城市軌道交通車站機(jī)電設(shè)備與監(jiān)控融合研究

劉浩愷 胡文濤 彭 程

（中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300250）

隨著云平臺(tái)技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，如何厘清傳統(tǒng)的軌道交通綜合監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、視頻監(jiān)控等與云平臺(tái)的關(guān)系，更好地利用云平臺(tái)的資源是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)[1]。本文結(jié)合目前業(yè)界有供貨的技術(shù)產(chǎn)品以及部分工程的試點(diǎn)情況，探討了城市軌道交通機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的融合方案和關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。

1 融合監(jiān)控的可行性

首先應(yīng)從技術(shù)的可行性上和與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性上確定可以融合監(jiān)控的設(shè)備。根據(jù)規(guī)范，車站的消防專用設(shè)備必須由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)直接監(jiān)控，因此不在機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的融合范圍內(nèi)?？紤]融合監(jiān)控的方式時(shí)，可以根據(jù)被控設(shè)備的數(shù)據(jù)類型以及位置確定融合的方式，例如將物理位置相近的設(shè)備都接入同一個(gè)網(wǎng)關(guān)接口或把數(shù)據(jù)類型接近的設(shè)備接入同一個(gè)網(wǎng)關(guān)接口[2]。

在軌道交通車站的同一個(gè)區(qū)域或房間內(nèi)有多種機(jī)電設(shè)備需要被監(jiān)控，監(jiān)控的數(shù)據(jù)類型可分為3種，即開關(guān)量狀態(tài)、模擬量狀態(tài)、視頻音頻流以及文字[3]。

除消防專用設(shè)備外，軌道交通車站機(jī)電設(shè)備主要監(jiān)控對(duì)象如表1所示。

表1 軌道交通車站主要監(jiān)控對(duì)象

車站機(jī)電設(shè)備主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分類以及接入方式 如表2所示。

表2 車站機(jī)電設(shè)備主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分類以及接入方式

傳統(tǒng)上車站內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)通過專業(yè)的成套系統(tǒng)分別對(duì)不同子系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了具備同時(shí)對(duì)多種類型設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的末端融合監(jiān)控產(chǎn)品，為車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的融合提供了條件。

2 城軌云平臺(tái)與車站融合監(jiān)控

國(guó)內(nèi)已有部分軌道交通線路成功應(yīng)用了云平臺(tái)技術(shù)，但目前的云平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用主要是IaaS（基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)），即不改變?cè)瓉碥壍澜煌ǜ鱾€(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)，由云平臺(tái)應(yīng)用虛擬化技術(shù)為綜合監(jiān)控、CCTV等系統(tǒng)提供虛擬服務(wù)器，本質(zhì)上只是將各系統(tǒng)原本的硬件服務(wù)器改成了云平臺(tái)提供的虛擬服務(wù)器。

現(xiàn)階段，城軌云平臺(tái)已經(jīng)在向PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）過渡。城軌云平臺(tái)通過部署一套統(tǒng)一的軟件提供傳統(tǒng)各個(gè)分立子系統(tǒng)的功能[4]，需要將車站內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接納入云平臺(tái)監(jiān)控，改變各自分立的監(jiān)控方式。

城軌云平臺(tái)的IaaS應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1 城軌云平臺(tái)的IaaS下的應(yīng)用架構(gòu)

城軌云平臺(tái)PaaS和SaaS下的數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

圖2 城軌云平臺(tái)PaaS和SaaS下的數(shù)據(jù)流向

3 機(jī)電設(shè)備融合監(jiān)控設(shè)備方案

為了將車站的各種機(jī)電數(shù)據(jù)直接接入云平臺(tái)，可以采用一種被稱為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的終端設(shè)備，該設(shè)備不僅可在同一個(gè)物理實(shí)體上接入開關(guān)量狀態(tài)、模擬量狀態(tài)，還能接入音視頻等非結(jié)構(gòu)化信息。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)同時(shí)具有多個(gè)數(shù)字量輸入（DI）、數(shù)字量輸出（DO）、串行通信接口（如RS485）、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)），還有多個(gè)同軸接口（用于模擬視頻或音頻連接），是具備融合監(jiān)控功能的工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是普遍使用的工業(yè)通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的邏輯控制編程軟件，還可以配置無線物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的接入模塊。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以作為車站機(jī)電的終端設(shè)備與軌道交通云平臺(tái)的接入設(shè)備，將傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備無縫接入云平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

機(jī)電設(shè)備融合監(jiān)控方案架構(gòu)如圖3所示。

圖3 機(jī)電設(shè)備融合監(jiān)控方案架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是智慧地鐵與終端機(jī)電設(shè)備銜接的關(guān)鍵設(shè)備，其本質(zhì)是小型化高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)與軟件定義工業(yè)控制器的結(jié)合，打破了IT與工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的隔閡，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)終端設(shè)備的融合。在具體實(shí)施過程中，需要注意物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的安裝位置應(yīng)該與接入設(shè)備的物理位置相結(jié)合，保證各個(gè)專業(yè)的設(shè)備就近接入。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用深度定制的硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、控制軟件和協(xié)議。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有產(chǎn)品達(dá)到了IEC 61508 SIL3（工業(yè)領(lǐng)域）、EN 50128 SIL4（軌道交通）的安全認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)無冗余代碼、代碼安全可控、分時(shí)分區(qū)安全機(jī)制和確定性機(jī)制，具備可靠的低延遲特性，可保證在軌道交通車站機(jī)電設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域的可靠應(yīng)用。

通過統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)代替了傳統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)自成網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)設(shè)備、終端控制設(shè)備，可簡(jiǎn)化車站機(jī)電綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)，增加設(shè)備的統(tǒng)一性，提高整個(gè)車站機(jī)電系統(tǒng)的可維護(hù)性。通過簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)，降低了網(wǎng)絡(luò)信息安全防護(hù)措施復(fù)雜性，提高了信息安全審計(jì)的及時(shí)性與可追溯性。

4 結(jié)語

通過梳理軌道交通主要機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)格式的特點(diǎn)以及設(shè)備在車站的分布情況，結(jié)合軌道交通云平臺(tái)數(shù)據(jù)融合的需求，可以得出采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)軌道機(jī)電設(shè)備監(jiān)控的融合監(jiān)控是軌道交通云平臺(tái)技術(shù)深入應(yīng)用的必然。目前已經(jīng)有類似架構(gòu)的融合方案在一些軌道交通項(xiàng)目試點(diǎn)（昆明4號(hào)線）。隨著建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，城軌云逐步向PaaS和SaaS過渡，車站機(jī)電設(shè)備的融合監(jiān)控將得到廣泛應(yīng)用。