物联网技术在轨道交通智能监控中的应用探讨

史 龙，马珺杰，李 阳

（1北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 北京 100071）

（2陕西铁路物流集团有限公司 陕西 西安 710000）

1 引言

近年来，随着城市化的不断推进，城市中逐渐兴起智慧轨道交通系统，其中智能监控技术是城市轨道交通智能化发展的关键。若使城市轨道交通智能监控技术得到广泛应用，促进轨道交通的智能化发展，还需要结合物联网技术，构建一种准确性高、安全系数高的轨道交通综合管理系统，使轨道交通更具有智能化的处理能力。基于此，必须要深入地研究轨道交通智能监控物联网技术，通过探索物联网技术的应用和设计方式，更好地提升城市轨道交通系统的智能化信息处理能力，适应更广泛的轨道交通系统[1]。

2 物联网技术的概念

物联网技术与大数据技术、信息技术同属于计算机领域，其是在信息技术的支持上，利用各种信息传感设备，例如全球定位系统、红外感应器等采集需要监控或者互动的物体，通过采集光、热、电力学等各种信息，利用传感器和屏摄技术等构成一个巨大的以物体为中心的信息网络。物联网技术的主要目的是帮助城市轨道交通智能监控系统形成联系，方便操作人员和城市轨道交通监控通过物联网实现对相关车辆信息的管理和控制。物联网技术应用到城市轨道交通系统之中，有信息数据大、安全性高、节能等多个特点，可以最大化优化交通网络流量，提高日常居民的出行效率[2]。通过智能化的物联网技术，可以调动交通管理系统，实时调度车辆信息，充分发挥信息技术的优势，对道路和周边环境进行信息整合并发挥效能。

3 物联网技术在智慧轨道交通监控中的应用

3.1 物联网感知层技术

运用轨道交通与射频识别技术，通过标签化的自动分析和识别，达到数据传送和数据接收的目的。射频识别技术主要通过阅读器以及一系列的标签模块构成，每一个标签模块中都有唯一的电子编码，例如射频模块和控制模块、存储模块的电子编码有所不同，再通过标签天线将信息发送给平台，由平台获取数据，并把获取的信息发送给用户。轨道交通在运行过程中，需要与地面进行不间断的信息传输，才能保证整个列车的安全运行状态。因此，物联网感知层技术中的轨道交通与射频识别技术，可以利用应答器和标签天线，搜集列车与地面间的大量信息，并通过控制中心提供列车速度信息以及定位信息、轨道参数或者限速信息等[3]。

3.2 轨道交通与无线传感器

物联网技术中无线传感器的应用比较频繁，由于无线传感器可以实时接收监测区域的所有信息，也可以形成自动化的网络，进行信息传递和无线通信，因此可以节省智慧轨道交通监控系统的成本，实现自动化运转。轨道智能交通监控系统在运用物联网技术时，可以将轨道交通与无线传感器网络与监控中心连接起来，通过无线通信板块、传感器模块以及其他处理模块等收集和监测环境信息，主要对监测区域内的传感器节点进行网络构建。在构建网络的基础上，将环境内的信息收集起来，并发送给控制中心，由控制中心进行统一的信息处理和分析。在此基础上，对部署区域的异常进行实时监测，由于轨道交通在运行过程中会受到自然灾害的影响，还可能受到人为因素或者设备故障的影响而产生故障。因此，轨道交通与无线传感器网络可以起到监测的作用，在环境节点中对各个传感器的温度、湿度、压力以及其他参数信息进行监测，并对异常进行预警。

4 轨道交通传感器网络架构

由于物联网技术可以为轨道交通监控提供更准确的感知，因此，在进行轨道交通建设时，需要利用物联网技术进行传感器和传感设备的监控集成。通过进行网络架构，实时将监测数据通过移动信息网络传递给中央控制器，便于交通管理和调度运行，优化城市居民的出行。

4.1 优化集成监控方式

在轨道交通建设的过程中，监控设备可以通过传感器网络进行集成，通过电子标签模块和传感器模块的融合，集成轨道交通时的环境状况信息。将列车在轨道运行时的参数以及环境信息，通过传感器进行有源标签收集，在环境中部署带有传感器的信息阅读器，当列车进入信息阅读器覆盖的范围，车载阅读器会自动获取周围运行环境的压力数值和环境数值，对温度以及湿度、列车运行速度等参数信息进行上传，通过获取动态的数据信息，形成集成监控网络。可以利用物联网技术连接智能决策技术和全球定位技术，利用高科技手段加强对轨道运行过程中的监控和监管，通过监督列车的运行速度和反应能力，综合提高轨道交通网络的指挥调度效率。可以利用物联网技术开发广播数据服务管理平台，通过广播数据服务管理平台及时进行监控信息的收集，同时，凭借路况信息和智能导航信息，提高轨道的综合协调控制能力。在进行集成监控的过程中，还可以对交通运营的客流数据进行监督和控制，在进出站口安装数据收集节点，部署检测设备，对客流量数据进行精准分析[4]。开发智能视频分析技术，在进出口和列车运行过程中，对区域客流数据、区域集成数据进行统一的收集，并建立目标检测模型，根据模型联系报警系统，实现智能联动，做好突发事件的应急和处理。

4.2 优化监控架构方式

智能化监控技术需要结合物联网技术，整合周边网络，架构一体化的监控系统，将列车的传递速度、列车占用情况以及列车行车安全数值等级别性信息进行功能性统一，再由轨道电路完成集中性传输和架构。需要建设以传感器网络系统为基础的应答器，根据应答器的限速信息和线路占用情况、列车定位和运行参数等，实时采集参数。通过物联网来感知监控环境下的相关状况，例如轨道应力、轨道的轴温以及地质情况、气流等。由于这些参数是实时变化的，因此会受到多方面原因的干扰，在进行监控架构的过程中，需要对监控网络进行合理部署，例如在监控轴温时，需要尽可能地符合实地的环境情况。当轴温达到一定的极限值时，就会出现列车脱轨事故，而列车脱轨事故也会影响轴温，在面对这种情况时，物联网技术可以应用传感器网络设备，通过无线通信方式进行远距离的标识，提醒中央控制人员列车的危险情况，并采取及时有效的措施进行补救。

4.3 综合性数据收集

在传感器网络监控架构的基础上，需要结合物联网技术调整轨道交通运行监控的状态，通过应答器与无线传感器节点之间的融合，将整个中央控制系统划分为5个阶段，在每一层中布置相应的监控器和汇聚节点以及应用接口。在每一层中对应答器节点和传感器节点布置预设程序，通过预设程序来集中性地监控轨道交通无线通信系统、轨道交通查询器和应用接口状态，在整个数据收集系统中，利用传感器节点和应答器节点实现信息的互动和收集。在车站物流技术监控系统中，需要在列车经过时发送车载信号，也就是说，列车在经过车站时会由车载设备发送查询信号，再由应答器节点和传感器节点收集报文、传感信息，但需要注意的是，在进行综合性数据收集和检测时，需要对车载设备的整个网络监控架构进行组织，通过集成结构和独立结构的融合，实现高频和低频的信息发送，避免受到无线信号的干扰。

4.4 优化硬件结构

目前，城市轨道交通智能化监控系统的硬件设施正在逐步更新，但想要融合物联网技术，仍然需要对硬件结构进行整体优化。通过超低功耗的集成，利用信号处理器进行混合发送。首先，需要对城市轨道交通无线通信系统进行完善，根据城市轨道交通的相关技术、交通通信的相关设备和车地无线通信信号等设置合理性的技术方案，结合物联网技术寻找快捷环保的交通，利用智能化的信息通信系统和智能化监控系统，合成智慧轨道交通。其次，需要对车载设备进行更新和优化。在一般情况下，车载设备是列车发送信号、搜集列车相关数据信息以及接收中央处理器的控制信息的主要器具。因此，车载设备需要汇聚查询系统和节点，需要具有高性能的处理器和存储模块，在进行车载设备更新的过程中，需要根据列车的实际运行状况和环境因素，集成设备接口和轨道交通无线通信转换接口，保证车载设备的高性能[5]。最后，要对应答器节点进行整体优化，应答器节点的结构包括存储器预设程序以及射频收发器。这三者缺一不可，可以根据实际情况进行轨道应答器的优化，通过射频模块、前端电路以及微控制器组成核心存储器，再更新预设程序和射频收发器的芯片，保证整个应答器节点的高智能化。传感器节点也是整个智能监控系统中最重要的部分，因此需要进行结构性优化，通过信息的传感和采集，串联天线和外接端口，保证整个采集终端的有效性。通过优化压力、温湿度、电磁、运动等传感器的配备，提高传感器数据的传输效率。

5 结语

综上所述，目前物联网技术正在不断发展，而随着城市交通压力与日俱增，轨道交通监控系统的更新和优化势在必行。相关人员需要深层次地研究物联网技术的优势，通过物联网与轨道交通智能监控系统的集成和完善，总体提升交通监控系统的信息采集效率和网络传输效率，为整个监控系统的完整性创造条件，利用智慧化、综合性的智能监控设备，提高我国轨道交通运行能力。