高鐵車站客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)在照明節(jié)能方面的應(yīng)用

摘? 要：為了降低高鐵車站的照明能耗，減少大量無效照明帶來的能源浪費(fèi)，在調(diào)研并分析車站既有的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)拓展應(yīng)用的車站照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計方案。通過車站實(shí)時的客運(yùn)計劃和相關(guān)區(qū)域的照明計劃形成聯(lián)動機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對照明設(shè)備“車來燈亮、車走燈滅”的智能化控制。經(jīng)在某城市試點(diǎn)高鐵車站驗(yàn)證，其結(jié)果達(dá)到了降低照明能耗，節(jié)能減排，減少鐵路運(yùn)營成本的目的，取得了滿意的效果，可以在國內(nèi)加以推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)計劃；列車照明計劃；區(qū)域模式規(guī)則；設(shè)備照明計劃

中圖分類號：TP315? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）08-0193-03

Abstract： In order to reduce the lighting energy consumption of high-speed railway stations and reduce the energy waste caused by large amount of invalid lighting， based on the investigation and analysis of the characteristics of the existing passenger transport plan data of the station， a design scheme of the station lighting and energy saving system based on the expanded application of the passenger transport plan data is proposed. The linkage mechanism is formed through the real-time passenger transport plan of the station and the lighting plan of the relevant areas to realize the intelligent control of the lighting equipment “the lights turn on when the trains come and the lights turn off when the trains leave”. Through the verification of a pilot high-speed railway station in a city， the results achieve the goal of reducing lighting energy consumption， energy saving and emission reduction， and reducing railway operating costs. It achieves satisfactory results， which can be promoted and applied in China.

Keywords： passenger transport plan; train lighting plan; regional mode rule; equipment lighting plan

0? 引? 言

國家鐵路局關(guān)于印發(fā)《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》的通知中明確了綠色低碳的要求[1]。通知要求貫徹落實(shí)國家碳達(dá)峰碳中和部署，充分發(fā)揮鐵路綠色發(fā)展優(yōu)勢，把綠色科技貫穿鐵路技術(shù)裝備、工程建造、生產(chǎn)運(yùn)營全過程，著力降低鐵路綜合能耗方面關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，打造更高水平綠色生態(tài)鐵路[2]。火車站是一個旅客人流密集的場所，需要照明設(shè)備多，每天耗電量大，成為車站的主要能耗部分，因此降低車站照明能耗契合建設(shè)綠色生態(tài)鐵路的規(guī)劃要求，本文將著重介紹如何通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車站照明能耗的降低。

1? 系統(tǒng)的實(shí)用性及先進(jìn)性

目前國內(nèi)大部分車站內(nèi)照明管理主要依賴人工控制或時間表控制的方式，人工控制是通過工作人員手動控制車站某場區(qū)照明設(shè)備的接通與斷開，該方式工作量大，任務(wù)煩瑣，缺乏遠(yuǎn)程控制手段[3]。傳統(tǒng)人工控制方式造成這些區(qū)域在列車開走或旅客離站的情況下依然燈火通明，產(chǎn)生大量無效照明，增加了鐵路運(yùn)營成本[4，5]。因此，設(shè)計出一種根據(jù)車站列車客運(yùn)計劃信息，按照“車來燈亮、車走燈滅”的總體應(yīng)用邏輯對照明設(shè)備進(jìn)行自動控制的智能照明系統(tǒng)。對于實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，避免無效光照，減少操作人員的工作量，建設(shè)綠色低碳鐵路有著極其重要的意義，其相關(guān)理念及技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性、創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

2? 系統(tǒng)的基本架構(gòu)

如圖1所示，本系統(tǒng)軟件主要由四部分組成：基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層四部分組成，其具體功能如下：

基礎(chǔ)設(shè)施層：由系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、存儲體系和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供硬件支撐；

數(shù)據(jù)層：由旅服客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)，照明設(shè)備及照明規(guī)則類數(shù)據(jù)，區(qū)域類數(shù)據(jù)（如：站臺、候車廳、進(jìn)站通道、出站廳等），控制類數(shù)據(jù)構(gòu)成，主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐；

業(yè)務(wù)服務(wù)層：它是系統(tǒng)運(yùn)行的核心，提供了支撐系統(tǒng)正常運(yùn)行的各項(xiàng)業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)算，如區(qū)域的對應(yīng)及轉(zhuǎn)換，根據(jù)列車客運(yùn)計劃及有車時間規(guī)則生成列車照明計劃，根據(jù)列車客運(yùn)計劃的變更及時調(diào)整相關(guān)照明計劃，根據(jù)列車照明計劃結(jié)合區(qū)域模式規(guī)則生成設(shè)備照明計劃，報表所需數(shù)據(jù)的整合統(tǒng)計，然后以服務(wù)的形式提供給業(yè)務(wù)應(yīng)用層調(diào)用。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：提供瀏覽器B/S接入方式，此外還包含提供業(yè)務(wù)應(yīng)用操作界面的各項(xiàng)框架構(gòu)成，提供友好的人機(jī)交互界面。

3? 業(yè)務(wù)流程

首先，系統(tǒng)通過輪巡的方式從外部既有系統(tǒng)獲取本車站的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)，然后與上次輪巡獲取的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，若比對結(jié)果數(shù)據(jù)一致，則流程不向下進(jìn)行，等待下一個輪巡周期；若比對結(jié)果數(shù)據(jù)不一致，則引起已經(jīng)生成的照明相關(guān)計劃的變更，同時把當(dāng)次取得的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)緩存下來（系統(tǒng)首次運(yùn)行時沒有上次緩存的數(shù)據(jù)，這時把當(dāng)次取得的客運(yùn)計劃作為基礎(chǔ)去生成照明相關(guān)的計劃）。照明相關(guān)的計劃生成分為兩步，第一步先根據(jù)變更的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)和有車時間規(guī)則生成列車照明計劃，即因?yàn)榱熊嚨桨l(fā)本站從而影響照明的時間區(qū)間；第二步是根據(jù)列車照明計劃和照明模式及區(qū)域模式規(guī)則生成設(shè)備照明計劃，即具體到照明回路開關(guān)時間的計劃，照明控制程序可以根據(jù)該計劃直接生成回路的控制命令從而實(shí)現(xiàn)對照明回路的控制。車站照明節(jié)能系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

4? 系統(tǒng)主要設(shè)計思想

4.1? 實(shí)時獲取客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)

車站的智能照明計劃離不開列車實(shí)時的客運(yùn)計劃，需要獲取的列車的詳細(xì)信息，如：車次名稱、到點(diǎn)時間、發(fā)點(diǎn)時間、列車類型、列車停靠類型、檢票口、候車廳、站臺、出站口等列車的客運(yùn)信息。同時需要系統(tǒng)能夠運(yùn)算出客運(yùn)計劃的變更，如檢票口變更、站臺變更、頻繁的到發(fā)點(diǎn)的變更，根據(jù)變更的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)去生成或調(diào)整相關(guān)的照明計劃，避免相關(guān)照明計劃與列車的實(shí)際到發(fā)出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致照明系統(tǒng)出現(xiàn)和當(dāng)前車站業(yè)務(wù)不匹配的問題，影響旅客的出行。

根據(jù)實(shí)際的照明控制需求，業(yè)務(wù)的實(shí)時性要求達(dá)到分鐘級別即可，因此可以設(shè)計采取每隔一分鐘輪巡的方式獲取外部系統(tǒng)的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)。獲取客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)后，需要進(jìn)行區(qū)域的對應(yīng)轉(zhuǎn)換，比如，外部系統(tǒng)的站臺是邏輯站臺，即“二站臺”和“三站臺”在外部系統(tǒng)中是不同的站臺，在本系統(tǒng)中一個物理站臺才能作為一個站臺，即外部系統(tǒng)的“二站臺”和“三站臺”兩個不同的站臺對應(yīng)本系統(tǒng)的一個站臺“二、三站臺”，這是由不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)針對車次到發(fā)所影響的設(shè)備范圍不同，以及設(shè)備在物理空間上布置方式不同所決定的。

4.2? 列車照明計劃的生成

有車時間規(guī)則即根據(jù)區(qū)域類型的不同（如站臺、候車廳、進(jìn)站通道、出站通道，出站廳等），列車類型的不同（如高速、動車、直特、特快、普快、普客、市郊、混合、準(zhǔn)高等），列車停靠類型（始發(fā)、途徑、終到）的不同，設(shè)置照明設(shè)備的開關(guān)相對時間，設(shè)置相對時間必須選定一個基準(zhǔn)時間，基準(zhǔn)時間可以根據(jù)不同的列車類型和停靠類型選擇到點(diǎn)、發(fā)點(diǎn)、開檢時間、停檢時間等。比如區(qū)域類型選定“站臺”，列車類型選定“動車”，基準(zhǔn)時間選定“到點(diǎn)”，開燈相對時間設(shè)定一個數(shù)值為“-5”，則表示站臺上的照明設(shè)備在動車到本站之前5分鐘開啟。

根據(jù)上述的有車時間規(guī)則，結(jié)合實(shí)時獲取的客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)，即可以生成列車照明計劃。因?yàn)閺耐獠肯到y(tǒng)獲取的客運(yùn)計劃，確定了車次，車次類型，停靠類型，所影響的具體區(qū)域及區(qū)域類型，而且車次到點(diǎn)、發(fā)點(diǎn)、開檢時間、停檢時間都是絕對時間，從而可以算出某車次影響某具體區(qū)域的照明時間區(qū)間，即在某區(qū)域開燈時間和關(guān)燈時間。

4.3? 設(shè)備照明計劃的生成

列車照明計劃解決了列車影響某區(qū)域的開關(guān)燈時間，但是開關(guān)哪些具體的回路設(shè)備尚沒有確定，同時，有些區(qū)域的照明設(shè)備的開關(guān)和車次的到發(fā)沒有關(guān)系，比如候車廳的照明回路設(shè)備的開關(guān)不關(guān)心車次的到發(fā)，夜晚某一時段全開，某一時段開一部分，白天只開一部分，而且只開一部分的情況時，為了照明設(shè)備的使用均衡而進(jìn)行部分輪流使用，這就需要考慮這些需求的情況下進(jìn)一步生成設(shè)備照明計劃，即具體到每一回路設(shè)備的開關(guān)燈計劃。

首先定義照明模式，比如針對和列車到發(fā)有關(guān)系的每個站臺，可以定義夜間有車模式、夜間無車南側(cè)半開模式、夜間無車北側(cè)半開模式、白天模式等；針對和列車的到發(fā)沒有關(guān)系的候車廳，可以定義白天模式、前半夜模式、后半夜模式等，這些應(yīng)該根據(jù)具體車站的實(shí)際需求定義。然后把區(qū)域和照明模式以及該模式對應(yīng)的照明回路設(shè)備關(guān)聯(lián)起來，從而形成的照明模式定義如：一站臺夜晚有車模式下影響回路一、回路二、回路三、回路四；一站臺夜間無車南側(cè)半開模式下影響回路一、回路二；一站臺夜間無車北側(cè)半開模式下影響回路三、回路四。

其次，建立區(qū)域模式規(guī)則，主要設(shè)定某區(qū)域在不同的時間段被不同的照明模式所影響，比如，一站臺在“18：00—23：59”時間段采用“夜間有車”模式，在“00：00—06：00”時間段采用“夜間無車南側(cè)半開”“夜間無車北側(cè)半開”兩種模式，即這兩種模式在夜間無車時隔天交替均衡使用。同時需要明確該條規(guī)則和車次的到發(fā)有沒有關(guān)系，若沒有關(guān)系，則生成設(shè)備照明計劃時不需要考慮列車照明計劃。如候車廳在“18：00—06：00”時間段采用“夜間”模式，在“06：01—15：59”時間段采用“白天”模式，當(dāng)然為了照明設(shè)備的均衡使用，也可以設(shè)置更多模式，不同的模式對應(yīng)不同回路設(shè)備，同一時間段對應(yīng)多個模式，當(dāng)同一時間段對應(yīng)多個模式時，則每天依次輪流使用不同的模式，即實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的均衡使用。

生成設(shè)備照明計劃時，首先根據(jù)區(qū)域模式規(guī)則判斷該條規(guī)則是否和列車到發(fā)有關(guān)，若無關(guān)，則看其所應(yīng)用的照明模式，若有多個模式，可以采用當(dāng)前日期與某日期的間隔天數(shù)取模的方式確定使用哪個照明模式，如：某條區(qū)域模式規(guī)則使用3個不同模式，當(dāng)前日期為2022年10月11日，則與1970年01月01日的間隔天數(shù)為19 276天，對3取模值為1，則當(dāng)天該區(qū)域采用第二個照明模式。若區(qū)域模式規(guī)則和列車的到發(fā)有關(guān)，則用到前述已生成的列車照明計劃，列車照明計劃確定了列車影響某區(qū)域的照明時間區(qū)間，根據(jù)區(qū)域模式規(guī)則得到該區(qū)域采用的照明模式，就可以得到該區(qū)域某時間段采用的照明模式，照明模式與回路設(shè)備已經(jīng)建立關(guān)系，就可以得到該區(qū)域某時間段哪些回路設(shè)備要處于開啟狀態(tài)。

最后，需要對生成的設(shè)備照明計劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，如某站臺車次到發(fā)頻繁，會導(dǎo)致該區(qū)域照明設(shè)備的頻繁開啟和關(guān)閉，會增加照明設(shè)備的損壞概率，降低設(shè)備的使用壽命，因此需要對過于頻繁的模式切換進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。比如間隔時間5分鐘以內(nèi)的多條設(shè)備照明計劃，若都采用了“夜間有車”照明模式，則把多條設(shè)備照明計劃合并為一條，其時間區(qū)間采用該多條計劃的最小時間和最大時間，最終生成的設(shè)備照明計劃數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.4? 設(shè)備照明計劃的執(zhí)行

車站一般在運(yùn)行過程中，基本上按上述生成的設(shè)備照明計劃進(jìn)行車站照明設(shè)備的控制，如果出現(xiàn)臨時任務(wù)，那么就需要進(jìn)行手動和自動的切換 。如果當(dāng)前區(qū)域的計劃是自動計劃，則需要停止該區(qū)域的自動照明計劃，通過手動的方式發(fā)送手動命令。如果當(dāng)前區(qū)域?yàn)槭謩佑媱潱瑒t不需要停止該區(qū)域的自動照明計劃，直接發(fā)送手動命令，反之亦然。

不管手動計劃命令還是自動計劃，他們對控制終端來說，都是命令的形式，在現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境中，好多照明設(shè)備的控制器都是在一個模塊上，需要對照明設(shè)備發(fā)送指令時候，不能影響其他無關(guān)照明設(shè)備的開關(guān)。同時在發(fā)送命令時要注意不能重復(fù)持續(xù)對某一個設(shè)備發(fā)送同樣的指令，否則容易造成設(shè)備損壞。

作為車站照明節(jié)能系統(tǒng)的使用人員不僅僅需要車站照明設(shè)備能夠按照系統(tǒng)的要求執(zhí)行設(shè)備的開關(guān)命令，而且需要能夠?qū)崟r看到所管轄車站照明設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，當(dāng)前的照明設(shè)備是否按照自動或者手動的方式執(zhí)行了開關(guān)命令，如果沒有按照計劃進(jìn)行開關(guān)，則需要人員立即進(jìn)行手動干預(yù)，在獲取現(xiàn)場照明設(shè)備狀態(tài)時不能影響正常的照明計劃指令對照明設(shè)備的控制，這就要求終端控制器具有雙向通信功能，即一方面接收控制指令對照明設(shè)備進(jìn)行控制，另一方面把設(shè)備的狀態(tài)上傳上層照明系統(tǒng)。

5? 結(jié)? 論

本文介紹了高鐵車站既有客運(yùn)計劃數(shù)據(jù)所具有的特點(diǎn)，通過充分挖掘和利用其蘊(yùn)含的業(yè)務(wù)規(guī)律，從而轉(zhuǎn)化為車站節(jié)能方面的應(yīng)用。其實(shí)現(xiàn)途徑就是根據(jù)從外部系統(tǒng)獲取的客運(yùn)計劃，結(jié)合設(shè)定的有車時間規(guī)則，區(qū)域模式規(guī)則，從而生成照明相關(guān)的計劃，通過對照明計劃的執(zhí)行達(dá)到相關(guān)區(qū)域“車來燈亮，車走燈滅”的節(jié)能效果，通過對車站既有數(shù)據(jù)進(jìn)行拓展應(yīng)用的探索，從節(jié)能的角度體現(xiàn)了“數(shù)據(jù)即是能源”的理念。

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作者簡介：馬一人（1981.11—），男，漢族，河南淮陽人，中級工程師，本科，研究方向：計算機(jī)及應(yīng)用。