电源及环境监控系统在武冈城际铁路上的应用

郑晓波，梁 娜

（1.中国铁路总公司 审计和考核局，北京 100038； 2.中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

电源及环境监控系统在武冈城际铁路上的应用

郑晓波1，梁 娜2

（1.中国铁路总公司 审计和考核局，北京 100038； 2.中铁工程设计院有限公司，北京 100038）

本文以武冈城际铁路电源及环境监控系统为模板，从系统体系架构、逻辑架构、数据存储和主要功能4个方面进行详细介绍，对该系统在武冈城际铁路实际部署和应用予以阐述。

电源；环境监控；武冈城际

电源及环境监控系统是一种用以远程实时监控机房内各类电源设备和环境信息的计算机辅助系统，通过该系统的实时信息采集、分析和告警，能够辅助管理人员全面掌控机房内各类设备的运行环境信息，为实现机房无人值守，减少系统维护时间提供有效的技术手段和工具。

1 系统体系架构

武冈（武汉—黄冈）城际铁路电源及环境系统由远程监控单元（RTU）、采集程序和Web应用3层架构组成，如图1所示。Web应用服务负责整合系统应用，供用户实时浏览与访问。采集程序负责对下层进行轮询数据和接收报警事件，对上层通知事件的报警与消警信息，起到承上启下的作用。远程监控单元负责采集与监控指定设备的数据，同时负责与中间层采集程序的通信，接收与响应采集程序的轮询请求。系统体系结构图如图1所示。

图1 电源及环境监控系统总体架构图

2 系统逻辑架构

根据业务需求和特点，系统逻辑架构设计采用面向服务的设计理念，从下到上依次分为远程设备监控层，数据采集存储层，Web应用层，如图2所示。每层均定义了自己的调用接口与服务说明，下层为上层提供相关服务，上层调用下层的服务实现相关功能。系统按层次化的模型将整个需求域从垂直方向进行分割，每层按照高内聚低耦合的原则进行模块设计与模块组合。

2.1 远程设备监控层

远程设备监控层由远程监控单元（RTU）和硬盘录像机（DVR）构成。对下，RTU负责通过设备厂商所开发的私有协议与被监控对象的实时通信和数据采集；对上，RTU进行设备集成并屏蔽被监控对象之间的差异性，通过自定义的统一协议与数据采集存储层进行通信，将设备差异性隔离在远程设备监控层，保证上层采集层序的单一性与一致性。同时，当遇到网络噪声比较大，或上层采集程序发生故障时，RTU还具有临时存储环境状态数据和报警事件的能力，在网络或程序恢复后能够把存储在本地的监控信息发送到中心平台，保证监控信息的连续性，从而保证不发生漏报事件。DVR主要完成现场视频图像信号的采集与存储，供上层调用。硬盘录像机参与报警事件处理流程，能够与报警事件进行联动、实现预置点、巡航、抓拍和录像等功能。

图2 系统逻辑结构图

2.2 数据采集存储层

数据采集存储层由采集程序和数据库构成。采集程序根据用户定义的采集周期，采用多线程的工作方式定期对远程监控单元进行轮询，向远程监控单元请求实时监控数据，采集程序通过轮训方式获取数据后，根据协议规约进行信息解码，并把这些数据存储到数据库中。有报警（消警）事件发生时，该事件信息通过捎带技术附加在通信协议实时数据域尾部。当采集层序检测到捎带而来的报警（消警）信息时，采集程序会将该事件存储到数据库的报警信息表中，并调用Web应用层的报警服务，启动相应的事件处理机制。

2.3 Web应用层

Web应用层面向终端用户，主要负责信息的发布与整合，属于整个系统的表现层，用户通过Web应用层可以轻松完成浏览实时数据，查看报警事件等功能。系统通过电子地图、实时视频显示、报警处理等程序为用户提供直观、身临其境的监控体验，同时通过Web应用层进行信息的发布与整合，可以简化客户端部署与升级，也使用户易于接受。系统在Web应用层定义了一系列的Web服务供客户端或第三方系统访问，在保证具有开放性的同时，也体现了面向服务的特性。

系统逻辑架构参考了RUP思想（Rational Unified Process，是一个面向对象且基于网络的程序开发方法论）和Gof设计模式（Gang of Four—4人组，由4位专家在《设计模式》一书中提出的面向对象程序设计方法）的理念，采用领域模型将整个应用开发分为几个相对独立的层次，实现了高内聚、低耦合的设计目标。在系统因某种原因必须进行修改时，只需对相关层进行调整而不影响与其相邻的上下层。系统采用基于组件的开发方法，将数据与服务组件和具体的应用系统分开，基于数据资源可构建不同的业务服务组件，而通过调用不同的服务组件和数据资源又可以构建各种应用业务系统，在业务应用层之上提供统一的外部接口。

3 数据存储方案

采集程序从RTU采集实时监控数据和报警信息，在初步整理、解码后，数据将被保存到系统数据库中。系统按设备类型分别设置有基本环境数据表、UPS数据表、空调数据表和配电数据表，用以存放采集程序所获取的数据。其中基本环境数据表包含环境温湿度、门禁、玻璃破碎和漏水的实时信息；UPS数据表、空调数据表、配电数据表分别包含UPS、空调和配电设备的实时信息。

在异常情况下远程监控单元将采集到的设备实时数据和报警事件保存在内存中，由远程监控单元进行管理与维护，当系统从异常状态恢复后，远程监控单元将其内存中保存的数据打包上传给采集程序，用以保证系统监控信息的连续性以及尽量减少漏报事件发生的几率。

系统使用内存作为临时数据缓存，采集程序将采集到的实时数据写入该缓存中，当达到系统预设的采集阈值时再将缓存中的数据写入数据库的相应表中，以减少数据库的访问压力，保障系统稳定运行。历史数据根据采集日期按日存储，每晚24:00生成当日的环境监控历史数据表，系统根据用户的参数设置，可灵活调整历史数据的存储时限，同时提供历史数据的导出功能，若用户在系统中配置了历史数据服务器，当系统内的历史数据满足一定条件后可自动导出存储到该服务器内，供用户对数据进行挖掘与统计分析使用。系统对于报警信息采用单独存储的方式，默认存储时限为一年。

用户信息、设备信息等系统运行本身需要的相关信息，保存在相应的系统数据库表中，为系统正常运行，提供数据完整性支持。

4 主要功能

电源及环境监控系统用于支持对机房环境的远程集中监控，主要包括温湿度检测、漏水检测、UPS监控、配电监控、空调监控等部分。系统达到了对机房“五遥”远程监控的设计目标，为机房高效管理和安全运营提供有力的保障。

该系统由环境监控、视频监控、历史数据和系统管理4部分构成。环境监控包括电子地图、基本环境、UPS、配电和空调等模块；视频监控主要包括实时预览、视频回放和抓拍浏览等模块；历史数据包括报警事件和监控记录等模块；系统管理包括采集管理、用户管理、监控策略和存储策略、操作日志等模块。

系统功能结构图如图3所示。

图3 电源及环境监控系统功能结构图

4.1 动力环境监控

4.1.1 基本监控子模块

通过智能空调的数据采集接口实时采集空调的运行状态和报警信息。采集的主要状态参数有：工作模式、送风温度、回风温度、压缩机状态、加热器状态、除湿器状态和加湿器状态。

4.1.2 配电监控子模块

通过加装在配电柜上的智能电量仪实时采集输入输出的电能质量，主要采集三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率和频率等参数。

4.1.3 UPS监控子模块

全面监控智能UPS的电池状态、旁路状态、负载保护、在线模式和负载过载等状态；实时监控的工作参数主要包括：输入电压、输入电流、输入频率、负载电压、负载电源、负载频率、旁路电压、旁路电流和旁路入频率等。

4.1.4 空调监控子模块

通过传感器完成对机房内温度、湿度、漏水、门禁、烟感、蓄电池和玻璃破碎等信息的实时监控。

4.2 视频监控

视频监控模块包含实时预览子模块、视频回放子模块和抓拍浏览子模块，完成对机房内视频图像的实时浏览、控制、视频回放和图像抓拍等功能。

4.3 历史数据

历史数据模块包含报警事件和监控记录两个子模块，主要负责历史监控记录查询、报警事件查询、报表生成和报表导出等功能。

4.4 系统管理

系统管理模块包含采集管理、用户管理、监控策略、存储策略和操作日志5个子模块。主要用于维护系统用户，管理存储信息，配置监控策略等。

5 武冈城际铁路电源及环境监控系统应用介绍

武冈城际铁路电源及环境监控系统在武汉铁路局调度大楼设置监控中心平台服务器，用以收集和存储各站点的实时数据，并通过系统运算以及相关阈值的比对，将机房的实时环境信息和设备的报警信息显示给机房管理人员；在沿线14处通信、信号和信息机房均设计有电源及环境监控系统数据采集设备—RTU，通过该设备上的串行接口、数字量接口和模拟量等接口分别连接不同的设备和传感器，通过RTU内程序的控制，定时轮询各传感器的数据并根据数据优先级，智能调整发送数据队列，即先发送优先级高的数据，后发送优先级低的数据，以保证监控中心优先处理重要事件；在武汉通信段网管中心设置统一的监控调度台，通过通信网络访问调度大楼内的动环监控服务器，获取监控数据。目前，系统运行稳定，满足功能要求。

6 结束语

为了保障武冈城际铁路沿线各机房内重要设备安全稳定工作，减轻机房管理人员日常工作负担，解决事故追忆、故障分析困难的难题，本文采用层次化的系统架构，建成了一个3层次的机房电源及环境集中监控系统。该系统为机房日常管理提供了一种有效手段。

[1]李明江. 动力环境监控系统现状及在电源维护中的作用[J].通信电源技术，2010（3）.

[2]张 岩.机房动力及运行环境集中监控系统及其应用[J].消费导刊， 2010（7）.

[3]郑晓波，刘育欣，温桂玉. 机房动力及环境集中监控系统的研究[J].铁路计算机应用， 2012，21（7）：23-25.

责任编辑 陈 蓉

Power and Environment Monitoring System in Wugang Intercity Railway

ZHENG Xiaobo1, LIANG Na2
( 1.Administration of Audit and Assessment, China Railway，Beijing 100038，China；2.China Railway Engineering Design Institute Co., Ltd, Beijing 100038，China )

This paper taken Wugang Intercity Railway Power Supply and Environment Monitoring System as the template, introduced system architecture, logical architecture, data storage and main functions in detail, described the actual deployment and application of the System in Wugang Intercity Railway.

power; environment monitoring; Wugang Intercity Railway

U29∶TP39

A

1005-8451（2015）07-0038-04

2014-11-24

郑晓波，工程师；梁 娜，经济师。