地鐵車輛實時可視化監控平臺的研究

郭永鋒

摘 ?要：文章介紹了西安地鐵電客車運營檢修維護及列車監控系統現狀，提出建立實時可視化監控平臺的必要性，對平臺建設需求及構架進行設想，重點對實時可視化監控平臺的組成及系統原理進行說明，最后通過可行性數據傳輸采集方案，實現智能化監控平臺，提高故障處理及預警機制，確保列車運營安全可靠。

關鍵詞：列車監控系統;可視化監控平臺;數據采集;預警機制

中圖分類號：U231 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）15-0070-02

Abstract： This paper introduces the present situation of operation， maintenance and train monitoring system of Xi'an subway electric bus， puts forward the necessity of establishing a real-time visual monitoring platform， and envisages the construction requirements and framework of the platform. The composition and system principle of the real-time visual monitoring platform are explained emphatically. Finally， through the feasible data transmission and acquisition scheme， the intelligent monitoring platform is realized， the fault processing and early warning mechanism is improved， and the safety and reliability of train operation is ensured.

Keywords： train monitoring system; visual monitoring platform; data acquisition; early warning mechanism

引言

地鐵車輛是城市公共交通運輸的一種重要組成形式。具有客運量大、快速、安全、準點、污染小、低能耗、乘坐方便舒適等優點。隨著我國經濟的快速增長，城市交通壓力日益增大，地鐵作為改善城市交通現狀的有效載體，成為現代化大都市的重要選擇。也更符合綠色交通的標準，更有利于環境綜合治理。為了加強對地鐵在安全運行、故障報警等方面的綜合管理水平，建設遠程實時可視化監控系統逐步提上了日程。

西安地鐵實時可視化監控平臺，旨在構建一個智慧可視化監控平臺。實時監控地鐵運行狀態信息，直接地了解和掌握地鐵運行情況，并對各種故障預警情況及時做出處理，提高車輛運維人員的工作效率和工作水平。

1 運營現狀業務及需求

1.1 運營現狀說明

西安地鐵負責4條線電客車日常運維、檢修工作，現有列車175列，列車均為中車提供。地鐵車輛自身有監視及控制系統對列車的運行信息進行采集和存儲，采集和存儲信息包含但不限于車輛位置、牽引、制動、車門開關、車速、空調系統、溫度、照明等信息，該控制器采集和存儲的信息超過5天會自動覆蓋之前的信息。列車維修需要拆解數據記錄儀，通過USB將車輛運行信息導入電腦進行存儲和分析。地鐵運營目前沒有建設車輛運行信息實時監控中心，而國內其他城市地鐵的運行數據實時監控也處于起步階段。綜合現狀業務建設實時監控系統存在的主要問題如下：（1）車輛運行數據不能實時傳輸到運營控制中心。（2）為滿足數據實時采集及傳輸而采用光纖鋪設方案成本過高。（3）采用無線方案傳輸數據存在不穩定性，數據不完整。

1.2 運營需求及解決方案

為滿足信息的實時采集和監控需求，車輛向地面運營中心傳輸信息不間斷，需要保證其采集傳輸的實時性及穩定性。數據傳輸到監控中心后，可通過電腦、手機等終端進行可視化查看。

（1）采用4G傳輸方式，解決傳輸成本過高的問題。（2）采用智能終端連接，實現數據實時連續采集。（3）采用PC端應用展示及手機APP的展示方式。

2 監控平臺建設目標及內容

2.1 監控平臺建設目標

采用可視化手段實時監管地鐵的車輛位置、牽引、制動、車門、空調等運行狀況，展示地鐵運行的整體情況，提高管理人員對地鐵運行的監管力度。充分利用地鐵運行的監控數據，形成專題報表，對故障分析進行可視化展示。對地鐵運行過程中各組件部位的異常情況予以報警，提高故障處理效率，有效防范安全事故的發生。

2.2 監控平臺建設內容

實時可視化監控平臺系統開發與硬件平臺建設，平臺需具備高度可擴展性，以便支持未來后期的系統建設。根據地鐵運維實際需求情況，將建設內容分解為三大部分如圖1所示。

（1）硬件支撐平臺：建設智慧地鐵機房，設置數據服務器、應用服務器，以及其他網絡設備、配套大屏幕、會議擴聲系統、辦公系統等。

（2）數據采集：使用邊緣智能終端接入PLC、智能儀表/設備上的關鍵數據，完成對列車數據采集。

（3）軟件應用平臺：實時可視化監控平臺主要包含實時監控、統計分析、實時報警、系統管理、用戶管理、密碼管理等功能模塊。實現地鐵運行數據可視化展示，輔助運維人員進行實時監管。

3 監控平臺總體設計構思

3.1 總體結構組成

實時可視化監控平臺，旨在構建支持SOA的業務服務，達到數據及業務的互通。在信息可視化的基礎上發揮輔助決策的功能。形成匯集現場監管、遠程監控、智能提示于一體的監管平臺。

總體架構按照分層的思想加以設計和實現。分層的體系結構能夠較好地實現建設任務的分解，以便整個系統的建設任務能夠在明確接口定義的基礎上進行并行建設，以縮短整體的建設周期。同時，在接口保持不變的前提下，分層的系統體系結構還能夠保證系統對各層基礎技術的發展具有良好的適應性，并且較好地體現以數據獲取和整合為核心。本系統包括數據收集層、應用支持層、應用層等。

（1）數據收集層。數據收集層收集數據包括但不限于牽引、制動、車門、開關、車速、空調、溫度、照明等實時監控數據。（2）數據及應用支持層。數據及應用支持層包括：實時數據存儲、分析，以及支撐業務應用需要的各類組件。各個子模塊對內通過相應的機制形成一體化的基本服務層，為構建在之上運行的各應用系統提供各類通用的功能。（3）應用層。西安地鐵實時可視化監控平臺是由實時監控、統計分析、實時報警、系統管理、用戶管理、密碼管理等功能模塊組成，共同依托于一個統一的應用支撐環境。系統的整體架構設計合理完善，使得本系統具有良好的可擴展性，為系統后續的優化升級，其它系統的整合，相關生產數據的接入都預留了接口和空間。

3.2 系統原理

西安地鐵實時可視化監控平臺是對西安地鐵列車運行各類數據全過程進行實時監控、分析、展示一體化監督管理信息監管平臺。數據直接來源于控制器數據采集。

本項目以實時數據庫為基礎，采用純B/S構架。現場采集設備從生產控制系統中采集實時數據，通過專網傳輸到監控中心的實時數據庫中，數據經過分析和處理后，供企業管理人員和監管部門使用。本項目的數據傳輸通過網絡層實現，由物聯網、互聯網、交換機、路由器、防火墻等網絡通信模塊組成。

實時監測數據通過數據采集單元存入云端，經過中心路由器接入交換機，穿越防火墻接入到實時數據服務器、應用服務器等，對基礎數據分析處理后展示到應用平臺。

從應用展示來劃分，本項目分為PC端和移動端兩部分。PC端主要包括應用層的相關功能，負責所有數據展示，主要功能有實時監控、統計分析、實時報警、系統管理、用戶管理、用戶密碼等。移動端主要包括應用層相關功能，主要功能有實時監控、實時報警、統計分析等。

4 企業端數據采集方案

4.1 數據采集內容

西安地鐵實時可視化監控平臺采集列車位置、牽引、制動、車門、開關、車速、空調、溫度、照明等動態實時監測數據等，實時監管列車的運行狀況，提高監管人員工作效率，方便地鐵運維人員直觀了解地鐵運行信息，有助于車輛技術人員迅速判斷列車故障點，提升故障處理能力，優化運行成本。

4.2 數據接入方案

采用無線傳輸安裝靈活方便、建設成本低、擴展性好、調試維護便捷。無線傳輸數據接入方案如圖2所示。

5 實時可視化監控平臺功能

實時監控地鐵各列車運行中各部件的參數信息，展示地鐵的運行狀況。點擊某部件，可用向下鉆取到詳情頁。部件詳情頁展示該部件的相關參數，及參數的實時監測數據和統計數據。還可以選擇測點組成測點組，展示測點組數據變化趨勢圖。

地鐵運維人員通過平臺了解監管地鐵各列車運行信息，根據平臺數據展示，快速鎖定故障位置，提高運維人員的工作效率及工作水平。

主要功能包含：實時監控、統計分析、實時報警、系統管理、用戶管理、密碼管理等。

6 結束語

車輛實時可視化監控平臺，實現將列車故障及狀態信息，根據不同的故障等級，可將重要故障信息和關鍵性的列車狀態信息通過無線通信系統實時上傳，實現實時在線監控。地面監測系統通過對車輛大數據的故障統計分析、診斷、預測、進行健康評估。實現智能化監控管理，確保列車運營安全可靠。

參考文獻：

[1]李宏輝，李海玉.基于WiMAX的地鐵車地無線傳輸系統研究[J].中國鐵路，2014（07）.

[2]姜磊.天津地鐵一號線無線傳輸系統研究[J].中國新技術新產品，2013（06）.

[3]王磊，何正友.基于MVB總線的地鐵車輛網絡控制系統研究[J].城市軌道交通研究，2008（02）.