地鐵供電實時監測系統的實現與應用

申雨卉

（中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津 300308）

0 引 言

由于地鐵電力系統比較復雜，因此監控系統采用兩級、三級的控制方式，不同管理層級間緊密聯系又相互獨立。采集電力系統中重要設備的運行狀態信息，在監測中心將數據信息以圖像或表格的方式呈現給調度人員，監控系統根據控制邏輯向電力系統發出控制指令，可以對地鐵電力系統進行監測、控制和管理。車站級監控系統可以對車站電力設備運行信息進行采集，如果監控系統或者通信回路存在故障，則無法獲取電力設備的運行狀態，不能第一時間發現可能存在的隱患。現場級測控要安裝在電力設備附近，與監控中心或車站監控系統的通信協議可以相互兼容，實現實時信息交互[1-3]。前端由傳感器設備負責感知整個地鐵供電環境數據，包括電流、電壓、功率等，通過傳感器設備內部的無線傳輸模塊將這些數據信息發送到地鐵供電實時監測系統，后臺能夠根據各類采集的數據信息對整個地鐵供電設備進行遠程控制。

1 相關技術

1.1 物聯網數據采集與傳輸

在地鐵供電實時監測系統的研發與設計中，數據信息主要由物聯網（Internet of Things，IoT）終端來進行采集與傳輸，傳感器設備類型不同，每一個物聯網設備安裝在地鐵電力設備的附近，以此來進行前端不同業務數據信息的狀態采集。整個無線傳輸網絡由不同類型的傳感器設備組成，用戶能夠進行設置與管理操作來完成相關數據信息的采集、前端處理與分析工作[4]。

1.2 SSM開源框架

在信息系統建設中，Java EE是大型網站的主流技術開發平臺。整個技術開發平臺中融合了MyBatis、Spring等多種開源技術架構，技術人員根據業務處理的需要能夠對功能進行快速開發，提升系統的開發效率。本系統的設計與編碼主要采用Java EE開源框架，具備良好的安全性與維護性，方便用戶在前端頁面瀏覽采集的各類監控數據信息，進行統計分析、遠程控制等操作。

2 需求分析

在整個地鐵供電實時監測系統的實現中，前期的核心內容是確定整個系統需要實現的業務功能。圍繞數據采集傳輸、數據應用、實時監測等需求進行分析，確定這些功能的用例圖后進行建模分析，并對這些業務功能進行實現與測試[5]。

2.1 業務流程分析

整個地鐵供電實時監測系統是典型的IoT技術應用系統，系統能夠完成對各類供電參數信息與視頻的監控，后續在應用層對這些數據信息進行記錄、分析與管理。

通過傳感器記錄整個地鐵供電系統中的電壓、電流等參數信息，然后將這些參數傳輸到系統平臺的前端頁面，如果有異常，則系統進行報警，提醒值班人員進行處理。在地鐵供電實時監測系統中，用戶能夠進行遠程控制、數據統計分析等操作，滿足地鐵供電實時監測系統的處理需求[6]。

2.2 性能需求

在非功能需求的指標中，系統可靠性是關鍵部分，其與整個系統的安全穩定息息相關，系統穩定運行的指標是故障間隔時間在2個星期以上。此外，若整個系統的響應時間較長，則必然降低系統的友好性。基于此，整個系統業務功能的最高響應時間不應超過3 s。

3 系統設計與實現

3.1 系統總體架構設計

在整個地鐵供電實時監測系統中，需要圍繞當前IoT技術的特點進行設計。在供電系統監測環境中部署大量不同類型的傳感器，之后進行傳輸網絡的調試，設置網絡節點、普通節點，確保整個數據信息的采集順利。地鐵供電實時監測系統架構如圖1所示。

圖1 地鐵供電實時監測系統架構

將傳感器設備部署在電力運行環境中，通過感知層及時感知與采集各類參數信息，包括電壓、電流、功率等，之后將這些信息通過網絡傳輸到應用層。在網絡層的具體設計中，其主要任務是將前端采用的參數信息通過不同的網絡模塊進行傳輸，根據業務的使用場景選擇不同的傳輸模塊。應用層是整個系統的核心，主要采用Java技術開發，負責對前端采集的各類數據信息進行顯示，根據業務處理需求進行設備的遠程調試[7]。

3.2 數據采集與傳輸功能實現

根據業務處理需要，整個系統中需要使用到的傳感器設備較多，主要負責采集供電系統的各類數據信息。在整個地鐵供電實時監測系統中，需要采集的數據信息有電壓、電流等參數，這些參數主要由前端的傳感器設備獲取[8]。

3.3 遠程控制功能實現

地鐵供電實時監測系統中，系統管理功能主要是指用戶通過PC端對各類傳感器信息進行瀏覽查看、遠程控制等操作。具體流程如圖2所示。

圖2 遠程控制管理流程

系統對設備運行狀態進行實時監測，在出現異常后及時發送報警信息，之后由管理員對地鐵中的配電設備進行遠程控制，消除出現的隱患。

3.4 數據應用功能實現

通過IoT技術能夠實現各類供電系統數據信息的采集，這些數據統一存儲在數據庫中，后續針對特定的數據信息進行分析與統計，以此來確定整個地鐵電力的消耗狀況。數據報表統計具體流程如圖3所示。

圖3 數據統計流程

針對餅狀圖、柱狀圖等統計分析模型，管理員需要設置時間、部門等信息，之后由系統調用業務邏輯程序完成統計操作，并在前端顯示這些統計報表數據。日常操作中，管理員也可以對數據信息進行查詢。

4 系統施工與咨詢

4.1 系統施工

在系統施工過程中，需要進行資源分配、軟件配置規劃、性能優化、系統容量預測等，使得整個系統的安裝能夠順利進行。同時為了地鐵供電實時監測系統項目的正常運行，及時響應客戶的請求，需要建立有效且完善的技術服務維護機制，確保技術服務維護工作在適當的管理和控制下進行。每一個階段的工作完成后都需要進行技術與施工資料的歸檔，方便后期查閱。

4.2 系統咨詢

針對地鐵供電實時監測系統項目，提供不同類型的技術咨詢服務（包括熱線電話服務、網絡遠程支持及現場駐點等），提供7×24 h的服務響應，保證地鐵方可以隨時找到駐場的技術人員。技術服務問題受理流程如下文所述。

（1）單位技術服務部門受理臺接到用戶問題電話后，問題受理分析員為每次問題報修填寫一張問題受理單，針對故障緊急程度確定服務響應的級別，并回復報修人問題受理編號。

（2）問題受理分析員初步分析后，通過手機或固定值班電話通知相關在用系統的值班員，并告知報修人、聯系電話和問題受理編號等信息，按照不同級別進行響應處理。

（3）各系統的技術服務人員在排除問題或有初步處理結果后，要填寫問題處理單，必須注明問題接報時間、問題原因等關鍵內容，并立即向問題受理分析員報告，進行問題銷單處理。

（4）問題受理分析員必須嚴格跟蹤每個問題派修后的處理情況，在沒有收到運行支撐人員或用戶的問題處理情況反饋意見時，必須及時去電詢問問題處理部門的處理意見，去電告知用戶問題處理情況并詢問用戶意見。問題受理分析員在接到問題恢復報告后，直接再與用戶聯系，確認問題是否恢復，并登記問題恢復時間和用戶滿意度。

（5）每次問題處理結束，受理臺打電話給用戶去詢問問題的處理情況及用戶是否滿意。

5 結 論

地鐵供電實時監測系統能夠對電流、電壓、功率等數據信息進行采集與傳輸，平臺端根據采集的數據信息完成實時監測、設備遠程控制、統計分析等功能，為地鐵供電系統的運維提供信息化的高效率管理方式，一定程度提升了地鐵交通的安全性。未來發展中，不僅要要結合實際用戶的使用意見對此系統進行改進，而且還要持續提升系統采集、傳輸數據信息的穩定性。