基于邊緣云的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

摘 要：介紹了基于邊緣云的城市軌道交通在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型，模型由線(xiàn)網(wǎng)級(jí)-線(xiàn)路級(jí)-車(chē)站級(jí)三級(jí)架構(gòu)組成，在線(xiàn)網(wǎng)控制中心設(shè)置云平臺(tái)中心服務(wù)器，在線(xiàn)路控制中心設(shè)置后備服務(wù)器作為邊緣云節(jié)點(diǎn)。當(dāng)平臺(tái)主干網(wǎng)或云中心設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將通過(guò)邊緣云后備服務(wù)器實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路降級(jí)運(yùn)行。邊緣云架構(gòu)能有效減輕城市軌道交通數(shù)據(jù)傳輸壓力，滿(mǎn)足城市軌道交通實(shí)時(shí)性要求。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括設(shè)備監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、輔助決策等功能，為運(yùn)營(yíng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理提供依據(jù)，提高了運(yùn)營(yíng)企業(yè)的管理水平。廣州地鐵某線(xiàn)應(yīng)用供電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和綜合評(píng)估，有效提高了運(yùn)維效率。

關(guān)鍵詞：邊緣云；城市軌道交通；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；智能運(yùn)維；專(zhuān)家系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U229

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）04-0173-05

Establishment and implementation of online monitoring system model based on edge cloud

CHEN Naihai

（State key Laboratory of Rail Transit Engineering Informatization （FSDI），Xian 710043，China）

Abstract：This paper introduces the model of urban rail transit online monitoring system based on edge cloud.The model is composed of three levels of network level，line level and station level.The online network control center sets the cloud platform center server，and the line control center sets the backup server as the edge cloud node.When the platform backbone network or cloud center equipment fails，the online monitoring system will realize the line degradation operation through the edge cloud backup server.The edge cloud architecture can effectively reduce the data transmission pressure of urban rail transit and meet the real-time requirements of urban rail transit.This paper expounds the functions of the online monitoring system of urban rail transit，including equipment monitoring，condition assessment，auxiliary decision-making and other functions，which provides the basis for the scientific management of operating enterprises and improves the management level of operating enterprises.According to this model，an on-line monitoring system for power supply equipment is designed and implemented on a line of Guangzhou Metro，which can monitor and evaluate the power supply equipment in real time and effectively improve the operation and maintenance efficiency.

Key words：edge cloud;urban rail transit;online monitoring system;intelligent operation and maintenance;expert system

隨著國(guó)家智能制造戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，云計(jì)算與傳統(tǒng)行業(yè)的融合已成為推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。城市軌道交通具有運(yùn)量大、綠色環(huán)保、高效節(jié)能等特點(diǎn)［1］，在緩解城市交通擁堵、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著巨大的作用。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)于2020年3月發(fā)布了《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，在智能裝備方面提出的目標(biāo)主要有“設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)深度應(yīng)用，建立智能化的故障預(yù)警系統(tǒng)；建立以關(guān)鍵設(shè)備在線(xiàn)故障監(jiān)測(cè)和診斷為基礎(chǔ)的智能運(yùn)維和能源系統(tǒng)設(shè)備健康管理標(biāo)準(zhǔn)并示范應(yīng)用”。據(jù)此，各地城市軌道交通公司在新線(xiàn)建設(shè)中均考慮設(shè)置在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象及功能劃分，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為單一監(jiān)測(cè)功能系統(tǒng)和綜合監(jiān)測(cè)功能系統(tǒng)，前者對(duì)某一專(zhuān)業(yè)的個(gè)別設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，信息采集及交互的需求較低，例如：變壓器油色譜監(jiān)測(cè)、SF6微水含量監(jiān)測(cè)、隧道沉降監(jiān)測(cè)等；后者對(duì)各專(zhuān)業(yè)的各類(lèi)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，結(jié)合狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，形成設(shè)備設(shè)施全壽命周期數(shù)據(jù)，采用邊緣計(jì)算技術(shù)［2-3］，緩解城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的壓力，為城市軌道交通的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供要的技術(shù)支撐。

1 邊緣云概述

隨著城市城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程不斷增加，運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作日漸繁重，運(yùn)營(yíng)企業(yè) “提質(zhì)、降本、增效” 的需求逐年上升。在這個(gè)大背景下，城軌行業(yè)數(shù)字化、智能化、信息化建設(shè)勢(shì)在必行。云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的廣泛普及為城市軌道交通智能運(yùn)維提供了基礎(chǔ)保障［4］。傳統(tǒng)的云平臺(tái)建設(shè)集中的大型云數(shù)據(jù)中心，提供統(tǒng)一的共享資源及服務(wù)，將終端設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)先匯總到數(shù)據(jù)中心再進(jìn)行處理和應(yīng)用等工作［5］，難以滿(mǎn)足城市軌道交通自動(dòng)駕駛、智能列車(chē)等功能的實(shí)時(shí)性要求。針對(duì)城市軌道交通設(shè)備設(shè)施分布廣、專(zhuān)業(yè)多、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，邊緣云計(jì)算技術(shù)通過(guò)計(jì)算力的下沉，提高了數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，減輕了通信網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)，是城市軌道交通智能運(yùn)維［6-7］發(fā)展的必然選擇。

邊緣計(jì)算是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣執(zhí)行計(jì)算的一種新型計(jì)算模型，邊緣計(jì)算操作的對(duì)象包括來(lái)自于云服務(wù)的下行數(shù)據(jù)和來(lái)自于萬(wàn)物互聯(lián)服務(wù)的上行數(shù)據(jù)，而邊緣計(jì)算的邊緣是指從數(shù)據(jù)源到云中心路徑之間的任意計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源，是一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)［8-9］。

邊緣云通常是指“智慧城市軌道交通信息技術(shù)架構(gòu)的云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)”，是云平臺(tái)在軌道交通企業(yè)的具體應(yīng)用。邊緣云作為軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智慧管理的重要技術(shù)手段，更注重安全性和實(shí)時(shí)性，例如在自動(dòng)化駕駛時(shí)能夠提供毫秒級(jí)的時(shí)延保證［7］。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于邊緣云的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型由3級(jí)架構(gòu)組成：線(xiàn)網(wǎng)級(jí)、線(xiàn)路級(jí)、車(chē)站級(jí)；邊緣云在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

從圖1可以看出，在線(xiàn)網(wǎng)控制中心設(shè)置的設(shè)備主要有服務(wù)器集群、磁盤(pán)陣列、大屏顯示系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、工作站、打印機(jī)、云平臺(tái)交換機(jī)等設(shè)備組成。為了減輕邊緣云節(jié)點(diǎn)到云中心之間的數(shù)據(jù)傳輸壓力，在線(xiàn)路控制中心設(shè)置邊緣云節(jié)點(diǎn)，主要設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、后備線(xiàn)路服務(wù)器、工作站、云桌面，與傳統(tǒng)控制中心不同的是，這些設(shè)備均由云平臺(tái)提供，最大限度地發(fā)揮了邊緣云的優(yōu)勢(shì)，降低了建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及主要計(jì)算功能主要由邊緣云節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，只將計(jì)算結(jié)果及核心數(shù)據(jù)上傳到云中心，減輕了從邊緣云節(jié)點(diǎn)到云中心之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Α．?dāng)云中心設(shè)備或平臺(tái)通信主干網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將通過(guò)線(xiàn)路控制中心的后備服務(wù)器實(shí)現(xiàn)降級(jí)運(yùn)行，待故障解除后，再將數(shù)據(jù)恢復(fù)到云中心。

車(chē)站級(jí)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和上傳，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上傳至線(xiàn)路控制中心。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象主要包括供電、機(jī)電、通信、車(chē)輛、信號(hào)等專(zhuān)業(yè)的設(shè)備以及隧道、橋梁、結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。針對(duì)各類(lèi)設(shè)備設(shè)施不同的監(jiān)控需求，設(shè)置相應(yīng)傳感器，結(jié)合其他系統(tǒng)的既有數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，通過(guò)資源優(yōu)化，從數(shù)據(jù)源頭打破專(zhuān)業(yè)壁壘，形成跨專(zhuān)業(yè)的、開(kāi)放的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2.2 系統(tǒng)功能

按照云計(jì)算服務(wù)提供的資源所在的層次，可以將系統(tǒng)分為：（1）IaaS，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù);（2）PaaS，平臺(tái)即服務(wù);（3）SaaS，軟件即服務(wù)以及數(shù)據(jù)感知層。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

從圖2可以看出，數(shù)據(jù)感知層主要包括數(shù)據(jù)傳感體系、智能識(shí)別體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知、采集，并將采集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)上傳到上級(jí)服務(wù)器。IaaS主要提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和其他基本的硬件資源，例如在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中站級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置、邊緣云節(jié)點(diǎn)后備服務(wù)器及云中心的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)安全等功能；PaaS主要提供開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、庫(kù)、工具、服務(wù)等開(kāi)發(fā)環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、Web服務(wù)、基礎(chǔ)應(yīng)用開(kāi)發(fā)等功能；SaaS主要為用戶(hù)提供面向具體應(yīng)用場(chǎng)景的SaaS服務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)采集、信息管理、畫(huà)面監(jiān)控、動(dòng)作特性分析、狀態(tài)報(bào)警、狀態(tài)評(píng)估、輔助決策、維修維護(hù)、綜合報(bào)表等功能。各專(zhuān)業(yè)可根據(jù)自身特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求定制相關(guān)功能。

2.2.1 系統(tǒng)配置

對(duì)系統(tǒng)基本信息進(jìn)行管理和維護(hù)，包括用戶(hù)管理、基礎(chǔ)信息、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)日志等功能。

用戶(hù)管理：根據(jù)用戶(hù)的角色和權(quán)限，配置用戶(hù)登錄賬號(hào)并賦予相應(yīng)等級(jí)的權(quán)限。

基礎(chǔ)信息：分為線(xiàn)網(wǎng)信息、線(xiàn)路信息、車(chē)站信息、區(qū)域信息、設(shè)備信息、設(shè)施信息、列車(chē)數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，并具備擴(kuò)展功能。

數(shù)據(jù)處理：對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正并報(bào)警，支持手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)、自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，記錄儀表及設(shè)備設(shè)施維護(hù)信息。

系統(tǒng)日志：對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行信息及登錄人員的操作信息進(jìn)行記錄，形成日志文件，供日后查詢(xún)。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

采用智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、離線(xiàn)監(jiān)測(cè)、停電試驗(yàn)、日常巡視等所有可獲得運(yùn)維數(shù)據(jù)的手段［10］，對(duì)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)跨線(xiàn)路、跨專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)感知，形成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.3 信息管理

對(duì)設(shè)備設(shè)施的基本信息行動(dòng)態(tài)管理，包括設(shè)備的出廠(chǎng)信息、實(shí)時(shí)狀態(tài)信息、狀態(tài)報(bào)警等信息，以及深基坑沉降、道床、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的高清晰圖像等信息。

利用各種數(shù)據(jù)分析手段對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析和挖掘，制定跨專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用提供可用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2.4 畫(huà)面監(jiān)控

為值班人員提供快捷的操作方式，通過(guò)設(shè)備設(shè)施的樹(shù)形結(jié)構(gòu)、列表、曲線(xiàn)和圖譜等方式實(shí)時(shí)查看設(shè)備設(shè)施的圖片和基本信息，反映設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，包括設(shè)備占比、設(shè)備組成、設(shè)備的故障率、剩余壽命等信息。

2.2.5 動(dòng)作特性分析

采用故障錄波裝置實(shí)時(shí)記錄斷路器動(dòng)作前后的電流電壓波形，通過(guò)與斷路器特性參數(shù)比對(duì)，分析斷路器的性能變化［11］。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，推測(cè)斷路器性能變化趨勢(shì)，為故障預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持。

2.2.6 狀態(tài)報(bào)警

實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備設(shè)施狀態(tài)量變化，對(duì)于超出規(guī)定閾值范圍的劣化指標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的類(lèi)別和等級(jí)進(jìn)行圖像、聲音、光信號(hào)等多種形式的告警，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)備狀評(píng)估模塊，對(duì)設(shè)備設(shè)施的異常狀態(tài)進(jìn)行分析。

2.2.7 狀態(tài)評(píng)估

對(duì)設(shè)備設(shè)施健康狀態(tài)的各指標(biāo)進(jìn)行分析，構(gòu)建數(shù)理模型，建立狀態(tài)評(píng)估體系。對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行多維度的狀態(tài)評(píng)估，得到健康狀態(tài)、剩余壽命等評(píng)價(jià)結(jié)果。利用狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為軌道交通設(shè)備設(shè)施的維修策略提供可行性建議，并形成設(shè)備設(shè)施狀態(tài)評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.8 輔助決策

整合各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立專(zhuān)家系統(tǒng)［11-12］的知識(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和案例庫(kù)，涵蓋軌道交通運(yùn)維企業(yè)的修程修制、規(guī)則規(guī)程、監(jiān)控策略、應(yīng)急預(yù)案。當(dāng)發(fā)生故障或異常時(shí)，根據(jù)異常狀態(tài)關(guān)鍵字搜索專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和案例庫(kù)，自動(dòng)推送處理方案，幫助運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員迅速判斷事故，提高分析判斷能力。

2.2.9 維修維護(hù)

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施需要維護(hù)時(shí)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將相關(guān)信息推送至運(yùn)維人員，經(jīng)運(yùn)維人確認(rèn)后形成工單申請(qǐng)，自動(dòng)生成工作票、操作票和安全交底信息。同時(shí)自動(dòng)關(guān)聯(lián)相關(guān)的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，從工單申請(qǐng)至完成工單形成完整的閉環(huán)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)故障處理情況更新專(zhuān)家系統(tǒng)的案例庫(kù)，將重大故障納入風(fēng)險(xiǎn)源管控。

2.2.10 綜合報(bào)表

根據(jù)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的需求，將數(shù)據(jù)生成多種形式的報(bào)表，例如日、旬、月、年報(bào)表，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、臺(tái)帳缺陷等信息報(bào)表，事件告警記錄報(bào)表，維修維護(hù)報(bào)表等，運(yùn)營(yíng)企業(yè)可以自定義報(bào)表。報(bào)表以Excel、Word等格式形成文件，便于保存、傳閱和存檔。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)并列接入生產(chǎn)管理網(wǎng)，例如能源管理系統(tǒng)、安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)、協(xié)同辦公等系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文提出的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型已在廣州地鐵某線(xiàn)供電系統(tǒng)中實(shí)施，現(xiàn)以供電設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊為例，闡述基于邊緣云的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

3.1 工程概況

廣州地鐵某線(xiàn)全長(zhǎng)16.3 km，采用集中供電方式；正線(xiàn)新建13座車(chē)站，設(shè)置7座牽引降壓混合變電所及6座降壓變電所，牽引降壓混合變電所從主變電站獲得電能，經(jīng)過(guò)降壓和整流變壓器變成1 500 V直流電向動(dòng)車(chē)供電，所內(nèi)另設(shè)2臺(tái)動(dòng)力變壓器經(jīng)降壓后供給低壓配電。降壓變電所從主變電所獲得電能降壓變成380 V交流電供動(dòng)力照明設(shè)備用電。新建車(chē)輛段一座，在車(chē)輛段內(nèi)設(shè)置1座牽引降壓混合變電所。供電系統(tǒng)采用架空接觸網(wǎng)供電，鋼軌回流［13］。該線(xiàn)已于2020年12月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

供電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊的主要監(jiān)測(cè)對(duì)象有110kV油浸主變壓器、110 kV GIS、110 kV電纜、無(wú)功補(bǔ)償裝置、35 kV GIS開(kāi)關(guān)柜、35 kV電纜；1 500 V直流開(kāi)關(guān)柜、整流變壓器、整流器柜、再生制動(dòng)裝置、配電變壓器，低壓柜、二次設(shè)備等。

根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，提出以下設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得電量、機(jī)械量、溫度、化學(xué)量、聲音、頻譜、環(huán)境等數(shù)據(jù);

（2）建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化體系;

（3）建立設(shè)備狀態(tài)評(píng)估體系;

（4）輔助決策，推動(dòng)智能化管理。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，要求在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備可靠性、實(shí)時(shí)性、可維護(hù)性等性能。

3.3 設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

供電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

該地鐵線(xiàn)的邊緣云節(jié)點(diǎn)設(shè)備設(shè)置在公園前控制中心內(nèi)，包括邊緣云后備服務(wù)器、工作站、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全、UPS等設(shè)備。過(guò)程層設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和上傳功能，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖物理鏈路環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)上傳到線(xiàn)路控制中心，由邊緣云節(jié)點(diǎn)后備服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理，并將邊緣云節(jié)點(diǎn)后備服務(wù)器發(fā)出的控制信息傳達(dá)到站級(jí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信等功能。同時(shí)，通過(guò)云平臺(tái)通信主干網(wǎng)將核心數(shù)據(jù)上傳至云中心服務(wù)器。供電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖如圖3所示。

從圖3可以看出，根據(jù)主變電所、牽引降壓混合變電所、降壓變電所的設(shè)備類(lèi)型，設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控單元，主要分為絕緣油綜合監(jiān)控單元、氣體綜合監(jiān)控單元、局放綜合監(jiān)控單元、開(kāi)關(guān)特性監(jiān)控單元、多參量綜合監(jiān)控單元、環(huán)境綜合監(jiān)控單元。

絕緣油綜合監(jiān)控單元通過(guò)油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置、油中微水監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)油浸變壓器油中溶解氣體濃度、油中水分含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。氣體綜合監(jiān)控單元通過(guò)置SF6微水密度傳感器，對(duì)各類(lèi)GIS設(shè)備氣體的壓力、水分含量、溫度和濕度等非電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。局放綜合監(jiān)控單元通過(guò)特高頻（UHF）傳感器、超聲波（AE）傳感器對(duì)變壓器、開(kāi)關(guān)柜、高壓電纜等進(jìn)行放電量和放電次數(shù)監(jiān)測(cè)。開(kāi)關(guān)特性監(jiān)控單元通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)裝置對(duì)36 kV開(kāi)關(guān)柜、1 500 V直流開(kāi)關(guān)柜的斷路器動(dòng)作特性進(jìn)行采樣、錄波、分析。多參量綜合監(jiān)控單元通過(guò)各類(lèi)傳感器及互感器進(jìn)行電流、電壓、繞組溫度進(jìn)行測(cè)量。環(huán)境綜合監(jiān)控單元主要對(duì)設(shè)備所在環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

站控層監(jiān)測(cè)單元通過(guò)通訊管理機(jī)與站級(jí)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，充分利用變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如設(shè)備的電流、電壓、功率等常規(guī)數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)重復(fù)采集而造成浪費(fèi)。

車(chē)站級(jí)設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)上傳到邊緣云節(jié)點(diǎn)服務(wù)器。邊緣云節(jié)點(diǎn)服務(wù)器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗［14］、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等處理后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地進(jìn)行統(tǒng)一管理，為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)作特性分析、狀態(tài)評(píng)估和輔助決策等功能應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)將核心數(shù)據(jù)上傳至云中心服務(wù)器。

斷路器開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性波形向量分析圖如圖4所示。

從圖4可以看出，對(duì)牽引降壓混合變電所的36 kV交流開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行了展示。波形數(shù)據(jù)采集單元對(duì)斷路器動(dòng)作前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行錄波，并形成波形文件。通過(guò)與整定值比對(duì)，分析繼電保護(hù)出口時(shí)間、斷路器動(dòng)作時(shí)間、燃滅弧時(shí)間、滅弧時(shí)間等參數(shù)，對(duì)斷路器動(dòng)作進(jìn)行診斷，為設(shè)備維修輔助決策提供依據(jù)，并根據(jù)處理結(jié)果更新專(zhuān)家系統(tǒng)案例庫(kù)［15］。

4 結(jié)語(yǔ)

邊緣云具有資源共享、安全可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，基于邊緣云的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以設(shè)備設(shè)施在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)參量的采集、存儲(chǔ)、處理。根據(jù)運(yùn)維企業(yè)的需求提供狀態(tài)預(yù)警、狀態(tài)評(píng)估、輔助決策、自動(dòng)報(bào)表等功能，減少人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢頻次，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、消除隱患，提高設(shè)備設(shè)施的穩(wěn)定性，確保軌道交通安全運(yùn)行。以控人、降本、增效為目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、調(diào)用便捷、計(jì)算準(zhǔn)確、運(yùn)行高效的智能化運(yùn)維提供了條件［16］，運(yùn)維企業(yè)實(shí)現(xiàn)從“計(jì)劃修”向“狀態(tài)修”的轉(zhuǎn)變，提高了軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)的管理水平。

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