城市轨道交通车站机电设备与监控融合研究

刘浩恺 胡文涛 彭 程

（中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津 300250）

随着云平台技术在城市轨道交通领域的应用，如何厘清传统的轨道交通综合监控、环境与设备监控、视频监控等与云平台的关系，更好地利用云平台的资源是现阶段的研究重点[1]。本文结合目前业界有供货的技术产品以及部分工程的试点情况，探讨了城市轨道交通机电设备监控的融合方案和关键技术要点。

1 融合监控的可行性

首先应从技术的可行性上和与设计标准的合规性上确定可以融合监控的设备。根据规范，车站的消防专用设备必须由火灾自动报警系统直接监控，因此不在机电设备监控的融合范围内。考虑融合监控的方式时，可以根据被控设备的数据类型以及位置确定融合的方式，例如将物理位置相近的设备都接入同一个网关接口或把数据类型接近的设备接入同一个网关接口[2]。

在轨道交通车站的同一个区域或房间内有多种机电设备需要被监控，监控的数据类型可分为3种，即开关量状态、模拟量状态、视频音频流以及文字[3]。

除消防专用设备外，轨道交通车站机电设备主要监控对象如表1所示。

表1 轨道交通车站主要监控对象

车站机电设备主要监控数据分类以及接入方式 如表2所示。

表2 车站机电设备主要监控数据分类以及接入方式

传统上车站内的机电设备的状态通过专业的成套系统分别对不同子系统的设备进行监控，但随着物联网技术的发展，已出现了具备同时对多种类型设备进行监控的末端融合监控产品，为车站机电设备监控的融合提供了条件。

2 城轨云平台与车站融合监控

国内已有部分轨道交通线路成功应用了云平台技术，但目前的云平台技术应用主要是IaaS（基础架构即服务），即不改变原来轨道交通各个业务系统的架构，由云平台应用虚拟化技术为综合监控、CCTV等系统提供虚拟服务器，本质上只是将各系统原本的硬件服务器改成了云平台提供的虚拟服务器。

现阶段，城轨云平台已经在向PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）过渡。城轨云平台通过部署一套统一的软件提供传统各个分立子系统的功能[4]，需要将车站内的机电设备的监控数据直接纳入云平台监控，改变各自分立的监控方式。

城轨云平台的IaaS应用架构如图1所示。

图1 城轨云平台的IaaS下的应用架构

城轨云平台PaaS和SaaS下的数据流向如图2所示。

图2 城轨云平台PaaS和SaaS下的数据流向

3 机电设备融合监控设备方案

为了将车站的各种机电数据直接接入云平台，可以采用一种被称为物联网网关的终端设备，该设备不仅可在同一个物理实体上接入开关量状态、模拟量状态，还能接入音视频等非结构化信息。

物联网网关同时具有多个数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、串行通信接口（如RS485）、网络接口（以太网），还有多个同轴接口（用于模拟视频或音频连接），是具备融合监控功能的工业计算机产品。采用嵌入式实时操作系统，是普遍使用的工业通信协议和标准的逻辑控制编程软件，还可以配置无线物联网协议的接入模块。

物联网网关可以作为车站机电的终端设备与轨道交通云平台的接入设备，将传统的机电设备无缝接入云平台系统进行管理。

机电设备融合监控方案架构如图3所示。

图3 机电设备融合监控方案架构

物联网网关是智慧地铁与终端机电设备衔接的关键设备，其本质是小型化高性能工业计算机与软件定义工业控制器的结合，打破了IT与工业自动化领域的隔阂，实现跨系统终端设备的融合。在具体实施过程中，需要注意物联网网关的安装位置应该与接入设备的物理位置相结合，保证各个专业的设备就近接入。

物联网网关采用深度定制的硬件设备、操作系统、控制软件和协议。目前，市场上已经有产品达到了IEC 61508 SIL3（工业领域）、EN 50128 SIL4（轨道交通）的安全认证，实现无冗余代码、代码安全可控、分时分区安全机制和确定性机制，具备可靠的低延迟特性，可保证在轨道交通车站机电设备监控领域的可靠应用。

通过统一的物联网智能网关代替了传统各个子系统自成网络的计算机设备、终端控制设备，可简化车站机电综合监控系统的架构，增加设备的统一性，提高整个车站机电系统的可维护性。通过简化系统架构，降低了网络信息安全防护措施复杂性，提高了信息安全审计的及时性与可追溯性。

4 结语

通过梳理轨道交通主要机电设备数据格式的特点以及设备在车站的分布情况，结合轨道交通云平台数据融合的需求，可以得出采用物联网网关实现轨道机电设备监控的融合监控是轨道交通云平台技术深入应用的必然。目前已经有类似架构的融合方案在一些轨道交通项目试点（昆明4号线）。随着建设经验的积累，城轨云逐步向PaaS和SaaS过渡，车站机电设备的融合监控将得到广泛应用。