物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軌道交通智能監(jiān)控中的應(yīng)用探討

史 龍，馬珺杰，李 陽(yáng)

（1北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 100071）

（2陜西鐵路物流集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710000）

1 引言

近年來(lái)，隨著城市化的不斷推進(jìn)，城市中逐漸興起智慧軌道交通系統(tǒng)，其中智能監(jiān)控技術(shù)是城市軌道交通智能化發(fā)展的關(guān)鍵。若使城市軌道交通智能監(jiān)控技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)軌道交通的智能化發(fā)展，還需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一種準(zhǔn)確性高、安全系數(shù)高的軌道交通綜合管理系統(tǒng)，使軌道交通更具有智能化的處理能力?；诖?，必須要深入地研究軌道交通智能監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)方式，更好地提升城市軌道交通系統(tǒng)的智能化信息處理能力，適應(yīng)更廣泛的軌道交通系統(tǒng)[1]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息技術(shù)同屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，其是在信息技術(shù)的支持上，利用各種信息傳感設(shè)備，例如全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器等采集需要監(jiān)控或者互動(dòng)的物體，通過(guò)采集光、熱、電力學(xué)等各種信息，利用傳感器和屏攝技術(shù)等構(gòu)成一個(gè)巨大的以物體為中心的信息網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要目的是幫助城市軌道交通智能監(jiān)控系統(tǒng)形成聯(lián)系，方便操作人員和城市軌道交通監(jiān)控通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)車(chē)輛信息的管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通系統(tǒng)之中，有信息數(shù)據(jù)大、安全性高、節(jié)能等多個(gè)特點(diǎn)，可以最大化優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)流量，提高日常居民的出行效率[2]。通過(guò)智能化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以調(diào)動(dòng)交通管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)度車(chē)輛信息，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)道路和周邊環(huán)境進(jìn)行信息整合并發(fā)揮效能。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧軌道交通監(jiān)控中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)

運(yùn)用軌道交通與射頻識(shí)別技術(shù)，通過(guò)標(biāo)簽化的自動(dòng)分析和識(shí)別，達(dá)到數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)接收的目的。射頻識(shí)別技術(shù)主要通過(guò)閱讀器以及一系列的標(biāo)簽?zāi)K構(gòu)成，每一個(gè)標(biāo)簽?zāi)K中都有唯一的電子編碼，例如射頻模塊和控制模塊、存儲(chǔ)模塊的電子編碼有所不同，再通過(guò)標(biāo)簽天線將信息發(fā)送給平臺(tái)，由平臺(tái)獲取數(shù)據(jù)，并把獲取的信息發(fā)送給用戶(hù)。軌道交通在運(yùn)行過(guò)程中，需要與地面進(jìn)行不間斷的信息傳輸，才能保證整個(gè)列車(chē)的安全運(yùn)行狀態(tài)。因此，物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)中的軌道交通與射頻識(shí)別技術(shù)，可以利用應(yīng)答器和標(biāo)簽天線，搜集列車(chē)與地面間的大量信息，并通過(guò)控制中心提供列車(chē)速度信息以及定位信息、軌道參數(shù)或者限速信息等[3]。

3.2 軌道交通與無(wú)線傳感器

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中無(wú)線傳感器的應(yīng)用比較頻繁，由于無(wú)線傳感器可以實(shí)時(shí)接收監(jiān)測(cè)區(qū)域的所有信息，也可以形成自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息傳遞和無(wú)線通信，因此可以節(jié)省智慧軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)的成本，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。軌道智能交通監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)，可以將軌道交通與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心連接起來(lái)，通過(guò)無(wú)線通信板塊、傳感器模塊以及其他處理模塊等收集和監(jiān)測(cè)環(huán)境信息，主要對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將環(huán)境內(nèi)的信息收集起來(lái)，并發(fā)送給控制中心，由控制中心進(jìn)行統(tǒng)一的信息處理和分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)部署區(qū)域的異常進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由于軌道交通在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到自然災(zāi)害的影響，還可能受到人為因素或者設(shè)備故障的影響而產(chǎn)生故障。因此，軌道交通與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以起到監(jiān)測(cè)的作用，在環(huán)境節(jié)點(diǎn)中對(duì)各個(gè)傳感器的溫度、濕度、壓力以及其他參數(shù)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)異常進(jìn)行預(yù)警。

4 軌道交通傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以為軌道交通監(jiān)控提供更準(zhǔn)確的感知，因此，在進(jìn)行軌道交通建設(shè)時(shí)，需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳感器和傳感設(shè)備的監(jiān)控集成。通過(guò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)傳遞給中央控制器，便于交通管理和調(diào)度運(yùn)行，優(yōu)化城市居民的出行。

4.1 優(yōu)化集成監(jiān)控方式

在軌道交通建設(shè)的過(guò)程中，監(jiān)控設(shè)備可以通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成，通過(guò)電子標(biāo)簽?zāi)K和傳感器模塊的融合，集成軌道交通時(shí)的環(huán)境狀況信息。將列車(chē)在軌道運(yùn)行時(shí)的參數(shù)以及環(huán)境信息，通過(guò)傳感器進(jìn)行有源標(biāo)簽收集，在環(huán)境中部署帶有傳感器的信息閱讀器，當(dāng)列車(chē)進(jìn)入信息閱讀器覆蓋的范圍，車(chē)載閱讀器會(huì)自動(dòng)獲取周?chē)\(yùn)行環(huán)境的壓力數(shù)值和環(huán)境數(shù)值，對(duì)溫度以及濕度、列車(chē)運(yùn)行速度等參數(shù)信息進(jìn)行上傳，通過(guò)獲取動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)信息，形成集成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)?？梢岳梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)連接智能決策技術(shù)和全球定位技術(shù)，利用高科技手段加強(qiáng)對(duì)軌道運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)控和監(jiān)管，通過(guò)監(jiān)督列車(chē)的運(yùn)行速度和反應(yīng)能力，綜合提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)的指揮調(diào)度效率?？梢岳梦锫?lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)廣播數(shù)據(jù)服務(wù)管理平臺(tái)，通過(guò)廣播數(shù)據(jù)服務(wù)管理平臺(tái)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控信息的收集，同時(shí)，憑借路況信息和智能導(dǎo)航信息，提高軌道的綜合協(xié)調(diào)控制能力。在進(jìn)行集成監(jiān)控的過(guò)程中，還可以對(duì)交通運(yùn)營(yíng)的客流數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督和控制，在進(jìn)出站口安裝數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)，部署檢測(cè)設(shè)備，對(duì)客流量數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)分析[4]。開(kāi)發(fā)智能視頻分析技術(shù)，在進(jìn)出口和列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)區(qū)域客流數(shù)據(jù)、區(qū)域集成數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的收集，并建立目標(biāo)檢測(cè)模型，根據(jù)模型聯(lián)系報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)，做好突發(fā)事件的應(yīng)急和處理。

4.2 優(yōu)化監(jiān)控架構(gòu)方式

智能化監(jiān)控技術(shù)需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，整合周邊網(wǎng)絡(luò)，架構(gòu)一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，將列車(chē)的傳遞速度、列車(chē)占用情況以及列車(chē)行車(chē)安全數(shù)值等級(jí)別性信息進(jìn)行功能性統(tǒng)一，再由軌道電路完成集中性傳輸和架構(gòu)。需要建設(shè)以傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的應(yīng)答器，根據(jù)應(yīng)答器的限速信息和線路占用情況、列車(chē)定位和運(yùn)行參數(shù)等，實(shí)時(shí)采集參數(shù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)感知監(jiān)控環(huán)境下的相關(guān)狀況，例如軌道應(yīng)力、軌道的軸溫以及地質(zhì)情況、氣流等。由于這些參數(shù)是實(shí)時(shí)變化的，因此會(huì)受到多方面原因的干擾，在進(jìn)行監(jiān)控架構(gòu)的過(guò)程中，需要對(duì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理部署，例如在監(jiān)控軸溫時(shí)，需要盡可能地符合實(shí)地的環(huán)境情況。當(dāng)軸溫達(dá)到一定的極限值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)列車(chē)脫軌事故，而列車(chē)脫軌事故也會(huì)影響軸溫，在面對(duì)這種情況時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)無(wú)線通信方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離的標(biāo)識(shí)，提醒中央控制人員列車(chē)的危險(xiǎn)情況，并采取及時(shí)有效的措施進(jìn)行補(bǔ)救。

4.3 綜合性數(shù)據(jù)收集

在傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控架構(gòu)的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)調(diào)整軌道交通運(yùn)行監(jiān)控的狀態(tài)，通過(guò)應(yīng)答器與無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的融合，將整個(gè)中央控制系統(tǒng)劃分為5個(gè)階段，在每一層中布置相應(yīng)的監(jiān)控器和匯聚節(jié)點(diǎn)以及應(yīng)用接口。在每一層中對(duì)應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)布置預(yù)設(shè)程序，通過(guò)預(yù)設(shè)程序來(lái)集中性地監(jiān)控軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)、軌道交通查詢(xún)器和應(yīng)用接口狀態(tài)，在整個(gè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，利用傳感器節(jié)點(diǎn)和應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息的互動(dòng)和收集。在車(chē)站物流技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)中，需要在列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)發(fā)送車(chē)載信號(hào)，也就是說(shuō)，列車(chē)在經(jīng)過(guò)車(chē)站時(shí)會(huì)由車(chē)載設(shè)備發(fā)送查詢(xún)信號(hào)，再由應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)收集報(bào)文、傳感信息，但需要注意的是，在進(jìn)行綜合性數(shù)據(jù)收集和檢測(cè)時(shí)，需要對(duì)車(chē)載設(shè)備的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控架構(gòu)進(jìn)行組織，通過(guò)集成結(jié)構(gòu)和獨(dú)立結(jié)構(gòu)的融合，實(shí)現(xiàn)高頻和低頻的信息發(fā)送，避免受到無(wú)線信號(hào)的干擾。

4.4 優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)

目前，城市軌道交通智能化監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)施正在逐步更新，但想要融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，仍然需要對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體優(yōu)化。通過(guò)超低功耗的集成，利用信號(hào)處理器進(jìn)行混合發(fā)送。首先，需要對(duì)城市軌道交通無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行完善，根據(jù)城市軌道交通的相關(guān)技術(shù)、交通通信的相關(guān)設(shè)備和車(chē)地?zé)o線通信信號(hào)等設(shè)置合理性的技術(shù)方案，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尋找快捷環(huán)保的交通，利用智能化的信息通信系統(tǒng)和智能化監(jiān)控系統(tǒng)，合成智慧軌道交通。其次，需要對(duì)車(chē)載設(shè)備進(jìn)行更新和優(yōu)化。在一般情況下，車(chē)載設(shè)備是列車(chē)發(fā)送信號(hào)、搜集列車(chē)相關(guān)數(shù)據(jù)信息以及接收中央處理器的控制信息的主要器具。因此，車(chē)載設(shè)備需要匯聚查詢(xún)系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)，需要具有高性能的處理器和存儲(chǔ)模塊，在進(jìn)行車(chē)載設(shè)備更新的過(guò)程中，需要根據(jù)列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行狀況和環(huán)境因素，集成設(shè)備接口和軌道交通無(wú)線通信轉(zhuǎn)換接口，保證車(chē)載設(shè)備的高性能[5]。最后，要對(duì)應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整體優(yōu)化，應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)包括存儲(chǔ)器預(yù)設(shè)程序以及射頻收發(fā)器。這三者缺一不可，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行軌道應(yīng)答器的優(yōu)化，通過(guò)射頻模塊、前端電路以及微控制器組成核心存儲(chǔ)器，再更新預(yù)設(shè)程序和射頻收發(fā)器的芯片，保證整個(gè)應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)的高智能化。傳感器節(jié)點(diǎn)也是整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)中最重要的部分，因此需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性?xún)?yōu)化，通過(guò)信息的傳感和采集，串聯(lián)天線和外接端口，保證整個(gè)采集終端的有效性。通過(guò)優(yōu)化壓力、溫濕度、電磁、運(yùn)動(dòng)等傳感器的配備，提高傳感器數(shù)據(jù)的傳輸效率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在不斷發(fā)展，而隨著城市交通壓力與日俱增，軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)的更新和優(yōu)化勢(shì)在必行。相關(guān)人員需要深層次地研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與軌道交通智能監(jiān)控系統(tǒng)的集成和完善，總體提升交通監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集效率和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的完整性創(chuàng)造條件，利用智慧化、綜合性的智能監(jiān)控設(shè)備，提高我國(guó)軌道交通運(yùn)行能力。