城市軌道交通智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)研究

黃文豪,曾清旋,俞 銘

(國電南京自動(dòng)化股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

在城市軌道交通領(lǐng)域,安全與穩(wěn)定的運(yùn)營一直是至關(guān)重要的目標(biāo)。城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和解決方案,滿足了軌道交通系統(tǒng)對(duì)安全性和高效運(yùn)營的迫切需求,正在日益受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。

城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)作為地鐵的重要子系統(tǒng)之一,通過預(yù)先設(shè)定的巡更人員和巡更計(jì)劃,管理和分配巡更點(diǎn)、巡更路線和巡更順序等信息,監(jiān)督和記錄車站、車輛基地的安全巡邏和巡檢工作,通過無線通信技術(shù)采集實(shí)際巡更記錄,與對(duì)預(yù)設(shè)的巡更計(jì)劃比,為管理者提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析[1]。

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),我國城市軌道交通已邁入網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運(yùn)營的關(guān)鍵階段。電子巡更系統(tǒng)通過線下巡更與線上智能化的有機(jī)結(jié)合巧妙地契合了網(wǎng)絡(luò)化和高效化的需求,能夠便捷地管理巡更人員和巡更數(shù)據(jù)。每個(gè)車站站點(diǎn)的巡更數(shù)據(jù)能夠集中共享至中心,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中共享和業(yè)務(wù)需求快速響應(yīng)。這種新的智能巡更模式有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)巡更模式的不足之處,通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等快速發(fā)展的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)巡更數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和記錄,確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性,并對(duì)大量的巡更數(shù)據(jù)進(jìn)行高效分析,提供全面的巡更活動(dòng)情況和趨勢(shì)分析。城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)的智能化發(fā)展勢(shì)不可擋,必將引領(lǐng)下一代巡檢巡更系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)采用云平臺(tái)對(duì)全線服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)硬件資源進(jìn)行集中式部署,每個(gè)車站有單獨(dú)的主數(shù)據(jù)庫,但會(huì)將備用數(shù)據(jù)庫部署在中心,所有的數(shù)據(jù)都通過接口備份在中心數(shù)據(jù)庫,相比傳統(tǒng)方案具有以下優(yōu)勢(shì)。

1.1 云平臺(tái)管理,集中式部署

電子巡更系統(tǒng)云平臺(tái)進(jìn)行集中式部署[2],系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)需求的變化。云平臺(tái)提供了彈性資源分配和自動(dòng)擴(kuò)展的能力,可以根據(jù)系統(tǒng)的需求快速增加或減少硬件資源,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的管理和運(yùn)維任務(wù),也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性,降低了分散管理的復(fù)雜性和成本。

1.2 采用站點(diǎn)管理-控制中心匯總

每個(gè)站點(diǎn)都獨(dú)立管理和控制其所屬的設(shè)備和數(shù)據(jù),并存儲(chǔ)在自己的主數(shù)據(jù)庫中。盡管數(shù)據(jù)分散在各個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)庫中,但這些數(shù)據(jù)會(huì)傳輸同步至中心的備份數(shù)據(jù)庫。這樣可以確保中心具有所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)的備份,并且方便對(duì)整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析,從而生成更全面的巡更報(bào)告。巡更棒、傳輸設(shè)備和攝像頭由各自所屬站點(diǎn)的管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。這意味著每個(gè)站點(diǎn)之間相互獨(dú)立運(yùn)行,可以獨(dú)立管理和執(zhí)行巡更任務(wù)。

1.3 提高電子巡更系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性

在應(yīng)用層采用了綜合監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的主備冗余機(jī)制,輔以其虛擬化技術(shù)的高級(jí)功能,如動(dòng)態(tài)熱遷移、負(fù)載均衡策略、主機(jī)HA等,使其具備快速恢復(fù)和無縫切換的特點(diǎn),且可以做到恢復(fù)數(shù)據(jù)。借助豐富的云平臺(tái)資源,降低了由于硬件故障導(dǎo)致的損失,保證了安全可靠性,保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 巡更設(shè)備安裝簡(jiǎn)單、成本低廉

巡更硬件設(shè)備采用接觸式巡更,巡更棒與安裝在巡更地點(diǎn)的地點(diǎn)卡進(jìn)行接觸,高效讀取巡更地點(diǎn)信息。離線式的無線化設(shè)計(jì)避免了布線的煩瑣,并且具有低成本和安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)[3]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)邏輯上可以分為云平臺(tái)運(yùn)維管理和電子巡更系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳輸可以將智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)的軟件架構(gòu)細(xì)分為:數(shù)據(jù)鏈路層、數(shù)據(jù)傳輸層、管理功能組件、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、訪問層。系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)軟件架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)鏈路層

智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)有多個(gè)站點(diǎn)都需要部署巡更設(shè)備和服務(wù)器,每個(gè)站點(diǎn)都獨(dú)立管理和控制各自的數(shù)據(jù)和設(shè)備。巡更棒及其傳輸設(shè)備、攝像頭和巡更數(shù)據(jù)都連接到各自所屬的站點(diǎn)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。中心不直接參與站點(diǎn)的設(shè)備管理和控制,而是通過云平臺(tái)同步各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)并登錄系統(tǒng)來查看。巡更棒的數(shù)據(jù)采集就是在數(shù)據(jù)鏈路層建立連接,通過無線傳輸(NFC)來采集數(shù)據(jù),并通過有線連接(USB)來實(shí)現(xiàn)上傳[4]。

(1)地點(diǎn)卡:地點(diǎn)卡是安裝在巡更地點(diǎn)的一種被動(dòng)式設(shè)備。通常包含一個(gè)特定的標(biāo)識(shí)符(如RFID標(biāo)簽),用于識(shí)別巡更地點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)。當(dāng)巡更棒與地點(diǎn)卡接觸時(shí),巡更棒會(huì)讀取地點(diǎn)卡上的標(biāo)識(shí)信息,以確定當(dāng)前所處的巡更地點(diǎn)。

(2)人員卡:人員卡是巡更人員攜帶的一種被動(dòng)式設(shè)備,通常是一張帶有個(gè)人身份信息和權(quán)限的卡片或標(biāo)簽。巡更人員通過將巡更棒與其人員卡接觸,可以將巡更信息與巡更人員相關(guān)聯(lián)。

(3)巡更棒:巡更棒是一種便攜式設(shè)備,通常類似于一個(gè)手柄或類似于USB設(shè)備的形態(tài)。它被巡更人員攜帶,用于與地點(diǎn)卡和人員卡進(jìn)行接觸,并讀取相關(guān)的巡更數(shù)據(jù)和身份信息。巡更棒可以記錄巡更時(shí)間、地點(diǎn)和人員等信息。

(4)巡更棒底座(數(shù)據(jù)上傳設(shè)備):巡更棒底座是一個(gè)設(shè)備或接口,用于連接巡更棒以將采集到的數(shù)據(jù)上傳至中心或服務(wù)器。巡更棒通過將其插入巡更棒底座來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和上傳。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

站點(diǎn)的電子巡更系統(tǒng)通過云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸功能與其中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。為了確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸,云平臺(tái)使用了傳輸控制協(xié)議(TCP)。對(duì)于攝像頭的視頻傳輸,RUDP在數(shù)據(jù)傳輸層的邏輯中提供了低延遲的數(shù)據(jù)傳輸,非常適合實(shí)時(shí)性要求較高的視頻傳輸。在攝像頭的控制方面,使用了實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTCP)。RTCP在數(shù)據(jù)傳輸層的邏輯中用于傳遞攝像頭的控制命令。同時(shí),軌道交通巡更數(shù)據(jù)總體評(píng)估等功能在內(nèi)的中心電子巡更系統(tǒng)拓展功能也需要依賴于站點(diǎn)到中心的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 管理功能組件

通過該部分提供的各類組件對(duì)待收集或已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對(duì)性的管理,包括主備冗余機(jī)制、權(quán)限管理、歷史數(shù)據(jù)管理、設(shè)備控制服務(wù)(控制攝像頭)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)服務(wù)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)服務(wù)(對(duì)上傳的巡更數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、統(tǒng)計(jì)和評(píng)估)。管理功能組件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能起到承上啟下的連接作用。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要針對(duì)智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)為業(yè)主提供的應(yīng)用功能需求展開分析,主要包括畫面顯示、巡更數(shù)據(jù)管理、攝像頭控制、任務(wù)推送、巡更數(shù)據(jù)上傳、報(bào)表記錄統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。

2.5 訪問層

基于業(yè)務(wù)應(yīng)用層開發(fā)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用功能,站點(diǎn)的訪問層可以通過智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)的顯示大屏實(shí)時(shí)查看站點(diǎn)上不同巡更線路的狀態(tài),中心的訪問層則可以查看所有站點(diǎn)上的巡更數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

城市軌道交通智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)功能包含依托智能安防集成平臺(tái)的電子巡更系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能、安防電子巡更業(yè)務(wù)功能、兼容云平臺(tái)部署運(yùn)行功能,如圖2所示。

圖2 城市軌道智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)功能

3.1 依托智能安防集成平臺(tái)的電子巡更系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能

(1)高性能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái):系統(tǒng)高性能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái),為電子巡更系統(tǒng)的各個(gè)子功能模塊提供強(qiáng)大的支撐[2]。

(2)主備冗余機(jī)制:通過設(shè)置主備設(shè)備,當(dāng)主設(shè)備發(fā)生故障或不可用時(shí),備用設(shè)備會(huì)接管工作,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全性。電子巡更系統(tǒng)的設(shè)備包括了服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫設(shè)備,是電子巡更數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)的底層硬件支撐。

(3)數(shù)據(jù)隔離功能:在云平臺(tái)的導(dǎo)航欄中,每個(gè)不同的站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是不同的電子巡更系統(tǒng)。進(jìn)入該站點(diǎn)的巡更系統(tǒng)界面后,用戶只能查看到該站點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息,確保了數(shù)據(jù)和設(shè)備的隔離和保密性。當(dāng)某站點(diǎn)的系統(tǒng)崩潰將不會(huì)影響其他站點(diǎn)的系統(tǒng)運(yùn)行。

(4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)功能:將生成的巡更數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中,通過云平臺(tái)將數(shù)據(jù)同步至備用數(shù)據(jù)庫。

(5)設(shè)備控制服務(wù)功能:對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理,包括控制攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控,以支持系統(tǒng)的安全監(jiān)控和管理。

3.2 安防電子巡更業(yè)務(wù)功能

(1)巡更點(diǎn)管理:對(duì)巡更點(diǎn)的信息進(jìn)行查詢、新增、修改和刪除操作,以實(shí)現(xiàn)對(duì)巡更點(diǎn)的靈活管理和維護(hù)。每個(gè)巡更點(diǎn)綁定一個(gè)地點(diǎn)卡。巡更點(diǎn)記錄的匹配就是根據(jù)地點(diǎn)卡的唯一標(biāo)識(shí)。巡更點(diǎn)綁定攝像頭之后可以查看攝像頭畫面。

(2)攝像頭控制:對(duì)攝像頭進(jìn)行控制,包括轉(zhuǎn)向、放大、縮小、變倍、預(yù)置位設(shè)置、預(yù)置位調(diào)用和預(yù)置位刪除。

(3)巡更路徑管理:對(duì)巡更路徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更路徑的配置實(shí)際是對(duì)巡更點(diǎn)進(jìn)行組合排列。

(4)用戶及權(quán)限管理:系統(tǒng)具備用戶管理、用戶權(quán)限管理等功能,為不同用戶角色提供不同的權(quán)限,分配不同的責(zé)任區(qū),從而保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性和可靠性。

(5)巡更人員管理:對(duì)巡更人員進(jìn)行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更人員是系統(tǒng)用戶的一種特殊身份,管理員可以為系統(tǒng)用戶添加巡更身份,創(chuàng)建巡更人員,系統(tǒng)用戶有不同的角色分配,不同角色的權(quán)限、責(zé)任區(qū)是不一樣的。

(6)巡更計(jì)劃管理:對(duì)巡更計(jì)劃進(jìn)行創(chuàng)建、安排、調(diào)整和刪除操作。巡更計(jì)劃能在設(shè)定好的規(guī)定的時(shí)間生成巡更任務(wù)。

(7)巡更任務(wù)管理:對(duì)巡更任務(wù)進(jìn)行查詢、新增、確認(rèn)和刪除操作。每個(gè)巡更任務(wù)生成時(shí)都會(huì)生成一個(gè)空的巡更記錄等待巡更點(diǎn)記錄的上傳和巡更數(shù)據(jù)的綁定。巡更計(jì)劃生成的巡更任務(wù)是不會(huì)自動(dòng)分配巡更人員的,需要通過管理員指派巡更人員,即確認(rèn)巡更任務(wù)。

(8)任務(wù)推送:系統(tǒng)會(huì)根據(jù)巡更計(jì)劃來定時(shí)生成巡更任務(wù),在管理員分配任務(wù)后,系統(tǒng)會(huì)將巡更任務(wù)推送給對(duì)應(yīng)的巡更人員,確保巡更工作按時(shí)、有序地執(zhí)行。

(9)巡更記錄管理:對(duì)巡更記錄進(jìn)行查詢、新增、修改和刪除操作,當(dāng)巡更記錄匹配上新的巡更點(diǎn)記錄后會(huì)更新巡更記錄的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。新增的巡更記錄屬于自由巡更,將不會(huì)匹配任何一條線路,沒有規(guī)定必須檢測(cè)的巡更點(diǎn)。

(10)巡更記錄統(tǒng)計(jì):巡更記錄會(huì)對(duì)預(yù)定的巡更路線和其匹配的巡更點(diǎn)記錄進(jìn)行對(duì)比和評(píng)估,統(tǒng)計(jì)巡更記錄的完成情況、完整率、狀態(tài)(包括正常、早檢、遲檢、漏檢、多檢、亂序和人員錯(cuò)誤)以及具體是哪個(gè)巡更點(diǎn)記錄和預(yù)定巡更點(diǎn)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

(11)巡更點(diǎn)記錄管理:對(duì)巡更點(diǎn)記錄進(jìn)行查詢、匹配和刪除操作,巡更點(diǎn)記錄除了匹配信息其他都是不可更改的。

(12)巡更點(diǎn)記錄匹配:巡更點(diǎn)記錄可以和一條巡更記錄進(jìn)行解綁或綁定匹配操作,這一操作會(huì)更新巡更記錄的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。同步的巡更點(diǎn)記錄按照巡更人員和巡更時(shí)間會(huì)自動(dòng)檢索匹配對(duì)應(yīng)的巡更記錄,匹配錯(cuò)誤或是未匹配的巡更點(diǎn)記錄則可以由管理員手動(dòng)匹配。

(13)巡更采集:可以匹配人物卡來更新巡更棒的狀態(tài),可以實(shí)時(shí)匹配現(xiàn)場(chǎng)的地點(diǎn)卡完成巡更操作采集巡更數(shù)據(jù)。

(14)數(shù)據(jù)上傳:支持通過USB連接巡更棒底座實(shí)現(xiàn)巡更棒內(nèi)數(shù)據(jù)的上傳操作,巡更棒可儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)條目有上限,還可以對(duì)巡更棒進(jìn)行數(shù)據(jù)清空的操作,同一數(shù)據(jù)不可以重復(fù)上傳。同步數(shù)據(jù)后會(huì)生成對(duì)應(yīng)的巡更點(diǎn)記錄并匹配巡更記錄。

3.3 巡更設(shè)備傳輸接口

巡更設(shè)備傳輸接口通常作為服務(wù)端,完成巡更棒的數(shù)據(jù)接收、解析,將巡更狀態(tài)數(shù)據(jù)拼接成報(bào)文并發(fā)送給中心或站點(diǎn)。

3.4 兼容云平臺(tái)部署運(yùn)行

電子巡更系統(tǒng)跟隨城市軌道交通云化的趨勢(shì),具備在云平臺(tái)上安裝、部署和正常運(yùn)行的能力。這使得系統(tǒng)具備了更大的靈活性、中心化管理和數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提升了電子巡更系統(tǒng)的效能和適應(yīng)性。

4 結(jié)語

在建設(shè)現(xiàn)代化的交通體系和智慧城市的過程中,安全和智能化的管理手段是必不可少的[5]。城市軌道智能安防集成平臺(tái)電子巡更系統(tǒng)有效整合了信息技術(shù)與安全管理,為城市軌道交通系統(tǒng)提供了科學(xué)而高效的安全監(jiān)控和管理手段。為順應(yīng)建設(shè)交通強(qiáng)國與智慧城市的需要,電子巡更未來的發(fā)展必將更加蓬勃,本文對(duì)于電子巡更的探討對(duì)未來城市軌道智能安防的研究起到一定的參考作用。