城市軌道交通智能安防集成平臺電子巡更系統研究

黃文豪,曾清旋,俞 銘

(國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

在城市軌道交通領域,安全與穩定的運營一直是至關重要的目標。城市軌道交通電子巡更系統作為一項關鍵技術和解決方案,滿足了軌道交通系統對安全性和高效運營的迫切需求,正在日益受到廣泛關注與應用。

城市軌道交通電子巡更系統作為地鐵的重要子系統之一,通過預先設定的巡更人員和巡更計劃,管理和分配巡更點、巡更路線和巡更順序等信息,監督和記錄車站、車輛基地的安全巡邏和巡檢工作,通過無線通信技術采集實際巡更記錄,與對預設的巡更計劃比,為管理者提供準確的數據統計和分析[1]。

隨著城市化進程的不斷推進,我國城市軌道交通已邁入網絡化建設與運營的關鍵階段。電子巡更系統通過線下巡更與線上智能化的有機結合巧妙地契合了網絡化和高效化的需求,能夠便捷地管理巡更人員和巡更數據。每個車站站點的巡更數據能夠集中共享至中心,實現了數據集中共享和業務需求快速響應。這種新的智能巡更模式有效彌補了傳統巡更模式的不足之處,通過物聯網、大數據和人工智能等快速發展的技術實現對巡更數據的自動采集和記錄,確保數據的及時性和準確性,并對大量的巡更數據進行高效分析,提供全面的巡更活動情況和趨勢分析。城市軌道交通電子巡更系統的智能化發展勢不可擋,必將引領下一代巡檢巡更系統的發展方向。

1 智能安防集成平臺電子巡更系統優勢

智能安防集成平臺電子巡更系統采用云平臺對全線服務器、存儲設備、交換機等網絡硬件資源進行集中式部署,每個車站有單獨的主數據庫,但會將備用數據庫部署在中心,所有的數據都通過接口備份在中心數據庫,相比傳統方案具有以下優勢。

1.1 云平臺管理,集中式部署

電子巡更系統云平臺進行集中式部署[2],系統可以更好地適應需求的變化。云平臺提供了彈性資源分配和自動擴展的能力,可以根據系統的需求快速增加或減少硬件資源,簡化了系統的管理和運維任務,也實現了系統的靈活性和可擴展性,降低了分散管理的復雜性和成本。

1.2 采用站點管理-控制中心匯總

每個站點都獨立管理和控制其所屬的設備和數據,并存儲在自己的主數據庫中。盡管數據分散在各個站點數據庫中,但這些數據會傳輸同步至中心的備份數據庫。這樣可以確保中心具有所有站點數據的備份,并且方便對整個城市軌道交通系統的數據進行匯總和分析,從而生成更全面的巡更報告。巡更棒、傳輸設備和攝像頭由各自所屬站點的管理系統進行控制。這意味著每個站點之間相互獨立運行,可以獨立管理和執行巡更任務。

1.3 提高電子巡更系統的可靠性和容錯性

在應用層采用了綜合監控系統和數據庫的主備冗余機制,輔以其虛擬化技術的高級功能,如動態熱遷移、負載均衡策略、主機HA等,使其具備快速恢復和無縫切換的特點,且可以做到恢復數據。借助豐富的云平臺資源,降低了由于硬件故障導致的損失,保證了安全可靠性,保障系統穩定運行。

1.4 巡更設備安裝簡單、成本低廉

巡更硬件設備采用接觸式巡更,巡更棒與安裝在巡更地點的地點卡進行接觸,高效讀取巡更地點信息。離線式的無線化設計避免了布線的煩瑣,并且具有低成本和安裝簡便的特點[3]。

2 系統架構

智能安防集成平臺電子巡更系統邏輯上可以分為云平臺運維管理和電子巡更系統平臺。根據數據的傳輸可以將智能安防集成平臺電子巡更系統的軟件架構細分為:數據鏈路層、數據傳輸層、管理功能組件、業務應用層、訪問層。系統的軟件架構設計如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能安防集成平臺電子巡更系統軟件架構

2.1 數據鏈路層

智能安防集成平臺電子巡更系統有多個站點都需要部署巡更設備和服務器,每個站點都獨立管理和控制各自的數據和設備。巡更棒及其傳輸設備、攝像頭和巡更數據都連接到各自所屬的站點管理系統和數據庫。中心不直接參與站點的設備管理和控制,而是通過云平臺同步各個站點的數據并登錄系統來查看。巡更棒的數據采集就是在數據鏈路層建立連接,通過無線傳輸(NFC)來采集數據,并通過有線連接(USB)來實現上傳[4]。

(1)地點卡:地點卡是安裝在巡更地點的一種被動式設備。通常包含一個特定的標識符(如RFID標簽),用于識別巡更地點的唯一標識。當巡更棒與地點卡接觸時,巡更棒會讀取地點卡上的標識信息,以確定當前所處的巡更地點。

(2)人員卡:人員卡是巡更人員攜帶的一種被動式設備,通常是一張帶有個人身份信息和權限的卡片或標簽。巡更人員通過將巡更棒與其人員卡接觸,可以將巡更信息與巡更人員相關聯。

(3)巡更棒:巡更棒是一種便攜式設備,通常類似于一個手柄或類似于USB設備的形態。它被巡更人員攜帶,用于與地點卡和人員卡進行接觸,并讀取相關的巡更數據和身份信息。巡更棒可以記錄巡更時間、地點和人員等信息。

(4)巡更棒底座(數據上傳設備):巡更棒底座是一個設備或接口,用于連接巡更棒以將采集到的數據上傳至中心或服務器。巡更棒通過將其插入巡更棒底座來實現數據的傳輸和上傳。

2.2 數據傳輸層

站點的電子巡更系統通過云平臺的數據傳輸功能與其中心數據庫進行數據同步。為了確保數據的可靠傳輸,云平臺使用了傳輸控制協議(TCP)。對于攝像頭的視頻傳輸,RUDP在數據傳輸層的邏輯中提供了低延遲的數據傳輸,非常適合實時性要求較高的視頻傳輸。在攝像頭的控制方面,使用了實時傳輸控制協議(RTCP)。RTCP在數據傳輸層的邏輯中用于傳遞攝像頭的控制命令。同時,軌道交通巡更數據總體評估等功能在內的中心電子巡更系統拓展功能也需要依賴于站點到中心的數據傳輸。

2.3 管理功能組件

通過該部分提供的各類組件對待收集或已收集的數據進行有針對性的管理,包括主備冗余機制、權限管理、歷史數據管理、設備控制服務(控制攝像頭)、數據的存儲服務和數據的統計服務(對上傳的巡更數據進行對比、統計和評估)。管理功能組件對整個系統的功能起到承上啟下的連接作用。

2.4 業務應用層

業務應用層主要針對智能安防集成平臺電子巡更系統為業主提供的應用功能需求展開分析,主要包括畫面顯示、巡更數據管理、攝像頭控制、任務推送、巡更數據上傳、報表記錄統計、統計報表等功能。

2.5 訪問層

基于業務應用層開發實現的應用功能,站點的訪問層可以通過智能安防集成平臺電子巡更系統的顯示大屏實時查看站點上不同巡更線路的狀態,中心的訪問層則可以查看所有站點上的巡更數據。

3 系統功能

城市軌道交通智能安防集成平臺電子巡更系統功能包含依托智能安防集成平臺的電子巡更系統的基礎功能、安防電子巡更業務功能、兼容云平臺部署運行功能,如圖2所示。

圖2 城市軌道智能安防集成平臺電子巡更系統功能

3.1 依托智能安防集成平臺的電子巡更系統的基礎功能

(1)高性能實時數據庫平臺:系統高性能實時數據庫平臺,為電子巡更系統的各個子功能模塊提供強大的支撐[2]。

(2)主備冗余機制:通過設置主備設備,當主設備發生故障或不可用時,備用設備會接管工作,從而實現系統的持續運行和數據的安全性。電子巡更系統的設備包括了服務器和數據庫設備,是電子巡更數據備份和數據恢復的底層硬件支撐。

(3)數據隔離功能:在云平臺的導航欄中,每個不同的站點對應的是不同的電子巡更系統。進入該站點的巡更系統界面后,用戶只能查看到該站點的相關數據和設備信息,確保了數據和設備的隔離和保密性。當某站點的系統崩潰將不會影響其他站點的系統運行。

(4)數據存儲服務功能:將生成的巡更數據存儲在數據庫中,通過云平臺將數據同步至備用數據庫。

(5)設備控制服務功能:對系統中的設備進行遠程控制和管理,包括控制攝像頭進行實時視頻監控,以支持系統的安全監控和管理。

3.2 安防電子巡更業務功能

(1)巡更點管理:對巡更點的信息進行查詢、新增、修改和刪除操作,以實現對巡更點的靈活管理和維護。每個巡更點綁定一個地點卡。巡更點記錄的匹配就是根據地點卡的唯一標識。巡更點綁定攝像頭之后可以查看攝像頭畫面。

(2)攝像頭控制:對攝像頭進行控制,包括轉向、放大、縮小、變倍、預置位設置、預置位調用和預置位刪除。

(3)巡更路徑管理:對巡更路徑的數據進行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更路徑的配置實際是對巡更點進行組合排列。

(4)用戶及權限管理:系統具備用戶管理、用戶權限管理等功能,為不同用戶角色提供不同的權限,分配不同的責任區,從而保證系統在運行過程中的安全性和可靠性。

(5)巡更人員管理:對巡更人員進行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更人員是系統用戶的一種特殊身份,管理員可以為系統用戶添加巡更身份,創建巡更人員,系統用戶有不同的角色分配,不同角色的權限、責任區是不一樣的。

(6)巡更計劃管理:對巡更計劃進行創建、安排、調整和刪除操作。巡更計劃能在設定好的規定的時間生成巡更任務。

(7)巡更任務管理:對巡更任務進行查詢、新增、確認和刪除操作。每個巡更任務生成時都會生成一個空的巡更記錄等待巡更點記錄的上傳和巡更數據的綁定。巡更計劃生成的巡更任務是不會自動分配巡更人員的,需要通過管理員指派巡更人員,即確認巡更任務。

(8)任務推送:系統會根據巡更計劃來定時生成巡更任務,在管理員分配任務后,系統會將巡更任務推送給對應的巡更人員,確保巡更工作按時、有序地執行。

(9)巡更記錄管理:對巡更記錄進行查詢、新增、修改和刪除操作,當巡更記錄匹配上新的巡更點記錄后會更新巡更記錄的統計數據。新增的巡更記錄屬于自由巡更,將不會匹配任何一條線路,沒有規定必須檢測的巡更點。

(10)巡更記錄統計:巡更記錄會對預定的巡更路線和其匹配的巡更點記錄進行對比和評估,統計巡更記錄的完成情況、完整率、狀態(包括正常、早檢、遲檢、漏檢、多檢、亂序和人員錯誤)以及具體是哪個巡更點記錄和預定巡更點出現的錯誤。

(11)巡更點記錄管理:對巡更點記錄進行查詢、匹配和刪除操作,巡更點記錄除了匹配信息其他都是不可更改的。

(12)巡更點記錄匹配:巡更點記錄可以和一條巡更記錄進行解綁或綁定匹配操作,這一操作會更新巡更記錄的統計數據。同步的巡更點記錄按照巡更人員和巡更時間會自動檢索匹配對應的巡更記錄,匹配錯誤或是未匹配的巡更點記錄則可以由管理員手動匹配。

(13)巡更采集:可以匹配人物卡來更新巡更棒的狀態,可以實時匹配現場的地點卡完成巡更操作采集巡更數據。

(14)數據上傳:支持通過USB連接巡更棒底座實現巡更棒內數據的上傳操作,巡更棒可儲存的數據條目有上限,還可以對巡更棒進行數據清空的操作,同一數據不可以重復上傳。同步數據后會生成對應的巡更點記錄并匹配巡更記錄。

3.3 巡更設備傳輸接口

巡更設備傳輸接口通常作為服務端,完成巡更棒的數據接收、解析,將巡更狀態數據拼接成報文并發送給中心或站點。

3.4 兼容云平臺部署運行

電子巡更系統跟隨城市軌道交通云化的趨勢,具備在云平臺上安裝、部署和正常運行的能力。這使得系統具備了更大的靈活性、中心化管理和數據共享的優勢,進一步提升了電子巡更系統的效能和適應性。

4 結語

在建設現代化的交通體系和智慧城市的過程中,安全和智能化的管理手段是必不可少的[5]。城市軌道智能安防集成平臺電子巡更系統有效整合了信息技術與安全管理,為城市軌道交通系統提供了科學而高效的安全監控和管理手段。為順應建設交通強國與智慧城市的需要,電子巡更未來的發展必將更加蓬勃,本文對于電子巡更的探討對未來城市軌道智能安防的研究起到一定的參考作用。