物联网技术推进铁路通信监测技术深度融合应用的探究

何兆贤

（1.中国铁道科学研究院研究生部，北京 100081；2.中国铁路昆明局集团有限公司昆明通信段，云南 昆明 650011）

0 引 言

信息化和智能化是铁路行业未来的发展方向，物联网技术是推进智慧铁路建设与运维的重要技术手段。物联网技术主要依靠图片识别技术、FRID技术、传感技术以及卫星定位技术等与通信技术进行融合，是信息集成技术融合通信技术后运用的延伸与扩展。它主要是利用智能技术对物理世界的事物进行感知、控制和信息处理，是在应用中实现人与物、物与物的信息交互、精准控制和远程管理为目的的一门技术[1]。物联网与通信网技术紧密结合在一起，物联网应用的延伸需要依赖通信网的覆盖，而物联网的应用不断推进通信网技术的革新。

物联网技术的发展推动着各行业在管理、生产、技术方面的变革与重塑。近年来，随着智慧铁路建设的提出，物联网技术在铁路上得到了较好应用。在设备运用维护方面，各系统已经逐步建立基于物联网技术的智能化管理系统，如车辆专业有5T系统，供电专业有6C系统，信号专业有信号集中监测系统[2]。而通信专业较早成熟应用了物联网技术，目前已产生一批功能更完善的物联网运用，主要以通信大数据、电源与动力环境监控系统、综合视频系统、异物侵限及防灾系统等一批具备物联网功能的应用系统为典型代表。这些系统的应用有利于行车组织、生产组织的科学决策，提高人员对现场的精确控制与管理，是物联网在铁路通信专业的最新运用体现。

1 物联网在铁路通信中的应用现状

由于通信行业天然的技术性与便利性，铁路通信专业较早开展了物联网建设且运用成熟。因此，下面将按照现有的运用状体、技术水平以及智能化程度等介绍物联网系统。

1.1 电源与动力环境监控系统

电源与动力环境监控系统主要是利用传感器技术对机房内的设备基础信息、环境参数进行采集并可视化呈现的系统。它具有一整套完备的技术体系，主要设备有前端传感器、信息采集器、传输链路、中心处理设备及客户端。它的基本原理广泛运用于各系统，代表着铁路通信专业是最早期的物联网应用，主要运用于设备的运维管理。某铁路动力环境监控系统用例，如图1所示。

图1 电源与动力环境监控系统网络结构

电源与动力环境监控系统网络结构由监控中心/监控分中心、监控站和监控通道组成。监控通道是监测数据和监控命令在通信站与通信中心之间的数据传输通道，利用铁路通信网，通常采用铁路IP数据网或2M专线传输方式组网，并可组建多级网络结构，即具有两级或两级以上监控中心。网络结构灵活、复杂，支持大规模系统，主要由监控中心、监控分中心、监控通道以及监控站组成。

监控站由现场监控采集单元、监控模块、网络通信设备、各种类型的传感器和探测器组成，如图2所示。现场监控采集单元是监控站中的主要设备，由软硬件一体化设备组成，主要负责数据采集、分析和上报。前端传感器及智能设备主要包括温湿度传感器、烟感、门磁、水浸（地湿）、红外、玻璃破碎、蜂鸣器、控灯开关、蓄电池组、开关电源、UPS、空调和其他智能设备[3]。

图2 监控站的组成和结构

图3为典型通信机房动力设备分布图，主要设备包括工控机、计算机、传输交换、开机关、开机柜、蓄电池变压器以及并机柜发电机组高压配电等。通信机房的动力设备与网络传感器相连通，反馈所有采集的信息，从而为各类设备设施的监控提供精准的数据资料。

图3 典型通信机房动力设备分布图

1.2 综合视频系统

综合视频监控系统在铁路中应用的前身为图像与语言监控系统，属于安全监控系统的主要组成部分。早期的图像语言监控系统由于带宽及存储设备的性能限制，存在图像码率小、图片模糊、无夜视功能以及存储时间短等问题。随着通信技术和存储技术的快速发展，传统的图像监控系统逐渐发展为大带宽、高码率、夜视功能完善、存储时间满足需求的综合视频系统，如图4所示。它具有一整套完备的技术体系，主要有前端带夜视功能的图像采集器、传感器、控制器、传输链路、车站存储设备、中心处理设备及客户端组成，主要应用于外部环境的时时呈现、辅助决策与历史突发时间的调查和取证。

1.3 异物侵限及防灾系统

异物侵限及防灾系统主要是对外部环境（风、雨、雪、雷）及自然灾害（地震等）进行感知，并将信息传送至行车指挥部门，便于行车指挥部门及时制定科学合理的行车计划，及时调整列车的开行，主要由现场采集单元、车站信息处理设备、传输链路、中心处理设备及客户端组成，是物联网技术在铁路中的最新运用[4]。

2 现有铁路通信物联网技术应用存在的问题

物联网技术在铁路通信专业得到了快速部署与应用，但就现场使用情况来看，还不能完全满足智能化运维的需要，还需要结合现场需求不断对其进行研究改进。

2.1 物联网技术在末端部署不够灵活，网络建设难度大、成本高

目前的物联网视频采集器、传感器等终端设备的部署均采用有线通信作为基础承载方式，未能实现无线连接，导致末端配套建设部署难度大、投资成本高，不利于物联网技术的大面积推广使用及技术融合。

2.2 物联网技术在前端运用功能还不完善，大量数据还停留在采集层面

铁路通信专业物联网技术主要依靠视频识别技术和传感技术[5]，但从目前在用的综合视频系统、电源动力环境与监控系统、异物侵限及防灾系统来看，现场采集的数据并未完全得到有效的处理应用，存储中的大量数据还是原始数据，数据的有效价值未得到有针对性的挖掘开发。

2.3 各物联网系统相互独立，系统多，融合难度大

建设物联网的目的是要充分发挥信息获取与处理渠道，以物联网技术为基础，为科学决策与事故控制提供决策依据。其中，信息共享和系统融合是关键的一环，应充分利用物联网技术打破既有信息孤岛，实现系统功能融合。目前，既有的铁路通信物联网建设系统相对独立，还未完成互联互通与信息推送，系统多，融合难度大。

3 铁路通信物联网技术应用后续探究

铁路通信物联网技术在运用过程中会不断发现不适于现场运用的情况，需要不断改进与完善，不断推进铁路通信物联网的应用。基于铁路通信物联网应用存在的问题，后续研究应主要重视以下几个方面。

3.1 部署方面

结合大面积5G通信技术的部署应用，应以全新的视角研究通信物联网网络架构，重点研究末端接入技术。下一代物联网技术应以车站为核心，以便部署的无线链接方式接入铁路专用通信网，降低建设与部署成本。

3.2 数据价值挖掘

应利用数据挖掘中的关联分析、贝叶斯等算法，结合行业特点，将物联网技术与大数据技术进行融合研究，形成智能运维所需的各类技术手段，利用物联网系统采集各设备渐变数据，并对这些数据进行挖掘分析，呈现设备健康状态，提高设备维护的精准性与预见性，解决物联网部署完成后作用发挥不彻底的问题，从而推进铁路通信物联网技术应用的深入。

3.3 推进关联系统互连互通、融合发展

物联网系统的关键在于信息的共享与处理。目前，铁路通信物联网系统在网络层面相对独立，可进一步推进综合视频系统、电源与动环监控系统、异物侵限及防灾系统在物联网技术下的深度融合，形成远程智能监控系统，从而获得比较准确的通信设备状态、铁路线运行状态的信息，能够在不同天气、不同温度下形成时时在线监控，提升通信技术保障铁路的运输能力，降低风险事故的发生，保证运输安全。

4 结 论

随着物联网技术的发展与运用，物联网技术将对铁路通信技术未来的发展方向起到引领作用，是铁路通信维护智能化的主要技术手段。本文站在现场技术应用者的角度，深度剖析目前铁路通信行业在物联网运用技术中存在的问题，并通过探讨方式有针对性地提出后续应用研究的方向，希望能够不断推进技术研发与现场应用不适应问题的解决，推动铁路通信物联网应用技术向前发展。