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(tǒng)的軌道交通綜合監(jiān)控、環(huán)境與設備監(jiān)控、視頻監(jiān)控等與云平臺的關系，更好地利用云平臺的資源是現(xiàn)階段的研究重點[1]。本文結(jié)合目前業(yè)界有供貨的技術產(chǎn)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(jiān)控的融合方案和關鍵技術要點。

1 融合監(jiān)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(guī)性上確定可以融合監(jiān)控的設備。根據(jù)規(guī)范，車站的消防專用設備必須由火災自動報警系統(tǒng)直接監(jiān)控，因此不在機電設備監(jiān)控的融合范圍內(nèi)。考慮融合監(jiān)控的方式時，可以根據(jù)被控設備的數(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備都接入同一個網(wǎng)關接口或把數(shù)據(jù)類型接近的設備接入同一個網(wǎng)關接口[2]。

在軌道交通車站的同一個區(qū)域或房間內(nèi)有多種機電設備需要被監(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]。

除消防專用設備外，軌道交通車站機電設備主要監(jiān)控對象如表1所示。

表1 軌道交通車站主要監(jiān)控對象

車站機電設備主要監(jiān)控數(shù)據(jù)分類以及接入方式 如表2所示。

表2 車站機電設備主要監(jiān)控數(shù)據(jù)分類以及接入方式

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

2 城軌云平臺與車站融合監(jiān)控

國內(nèi)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(yè)務系統(tǒng)的架構，由云平臺應用虛擬化技術為綜合監(jiān)控、CCTV等系統(tǒng)提供虛擬服務器，本質(zhì)上只是將各系統(tǒng)原本的硬件服務器改成了云平臺提供的虛擬服務器。

現(xiàn)階段，城軌云平臺已經(jīng)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(tǒng)一的軟件提供傳統(tǒng)各個分立子系統(tǒng)的功能[4]，需要將車站內(nèi)的機電設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)直接納入云平臺監(jiān)控，改變各自分立的監(jiān)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(shù)據(jù)流向如圖2所示。

圖2 城軌云平臺PaaS和SaaS下的數(shù)據(jù)流向

3 機電設備融合監(jiān)控設備方案

為了將車站的各種機電數(shù)據(jù)直接接入云平臺，可以采用一種被稱為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)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(tài)、模擬量狀態(tài)，還能接入音視頻等非結(jié)構化信息。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關同時具有多個數(shù)字量輸入（DI）、數(shù)字量輸出（DO）、串行通信接口（如RS485）、網(wǎng)絡接口（以太網(wǎng)），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(jiān)控功能的工業(yè)計算機產(chǎn)品。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，是普遍使用的工業(yè)通信協(xié)議和標準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(tǒng)的機電設備無縫接入云平臺系統(tǒng)進行管理。

機電設備融合監(jiān)控方案架構如圖3所示。

圖3 機電設備融合監(jiān)控方案架構

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

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關采用深度定制的硬件設備、操作系統(tǒng)、控制軟件和協(xié)議。目前，市場上已經(jīng)有產(chǎn)品達到了IEC 61508 SIL3（工業(yè)領域）、EN 50128 SIL4（軌道交通）的安全認證，實現(xiàn)無冗余代碼、代碼安全可控、分時分區(qū)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(jiān)控領域的可靠應用。

通過統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關代替了傳統(tǒng)各個子系統(tǒng)自成網(wǎng)絡的計算機設備、終端控制設備，可簡化車站機電綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構，增加設備的統(tǒng)一性，提高整個車站機電系統(tǒng)的可維護性。通過簡化系統(tǒng)架構，降低了網(wǎng)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(jié)語

通過梳理軌道交通主要機電設備數(shù)據(jù)格式的特點以及設備在車站的分布情況，結(jié)合軌道交通云平臺數(shù)據(jù)融合的需求，可以得出采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關實現(xiàn)軌道機電設備監(jiān)控的融合監(jiān)控是軌道交通云平臺技術深入應用的必然。目前已經(jīng)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(jīng)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(jiān)控將得到廣泛應用。