地铁车辆实时可视化监控平台的研究

郭永锋

摘  要：文章介绍了西安地铁电客车运营检修维护及列车监控系统现状，提出建立实时可视化监控平台的必要性，对平台建设需求及构架进行设想，重点对实时可视化监控平台的组成及系统原理进行说明，最后通过可行性数据传输采集方案，实现智能化监控平台，提高故障处理及预警机制，确保列车运营安全可靠。

关键词：列车监控系统;可视化监控平台;数据采集;预警机制

中图分类号：U231         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）15-0070-02

Abstract： This paper introduces the present situation of operation， maintenance and train monitoring system of Xi'an subway electric bus， puts forward the necessity of establishing a real-time visual monitoring platform， and envisages the construction requirements and framework of the platform. The composition and system principle of the real-time visual monitoring platform are explained emphatically. Finally， through the feasible data transmission and acquisition scheme， the intelligent monitoring platform is realized， the fault processing and early warning mechanism is improved， and the safety and reliability of train operation is ensured.

Keywords： train monitoring system; visual monitoring platform; data acquisition; early warning mechanism

引言

地铁车辆是城市公共交通运输的一种重要组成形式。具有客运量大、快速、安全、准点、污染小、低能耗、乘坐方便舒适等优点。随着我国经济的快速增长，城市交通压力日益增大，地铁作为改善城市交通现状的有效载体，成为现代化大都市的重要选择。也更符合绿色交通的标准，更有利于环境综合治理。为了加强对地铁在安全运行、故障报警等方面的综合管理水平，建设远程实时可视化监控系统逐步提上了日程。

西安地铁实时可视化监控平台，旨在构建一个智慧可视化监控平台。实时监控地铁运行状态信息，直接地了解和掌握地铁运行情况，并对各种故障预警情况及时做出处理，提高车辆运维人员的工作效率和工作水平。

1 运营现状业务及需求

1.1 运營现状说明

西安地铁负责4条线电客车日常运维、检修工作，现有列车175列，列车均为中车提供。地铁车辆自身有监视及控制系统对列车的运行信息进行采集和存储，采集和存储信息包含但不限于车辆位置、牵引、制动、车门开关、车速、空调系统、温度、照明等信息，该控制器采集和存储的信息超过5天会自动覆盖之前的信息。列车维修需要拆解数据记录仪，通过USB将车辆运行信息导入电脑进行存储和分析。地铁运营目前没有建设车辆运行信息实时监控中心，而国内其他城市地铁的运行数据实时监控也处于起步阶段。综合现状业务建设实时监控系统存在的主要问题如下：（1）车辆运行数据不能实时传输到运营控制中心。（2）为满足数据实时采集及传输而采用光纤铺设方案成本过高。（3）采用无线方案传输数据存在不稳定性，数据不完整。

1.2 运营需求及解决方案

为满足信息的实时采集和监控需求，车辆向地面运营中心传输信息不间断，需要保证其采集传输的实时性及稳定性。数据传输到监控中心后，可通过电脑、手机等终端进行可视化查看。

（1）采用4G传输方式，解决传输成本过高的问题。（2）采用智能终端连接，实现数据实时连续采集。（3）采用PC端应用展示及手机APP的展示方式。

2 监控平台建设目标及内容

2.1 监控平台建设目标

采用可视化手段实时监管地铁的车辆位置、牵引、制动、车门、空调等运行状况，展示地铁运行的整体情况，提高管理人员对地铁运行的监管力度。充分利用地铁运行的监控数据，形成专题报表，对故障分析进行可视化展示。对地铁运行过程中各组件部位的异常情况予以报警，提高故障处理效率，有效防范安全事故的发生。

2.2 监控平台建设内容

实时可视化监控平台系统开发与硬件平台建设，平台需具备高度可扩展性，以便支持未来后期的系统建设。根据地铁运维实际需求情况，将建设内容分解为三大部分如图1所示。

（1）硬件支撑平台：建设智慧地铁机房，设置数据服务器、应用服务器，以及其他网络设备、配套大屏幕、会议扩声系统、办公系统等。

（2）数据采集：使用边缘智能终端接入PLC、智能仪表/设备上的关键数据，完成对列车数据采集。

（3）软件应用平台：实时可视化监控平台主要包含实时监控、统计分析、实时报警、系统管理、用户管理、密码管理等功能模块。实现地铁运行数据可视化展示，辅助运维人员进行实时监管。

3 监控平台总体设计构思

3.1 总体结构组成

实时可视化监控平台，旨在构建支持SOA的业务服务，达到数据及业务的互通。在信息可视化的基础上发挥辅助决策的功能。形成汇集现场监管、远程监控、智能提示于一体的监管平台。

总体架构按照分层的思想加以设计和实现。分层的体系结构能够较好地实现建设任务的分解，以便整个系统的建设任务能够在明确接口定义的基础上进行并行建设，以缩短整体的建设周期。同时，在接口保持不变的前提下，分层的系统体系结构还能够保证系统对各层基础技术的发展具有良好的适应性，并且较好地体现以数据获取和整合为核心。本系统包括数据收集层、应用支持层、应用层等。

（1）数据收集层。数据收集层收集数据包括但不限于牵引、制动、车门、开关、车速、空调、温度、照明等实时监控数据。（2）数据及应用支持层。数据及应用支持层包括：实时数据存储、分析，以及支撑业务应用需要的各类組件。各个子模块对内通过相应的机制形成一体化的基本服务层，为构建在之上运行的各应用系统提供各类通用的功能。（3）应用层。西安地铁实时可视化监控平台是由实时监控、统计分析、实时报警、系统管理、用户管理、密码管理等功能模块组成，共同依托于一个统一的应用支撑环境。系统的整体架构设计合理完善，使得本系统具有良好的可扩展性，为系统后续的优化升级，其它系统的整合，相关生产数据的接入都预留了接口和空间。

3.2 系统原理

西安地铁实时可视化监控平台是对西安地铁列车运行各类数据全过程进行实时监控、分析、展示一体化监督管理信息监管平台。数据直接来源于控制器数据采集。

本项目以实时数据库为基础，采用纯B/S构架。现场采集设备从生产控制系统中采集实时数据，通过专网传输到监控中心的实时数据库中，数据经过分析和处理后，供企业管理人员和监管部门使用。本项目的数据传输通过网络层实现，由物联网、互联网、交换机、路由器、防火墙等网络通信模块组成。

实时监测数据通过数据采集单元存入云端，经过中心路由器接入交换机，穿越防火墙接入到实时数据服务器、应用服务器等，对基础数据分析处理后展示到应用平台。

从应用展示来划分，本项目分为PC端和移动端两部分。PC端主要包括应用层的相关功能，负责所有数据展示，主要功能有实时监控、统计分析、实时报警、系统管理、用户管理、用户密码等。移动端主要包括应用层相关功能，主要功能有实时监控、实时报警、统计分析等。

4 企业端数据采集方案

4.1 数据采集内容

西安地铁实时可视化监控平台采集列车位置、牵引、制动、车门、开关、车速、空调、温度、照明等动态实时监测数据等，实时监管列车的运行状况，提高监管人员工作效率，方便地铁运维人员直观了解地铁运行信息，有助于车辆技术人员迅速判断列车故障点，提升故障处理能力，优化运行成本。

4.2 数据接入方案

采用无线传输安装灵活方便、建设成本低、扩展性好、调试维护便捷。无线传输数据接入方案如图2所示。

5 实时可视化监控平台功能

实时监控地铁各列车运行中各部件的参数信息，展示地铁的运行状况。点击某部件，可用向下钻取到详情页。部件详情页展示该部件的相关参数，及参数的实时监测数据和统计数据。还可以选择测点组成测点组，展示测点组数据变化趋势图。

地铁运维人员通过平台了解监管地铁各列车运行信息，根据平台数据展示，快速锁定故障位置，提高运维人员的工作效率及工作水平。

主要功能包含：实时监控、统计分析、实时报警、系统管理、用户管理、密码管理等。

6 结束语

车辆实时可视化监控平台，实现将列车故障及状态信息，根据不同的故障等级，可将重要故障信息和关键性的列车状态信息通过无线通信系统实时上传，实现实时在线监控。地面监测系统通过对车辆大数据的故障统计分析、诊断、预测、进行健康评估。实现智能化监控管理，确保列车运营安全可靠。

参考文献：

[1]李宏辉，李海玉.基于WiMAX的地铁车地无线传输系统研究[J].中国铁路，2014（07）.

[2]姜磊.天津地铁一号线无线传输系统研究[J].中国新技术新产品，2013（06）.

[3]王磊，何正友.基于MVB总线的地铁车辆网络控制系统研究[J].城市轨道交通研究，2008（02）.