物聯網技術在軌道交通智能監控中的應用探討

史 龍，馬珺杰，李 陽

（1北京全路通信信號研究設計院集團有限公司 北京 100071）

（2陜西鐵路物流集團有限公司 陜西 西安 710000）

1 引言

近年來，隨著城市化的不斷推進，城市中逐漸興起智慧軌道交通系統，其中智能監控技術是城市軌道交通智能化發展的關鍵。若使城市軌道交通智能監控技術得到廣泛應用，促進軌道交通的智能化發展，還需要結合物聯網技術，構建一種準確性高、安全系數高的軌道交通綜合管理系統，使軌道交通更具有智能化的處理能力。基于此，必須要深入地研究軌道交通智能監控物聯網技術，通過探索物聯網技術的應用和設計方式，更好地提升城市軌道交通系統的智能化信息處理能力，適應更廣泛的軌道交通系統[1]。

2 物聯網技術的概念

物聯網技術與大數據技術、信息技術同屬于計算機領域，其是在信息技術的支持上，利用各種信息傳感設備，例如全球定位系統、紅外感應器等采集需要監控或者互動的物體，通過采集光、熱、電力學等各種信息，利用傳感器和屏攝技術等構成一個巨大的以物體為中心的信息網絡。物聯網技術的主要目的是幫助城市軌道交通智能監控系統形成聯系，方便操作人員和城市軌道交通監控通過物聯網實現對相關車輛信息的管理和控制。物聯網技術應用到城市軌道交通系統之中，有信息數據大、安全性高、節能等多個特點，可以最大化優化交通網絡流量，提高日常居民的出行效率[2]。通過智能化的物聯網技術，可以調動交通管理系統，實時調度車輛信息，充分發揮信息技術的優勢，對道路和周邊環境進行信息整合并發揮效能。

3 物聯網技術在智慧軌道交通監控中的應用

3.1 物聯網感知層技術

運用軌道交通與射頻識別技術，通過標簽化的自動分析和識別，達到數據傳送和數據接收的目的。射頻識別技術主要通過閱讀器以及一系列的標簽模塊構成，每一個標簽模塊中都有唯一的電子編碼，例如射頻模塊和控制模塊、存儲模塊的電子編碼有所不同，再通過標簽天線將信息發送給平臺，由平臺獲取數據，并把獲取的信息發送給用戶。軌道交通在運行過程中，需要與地面進行不間斷的信息傳輸，才能保證整個列車的安全運行狀態。因此，物聯網感知層技術中的軌道交通與射頻識別技術，可以利用應答器和標簽天線，搜集列車與地面間的大量信息，并通過控制中心提供列車速度信息以及定位信息、軌道參數或者限速信息等[3]。

3.2 軌道交通與無線傳感器

物聯網技術中無線傳感器的應用比較頻繁，由于無線傳感器可以實時接收監測區域的所有信息，也可以形成自動化的網絡，進行信息傳遞和無線通信，因此可以節省智慧軌道交通監控系統的成本，實現自動化運轉。軌道智能交通監控系統在運用物聯網技術時，可以將軌道交通與無線傳感器網絡與監控中心連接起來，通過無線通信板塊、傳感器模塊以及其他處理模塊等收集和監測環境信息，主要對監測區域內的傳感器節點進行網絡構建。在構建網絡的基礎上，將環境內的信息收集起來，并發送給控制中心，由控制中心進行統一的信息處理和分析。在此基礎上，對部署區域的異常進行實時監測，由于軌道交通在運行過程中會受到自然災害的影響，還可能受到人為因素或者設備故障的影響而產生故障。因此，軌道交通與無線傳感器網絡可以起到監測的作用，在環境節點中對各個傳感器的溫度、濕度、壓力以及其他參數信息進行監測，并對異常進行預警。

4 軌道交通傳感器網絡架構

由于物聯網技術可以為軌道交通監控提供更準確的感知，因此，在進行軌道交通建設時，需要利用物聯網技術進行傳感器和傳感設備的監控集成。通過進行網絡架構，實時將監測數據通過移動信息網絡傳遞給中央控制器，便于交通管理和調度運行，優化城市居民的出行。

4.1 優化集成監控方式

在軌道交通建設的過程中，監控設備可以通過傳感器網絡進行集成，通過電子標簽模塊和傳感器模塊的融合，集成軌道交通時的環境狀況信息。將列車在軌道運行時的參數以及環境信息，通過傳感器進行有源標簽收集，在環境中部署帶有傳感器的信息閱讀器，當列車進入信息閱讀器覆蓋的范圍，車載閱讀器會自動獲取周圍運行環境的壓力數值和環境數值，對溫度以及濕度、列車運行速度等參數信息進行上傳，通過獲取動態的數據信息，形成集成監控網絡。可以利用物聯網技術連接智能決策技術和全球定位技術，利用高科技手段加強對軌道運行過程中的監控和監管，通過監督列車的運行速度和反應能力，綜合提高軌道交通網絡的指揮調度效率。可以利用物聯網技術開發廣播數據服務管理平臺，通過廣播數據服務管理平臺及時進行監控信息的收集，同時，憑借路況信息和智能導航信息，提高軌道的綜合協調控制能力。在進行集成監控的過程中，還可以對交通運營的客流數據進行監督和控制，在進出站口安裝數據收集節點，部署檢測設備，對客流量數據進行精準分析[4]。開發智能視頻分析技術，在進出口和列車運行過程中，對區域客流數據、區域集成數據進行統一的收集，并建立目標檢測模型，根據模型聯系報警系統，實現智能聯動，做好突發事件的應急和處理。

4.2 優化監控架構方式

智能化監控技術需要結合物聯網技術，整合周邊網絡，架構一體化的監控系統，將列車的傳遞速度、列車占用情況以及列車行車安全數值等級別性信息進行功能性統一，再由軌道電路完成集中性傳輸和架構。需要建設以傳感器網絡系統為基礎的應答器，根據應答器的限速信息和線路占用情況、列車定位和運行參數等，實時采集參數。通過物聯網來感知監控環境下的相關狀況，例如軌道應力、軌道的軸溫以及地質情況、氣流等。由于這些參數是實時變化的，因此會受到多方面原因的干擾，在進行監控架構的過程中，需要對監控網絡進行合理部署，例如在監控軸溫時，需要盡可能地符合實地的環境情況。當軸溫達到一定的極限值時，就會出現列車脫軌事故，而列車脫軌事故也會影響軸溫，在面對這種情況時，物聯網技術可以應用傳感器網絡設備，通過無線通信方式進行遠距離的標識，提醒中央控制人員列車的危險情況，并采取及時有效的措施進行補救。

4.3 綜合性數據收集

在傳感器網絡監控架構的基礎上，需要結合物聯網技術調整軌道交通運行監控的狀態，通過應答器與無線傳感器節點之間的融合，將整個中央控制系統劃分為5個階段，在每一層中布置相應的監控器和匯聚節點以及應用接口。在每一層中對應答器節點和傳感器節點布置預設程序，通過預設程序來集中性地監控軌道交通無線通信系統、軌道交通查詢器和應用接口狀態，在整個數據收集系統中，利用傳感器節點和應答器節點實現信息的互動和收集。在車站物流技術監控系統中，需要在列車經過時發送車載信號，也就是說，列車在經過車站時會由車載設備發送查詢信號，再由應答器節點和傳感器節點收集報文、傳感信息，但需要注意的是，在進行綜合性數據收集和檢測時，需要對車載設備的整個網絡監控架構進行組織，通過集成結構和獨立結構的融合，實現高頻和低頻的信息發送，避免受到無線信號的干擾。

4.4 優化硬件結構

目前，城市軌道交通智能化監控系統的硬件設施正在逐步更新，但想要融合物聯網技術，仍然需要對硬件結構進行整體優化。通過超低功耗的集成，利用信號處理器進行混合發送。首先，需要對城市軌道交通無線通信系統進行完善，根據城市軌道交通的相關技術、交通通信的相關設備和車地無線通信信號等設置合理性的技術方案，結合物聯網技術尋找快捷環保的交通，利用智能化的信息通信系統和智能化監控系統，合成智慧軌道交通。其次，需要對車載設備進行更新和優化。在一般情況下，車載設備是列車發送信號、搜集列車相關數據信息以及接收中央處理器的控制信息的主要器具。因此，車載設備需要匯聚查詢系統和節點，需要具有高性能的處理器和存儲模塊，在進行車載設備更新的過程中，需要根據列車的實際運行狀況和環境因素，集成設備接口和軌道交通無線通信轉換接口，保證車載設備的高性能[5]。最后，要對應答器節點進行整體優化，應答器節點的結構包括存儲器預設程序以及射頻收發器。這三者缺一不可，可以根據實際情況進行軌道應答器的優化，通過射頻模塊、前端電路以及微控制器組成核心存儲器，再更新預設程序和射頻收發器的芯片，保證整個應答器節點的高智能化。傳感器節點也是整個智能監控系統中最重要的部分，因此需要進行結構性優化，通過信息的傳感和采集，串聯天線和外接端口，保證整個采集終端的有效性。通過優化壓力、溫濕度、電磁、運動等傳感器的配備，提高傳感器數據的傳輸效率。

5 結語

綜上所述，目前物聯網技術正在不斷發展，而隨著城市交通壓力與日俱增，軌道交通監控系統的更新和優化勢在必行。相關人員需要深層次地研究物聯網技術的優勢，通過物聯網與軌道交通智能監控系統的集成和完善，總體提升交通監控系統的信息采集效率和網絡傳輸效率，為整個監控系統的完整性創造條件，利用智慧化、綜合性的智能監控設備，提高我國軌道交通運行能力。