(yīng)用層等。

（1）數(shù)據(jù)收集層。數(shù)據(jù)收集層收集數(shù)據(jù)包括但不限于牽引、制動、車門、開關(guān)、車速、空調(diào)、溫度、照明等實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)及應(yīng)用支持層。數(shù)據(jù)及應(yīng)用支持層包括：實(shí)時數(shù)據(jù)存儲、分析，以及支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用需要的各類組件。各個子模塊對內(nèi)通過相應(yīng)的機(jī)制形成一體化的基本服務(wù)層，為構(gòu)建在之上運(yùn)行的各應(yīng)用系統(tǒng)提供各類通用的功能。（3）應(yīng)用層。西安地鐵實(shí)時可視化監(jiān)控平臺是由實(shí)時監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時報警、系統(tǒng)管理、用戶管理、密碼管理等功能模塊組成，共同依托于一個統(tǒng)一的應(yīng)用支撐環(huán)境。系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)合理完善，使得本系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，為系統(tǒng)后續(xù)的優(yōu)化升級，其它系統(tǒng)的整合，相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接入都預(yù)留了接口和空間。

3.2 系統(tǒng)原理

西安地鐵實(shí)時可視化監(jiān)控平臺是對西安地鐵列車運(yùn)行各類數(shù)據(jù)全過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、分析、展示一體化監(jiān)督管理信息監(jiān)管平臺。數(shù)據(jù)直接來源于控制器數(shù)據(jù)采集。

本項(xiàng)目以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用純B/S構(gòu)架?，F(xiàn)場采集設(shè)備從生產(chǎn)控制系統(tǒng)中采集實(shí)時數(shù)據(jù)，通過專網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和處理后，供企業(yè)管理人員和監(jiān)管部門使用。本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)傳輸通過網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)，由物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、交換機(jī)、路由器、防火墻等網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。

實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集單元存入云端，經(jīng)過中心路由器接入交換機(jī)，穿越防火墻接入到實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器等，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析處理后展示到應(yīng)用平臺。

從應(yīng)用展示來劃分，本項(xiàng)目分為PC端和移動端兩部分。PC端主要包括應(yīng)用層的相關(guān)功能，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)展示，主要功能有實(shí)時監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時報警、系統(tǒng)管理、用戶管理、用戶密碼等。移動端主要包括應(yīng)用層相關(guān)功能，主要功能有實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時報警、統(tǒng)計(jì)分析等。

4 企業(yè)端數(shù)據(jù)采集方案

4.1 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容

西安地鐵實(shí)時可視化監(jiān)控平臺采集列車位置、牽引、制動、車門、開關(guān)、車速、空調(diào)、溫度、照明等動態(tài)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)等，實(shí)時監(jiān)管列車的運(yùn)行狀況，提高監(jiān)管人員工作效率，方便地鐵運(yùn)維人員直觀了解地鐵運(yùn)行信息，有助于車輛技術(shù)人員迅速判斷列車故障點(diǎn)，提升故障處理能力，優(yōu)化運(yùn)行成本。

4.2 數(shù)據(jù)接入方案

采用無線傳輸安裝靈活方便、建設(shè)成本低、擴(kuò)展性好、調(diào)試維護(hù)便捷。無線傳輸數(shù)據(jù)接入方案如圖2所示。

5 實(shí)時可視化監(jiān)控平臺功能

實(shí)時監(jiān)控地鐵各列車運(yùn)行中各部件的參數(shù)信息，展示地鐵的運(yùn)行狀況。點(diǎn)擊某部件，可用向下鉆取到詳情頁。部件詳情頁展示該部件的相關(guān)參數(shù)，及參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。還可以選擇測點(diǎn)組成測點(diǎn)組，展示測點(diǎn)組數(shù)據(jù)變化趨勢圖。

地鐵運(yùn)維人員通過平臺了解監(jiān)管地鐵各列車運(yùn)行信息，根據(jù)平臺數(shù)據(jù)展示，快速鎖定故障位置，提高運(yùn)維人員的工作效率及工作水平。

主要功能包含：實(shí)時監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時報警、系統(tǒng)管理、用戶管理、密碼管理等。

6 結(jié)束語

車輛實(shí)時可視化監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)將列車故障及狀態(tài)信息，根據(jù)不同的故障等級，可將重要故障信息和關(guān)鍵性的列車狀態(tài)信息通過無線通信系統(tǒng)實(shí)時上傳，實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)控。地面監(jiān)測系統(tǒng)通過對車輛大數(shù)據(jù)的故障統(tǒng)計(jì)分析、診斷、預(yù)測、進(jìn)行健康評估。實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控管理，確保列車運(yùn)營安全可靠。

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