城市軌道交通車站機電設備與監控融合研究

劉浩愷 胡文濤 彭 程

（中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津 300250）

隨著云平臺技術在城市軌道交通領域的應用，如何厘清傳統的軌道交通綜合監控、環境與設備監控、視頻監控等與云平臺的關系，更好地利用云平臺的資源是現階段的研究重點[1]。本文結合目前業界有供貨的技術產品以及部分工程的試點情況，探討了城市軌道交通機電設備監控的融合方案和關鍵技術要點。

1 融合監控的可行性

首先應從技術的可行性上和與設計標準的合規性上確定可以融合監控的設備。根據規范，車站的消防專用設備必須由火災自動報警系統直接監控，因此不在機電設備監控的融合范圍內。考慮融合監控的方式時，可以根據被控設備的數據類型以及位置確定融合的方式，例如將物理位置相近的設備都接入同一個網關接口或把數據類型接近的設備接入同一個網關接口[2]。

在軌道交通車站的同一個區域或房間內有多種機電設備需要被監控，監控的數據類型可分為3種，即開關量狀態、模擬量狀態、視頻音頻流以及文字[3]。

除消防專用設備外，軌道交通車站機電設備主要監控對象如表1所示。

表1 軌道交通車站主要監控對象

車站機電設備主要監控數據分類以及接入方式 如表2所示。

表2 車站機電設備主要監控數據分類以及接入方式

傳統上車站內的機電設備的狀態通過專業的成套系統分別對不同子系統的設備進行監控，但隨著物聯網技術的發展，已出現了具備同時對多種類型設備進行監控的末端融合監控產品，為車站機電設備監控的融合提供了條件。

2 城軌云平臺與車站融合監控

國內已有部分軌道交通線路成功應用了云平臺技術，但目前的云平臺技術應用主要是IaaS（基礎架構即服務），即不改變原來軌道交通各個業務系統的架構，由云平臺應用虛擬化技術為綜合監控、CCTV等系統提供虛擬服務器，本質上只是將各系統原本的硬件服務器改成了云平臺提供的虛擬服務器。

現階段，城軌云平臺已經在向PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）過渡。城軌云平臺通過部署一套統一的軟件提供傳統各個分立子系統的功能[4]，需要將車站內的機電設備的監控數據直接納入云平臺監控，改變各自分立的監控方式。

城軌云平臺的IaaS應用架構如圖1所示。

圖1 城軌云平臺的IaaS下的應用架構

城軌云平臺PaaS和SaaS下的數據流向如圖2所示。

圖2 城軌云平臺PaaS和SaaS下的數據流向

3 機電設備融合監控設備方案

為了將車站的各種機電數據直接接入云平臺，可以采用一種被稱為物聯網網關的終端設備，該設備不僅可在同一個物理實體上接入開關量狀態、模擬量狀態，還能接入音視頻等非結構化信息。

物聯網網關同時具有多個數字量輸入（DI）、數字量輸出（DO）、串行通信接口（如RS485）、網絡接口（以太網），還有多個同軸接口（用于模擬視頻或音頻連接），是具備融合監控功能的工業計算機產品。采用嵌入式實時操作系統，是普遍使用的工業通信協議和標準的邏輯控制編程軟件，還可以配置無線物聯網協議的接入模塊。

物聯網網關可以作為車站機電的終端設備與軌道交通云平臺的接入設備，將傳統的機電設備無縫接入云平臺系統進行管理。

機電設備融合監控方案架構如圖3所示。

圖3 機電設備融合監控方案架構

物聯網網關是智慧地鐵與終端機電設備銜接的關鍵設備，其本質是小型化高性能工業計算機與軟件定義工業控制器的結合，打破了IT與工業自動化領域的隔閡，實現跨系統終端設備的融合。在具體實施過程中，需要注意物聯網網關的安裝位置應該與接入設備的物理位置相結合，保證各個專業的設備就近接入。

物聯網網關采用深度定制的硬件設備、操作系統、控制軟件和協議。目前，市場上已經有產品達到了IEC 61508 SIL3（工業領域）、EN 50128 SIL4（軌道交通）的安全認證，實現無冗余代碼、代碼安全可控、分時分區安全機制和確定性機制，具備可靠的低延遲特性，可保證在軌道交通車站機電設備監控領域的可靠應用。

通過統一的物聯網智能網關代替了傳統各個子系統自成網絡的計算機設備、終端控制設備，可簡化車站機電綜合監控系統的架構，增加設備的統一性，提高整個車站機電系統的可維護性。通過簡化系統架構，降低了網絡信息安全防護措施復雜性，提高了信息安全審計的及時性與可追溯性。

4 結語

通過梳理軌道交通主要機電設備數據格式的特點以及設備在車站的分布情況，結合軌道交通云平臺數據融合的需求，可以得出采用物聯網網關實現軌道機電設備監控的融合監控是軌道交通云平臺技術深入應用的必然。目前已經有類似架構的融合方案在一些軌道交通項目試點（昆明4號線）。隨著建設經驗的積累，城軌云逐步向PaaS和SaaS過渡，車站機電設備的融合監控將得到廣泛應用。