城市轨道交通智能安防集成平台电子巡更系统研究

黄文豪,曾清旋,俞 铭

(国电南京自动化股份有限公司,江苏 南京 210000)

0 引言

在城市轨道交通领域,安全与稳定的运营一直是至关重要的目标。城市轨道交通电子巡更系统作为一项关键技术和解决方案,满足了轨道交通系统对安全性和高效运营的迫切需求,正在日益受到广泛关注与应用。

城市轨道交通电子巡更系统作为地铁的重要子系统之一,通过预先设定的巡更人员和巡更计划,管理和分配巡更点、巡更路线和巡更顺序等信息,监督和记录车站、车辆基地的安全巡逻和巡检工作,通过无线通信技术采集实际巡更记录,与对预设的巡更计划比,为管理者提供准确的数据统计和分析[1]。

随着城市化进程的不断推进,我国城市轨道交通已迈入网络化建设与运营的关键阶段。电子巡更系统通过线下巡更与线上智能化的有机结合巧妙地契合了网络化和高效化的需求,能够便捷地管理巡更人员和巡更数据。每个车站站点的巡更数据能够集中共享至中心,实现了数据集中共享和业务需求快速响应。这种新的智能巡更模式有效弥补了传统巡更模式的不足之处,通过物联网、大数据和人工智能等快速发展的技术实现对巡更数据的自动采集和记录,确保数据的及时性和准确性,并对大量的巡更数据进行高效分析,提供全面的巡更活动情况和趋势分析。城市轨道交通电子巡更系统的智能化发展势不可挡,必将引领下一代巡检巡更系统的发展方向。

1 智能安防集成平台电子巡更系统优势

智能安防集成平台电子巡更系统采用云平台对全线服务器、存储设备、交换机等网络硬件资源进行集中式部署,每个车站有单独的主数据库,但会将备用数据库部署在中心,所有的数据都通过接口备份在中心数据库,相比传统方案具有以下优势。

1.1 云平台管理,集中式部署

电子巡更系统云平台进行集中式部署[2],系统可以更好地适应需求的变化。云平台提供了弹性资源分配和自动扩展的能力,可以根据系统的需求快速增加或减少硬件资源,简化了系统的管理和运维任务,也实现了系统的灵活性和可扩展性,降低了分散管理的复杂性和成本。

1.2 采用站点管理-控制中心汇总

每个站点都独立管理和控制其所属的设备和数据,并存储在自己的主数据库中。尽管数据分散在各个站点数据库中,但这些数据会传输同步至中心的备份数据库。这样可以确保中心具有所有站点数据的备份,并且方便对整个城市轨道交通系统的数据进行汇总和分析,从而生成更全面的巡更报告。巡更棒、传输设备和摄像头由各自所属站点的管理系统进行控制。这意味着每个站点之间相互独立运行,可以独立管理和执行巡更任务。

1.3 提高电子巡更系统的可靠性和容错性

在应用层采用了综合监控系统和数据库的主备冗余机制,辅以其虚拟化技术的高级功能,如动态热迁移、负载均衡策略、主机HA等,使其具备快速恢复和无缝切换的特点,且可以做到恢复数据。借助丰富的云平台资源,降低了由于硬件故障导致的损失,保证了安全可靠性,保障系统稳定运行。

1.4 巡更设备安装简单、成本低廉

巡更硬件设备采用接触式巡更,巡更棒与安装在巡更地点的地点卡进行接触,高效读取巡更地点信息。离线式的无线化设计避免了布线的烦琐,并且具有低成本和安装简便的特点[3]。

2 系统架构

智能安防集成平台电子巡更系统逻辑上可以分为云平台运维管理和电子巡更系统平台。根据数据的传输可以将智能安防集成平台电子巡更系统的软件架构细分为:数据链路层、数据传输层、管理功能组件、业务应用层、访问层。系统的软件架构设计如图1所示。

图1 城市轨道交通智能安防集成平台电子巡更系统软件架构

2.1 数据链路层

智能安防集成平台电子巡更系统有多个站点都需要部署巡更设备和服务器,每个站点都独立管理和控制各自的数据和设备。巡更棒及其传输设备、摄像头和巡更数据都连接到各自所属的站点管理系统和数据库。中心不直接参与站点的设备管理和控制,而是通过云平台同步各个站点的数据并登录系统来查看。巡更棒的数据采集就是在数据链路层建立连接,通过无线传输(NFC)来采集数据,并通过有线连接(USB)来实现上传[4]。

(1)地点卡:地点卡是安装在巡更地点的一种被动式设备。通常包含一个特定的标识符(如RFID标签),用于识别巡更地点的唯一标识。当巡更棒与地点卡接触时,巡更棒会读取地点卡上的标识信息,以确定当前所处的巡更地点。

(2)人员卡:人员卡是巡更人员携带的一种被动式设备,通常是一张带有个人身份信息和权限的卡片或标签。巡更人员通过将巡更棒与其人员卡接触,可以将巡更信息与巡更人员相关联。

(3)巡更棒:巡更棒是一种便携式设备,通常类似于一个手柄或类似于USB设备的形态。它被巡更人员携带,用于与地点卡和人员卡进行接触,并读取相关的巡更数据和身份信息。巡更棒可以记录巡更时间、地点和人员等信息。

(4)巡更棒底座(数据上传设备):巡更棒底座是一个设备或接口,用于连接巡更棒以将采集到的数据上传至中心或服务器。巡更棒通过将其插入巡更棒底座来实现数据的传输和上传。

2.2 数据传输层

站点的电子巡更系统通过云平台的数据传输功能与其中心数据库进行数据同步。为了确保数据的可靠传输,云平台使用了传输控制协议(TCP)。对于摄像头的视频传输,RUDP在数据传输层的逻辑中提供了低延迟的数据传输,非常适合实时性要求较高的视频传输。在摄像头的控制方面,使用了实时传输控制协议(RTCP)。RTCP在数据传输层的逻辑中用于传递摄像头的控制命令。同时,轨道交通巡更数据总体评估等功能在内的中心电子巡更系统拓展功能也需要依赖于站点到中心的数据传输。

2.3 管理功能组件

通过该部分提供的各类组件对待收集或已收集的数据进行有针对性的管理,包括主备冗余机制、权限管理、历史数据管理、设备控制服务(控制摄像头)、数据的存储服务和数据的统计服务(对上传的巡更数据进行对比、统计和评估)。管理功能组件对整个系统的功能起到承上启下的连接作用。

2.4 业务应用层

业务应用层主要针对智能安防集成平台电子巡更系统为业主提供的应用功能需求展开分析,主要包括画面显示、巡更数据管理、摄像头控制、任务推送、巡更数据上传、报表记录统计、统计报表等功能。

2.5 访问层

基于业务应用层开发实现的应用功能,站点的访问层可以通过智能安防集成平台电子巡更系统的显示大屏实时查看站点上不同巡更线路的状态,中心的访问层则可以查看所有站点上的巡更数据。

3 系统功能

城市轨道交通智能安防集成平台电子巡更系统功能包含依托智能安防集成平台的电子巡更系统的基础功能、安防电子巡更业务功能、兼容云平台部署运行功能,如图2所示。

图2 城市轨道智能安防集成平台电子巡更系统功能

3.1 依托智能安防集成平台的电子巡更系统的基础功能

(1)高性能实时数据库平台:系统高性能实时数据库平台,为电子巡更系统的各个子功能模块提供强大的支撑[2]。

(2)主备冗余机制:通过设置主备设备,当主设备发生故障或不可用时,备用设备会接管工作,从而实现系统的持续运行和数据的安全性。电子巡更系统的设备包括了服务器和数据库设备,是电子巡更数据备份和数据恢复的底层硬件支撑。

(3)数据隔离功能:在云平台的导航栏中,每个不同的站点对应的是不同的电子巡更系统。进入该站点的巡更系统界面后,用户只能查看到该站点的相关数据和设备信息,确保了数据和设备的隔离和保密性。当某站点的系统崩溃将不会影响其他站点的系统运行。

(4)数据存储服务功能:将生成的巡更数据存储在数据库中,通过云平台将数据同步至备用数据库。

(5)设备控制服务功能:对系统中的设备进行远程控制和管理,包括控制摄像头进行实时视频监控,以支持系统的安全监控和管理。

3.2 安防电子巡更业务功能

(1)巡更点管理:对巡更点的信息进行查询、新增、修改和删除操作,以实现对巡更点的灵活管理和维护。每个巡更点绑定一个地点卡。巡更点记录的匹配就是根据地点卡的唯一标识。巡更点绑定摄像头之后可以查看摄像头画面。

(2)摄像头控制:对摄像头进行控制,包括转向、放大、缩小、变倍、预置位设置、预置位调用和预置位删除。

(3)巡更路径管理:对巡更路径的数据进行查询、新增、修改和删除操作,巡更路径的配置实际是对巡更点进行组合排列。

(4)用户及权限管理:系统具备用户管理、用户权限管理等功能,为不同用户角色提供不同的权限,分配不同的责任区,从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。

(5)巡更人员管理:对巡更人员进行查询、新增、修改和删除操作,巡更人员是系统用户的一种特殊身份,管理员可以为系统用户添加巡更身份,创建巡更人员,系统用户有不同的角色分配,不同角色的权限、责任区是不一样的。

(6)巡更计划管理:对巡更计划进行创建、安排、调整和删除操作。巡更计划能在设定好的规定的时间生成巡更任务。

(7)巡更任务管理:对巡更任务进行查询、新增、确认和删除操作。每个巡更任务生成时都会生成一个空的巡更记录等待巡更点记录的上传和巡更数据的绑定。巡更计划生成的巡更任务是不会自动分配巡更人员的,需要通过管理员指派巡更人员,即确认巡更任务。

(8)任务推送:系统会根据巡更计划来定时生成巡更任务,在管理员分配任务后,系统会将巡更任务推送给对应的巡更人员,确保巡更工作按时、有序地执行。

(9)巡更记录管理:对巡更记录进行查询、新增、修改和删除操作,当巡更记录匹配上新的巡更点记录后会更新巡更记录的统计数据。新增的巡更记录属于自由巡更,将不会匹配任何一条线路,没有规定必须检测的巡更点。

(10)巡更记录统计:巡更记录会对预定的巡更路线和其匹配的巡更点记录进行对比和评估,统计巡更记录的完成情况、完整率、状态(包括正常、早检、迟检、漏检、多检、乱序和人员错误)以及具体是哪个巡更点记录和预定巡更点出现的错误。

(11)巡更点记录管理:对巡更点记录进行查询、匹配和删除操作,巡更点记录除了匹配信息其他都是不可更改的。

(12)巡更点记录匹配:巡更点记录可以和一条巡更记录进行解绑或绑定匹配操作,这一操作会更新巡更记录的统计数据。同步的巡更点记录按照巡更人员和巡更时间会自动检索匹配对应的巡更记录,匹配错误或是未匹配的巡更点记录则可以由管理员手动匹配。

(13)巡更采集:可以匹配人物卡来更新巡更棒的状态,可以实时匹配现场的地点卡完成巡更操作采集巡更数据。

(14)数据上传:支持通过USB连接巡更棒底座实现巡更棒内数据的上传操作,巡更棒可储存的数据条目有上限,还可以对巡更棒进行数据清空的操作,同一数据不可以重复上传。同步数据后会生成对应的巡更点记录并匹配巡更记录。

3.3 巡更设备传输接口

巡更设备传输接口通常作为服务端,完成巡更棒的数据接收、解析,将巡更状态数据拼接成报文并发送给中心或站点。

3.4 兼容云平台部署运行

电子巡更系统跟随城市轨道交通云化的趋势,具备在云平台上安装、部署和正常运行的能力。这使得系统具备了更大的灵活性、中心化管理和数据共享的优势,进一步提升了电子巡更系统的效能和适应性。

4 结语

在建设现代化的交通体系和智慧城市的过程中,安全和智能化的管理手段是必不可少的[5]。城市轨道智能安防集成平台电子巡更系统有效整合了信息技术与安全管理,为城市轨道交通系统提供了科学而高效的安全监控和管理手段。为顺应建设交通强国与智慧城市的需要,电子巡更未来的发展必将更加蓬勃,本文对于电子巡更的探讨对未来城市轨道智能安防的研究起到一定的参考作用。