地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

申雨卉

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

0 引 言

由于地鐵電力系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此監(jiān)控系統(tǒng)采用兩級(jí)、三級(jí)的控制方式，不同管理層級(jí)間緊密聯(lián)系又相互獨(dú)立。采集電力系統(tǒng)中重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，在監(jiān)測(cè)中心將數(shù)據(jù)信息以圖像或表格的方式呈現(xiàn)給調(diào)度人員，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)控制邏輯向電力系統(tǒng)發(fā)出控制指令，可以對(duì)地鐵電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理。車(chē)站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)站電力設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行采集，如果監(jiān)控系統(tǒng)或者通信回路存在故障，則無(wú)法獲取電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)可能存在的隱患?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)控要安裝在電力設(shè)備附近，與監(jiān)控中心或車(chē)站監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議可以相互兼容，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交互[1-3]。前端由傳感器設(shè)備負(fù)責(zé)感知整個(gè)地鐵供電環(huán)境數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、功率等，通過(guò)傳感器設(shè)備內(nèi)部的無(wú)線傳輸模塊將這些數(shù)據(jù)信息發(fā)送到地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，后臺(tái)能夠根據(jù)各類(lèi)采集的數(shù)據(jù)信息對(duì)整個(gè)地鐵供電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸

在地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)信息主要由物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）終端來(lái)進(jìn)行采集與傳輸，傳感器設(shè)備類(lèi)型不同，每一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安裝在地鐵電力設(shè)備的附近，以此來(lái)進(jìn)行前端不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的狀態(tài)采集。整個(gè)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)由不同類(lèi)型的傳感器設(shè)備組成，用戶能夠進(jìn)行設(shè)置與管理操作來(lái)完成相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集、前端處理與分析工作[4]。

1.2 SSM開(kāi)源框架

在信息系統(tǒng)建設(shè)中，Java EE是大型網(wǎng)站的主流技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。整個(gè)技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)中融合了MyBatis、Spring等多種開(kāi)源技術(shù)架構(gòu)，技術(shù)人員根據(jù)業(yè)務(wù)處理的需要能夠?qū)δ苓M(jìn)行快速開(kāi)發(fā)，提升系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編碼主要采用Java EE開(kāi)源框架，具備良好的安全性與維護(hù)性，方便用戶在前端頁(yè)面瀏覽采集的各類(lèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、遠(yuǎn)程控制等操作。

2 需求分析

在整個(gè)地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，前期的核心內(nèi)容是確定整個(gè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能。圍繞數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)應(yīng)用、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等需求進(jìn)行分析，確定這些功能的用例圖后進(jìn)行建模分析，并對(duì)這些業(yè)務(wù)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)與測(cè)試[5]。

2.1 業(yè)務(wù)流程分析

整個(gè)地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是典型的IoT技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠完成對(duì)各類(lèi)供電參數(shù)信息與視頻的監(jiān)控，后續(xù)在應(yīng)用層對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄、分析與管理。

通過(guò)傳感器記錄整個(gè)地鐵供電系統(tǒng)中的電壓、電流等參數(shù)信息，然后將這些參數(shù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺(tái)的前端頁(yè)面，如果有異常，則系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，提醒值班人員進(jìn)行處理。在地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，用戶能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等操作，滿足地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的處理需求[6]。

2.2 性能需求

在非功能需求的指標(biāo)中，系統(tǒng)可靠性是關(guān)鍵部分，其與整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定息息相關(guān)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的指標(biāo)是故障間隔時(shí)間在2個(gè)星期以上。此外，若整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，則必然降低系統(tǒng)的友好性?；诖?，整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的最高響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3 s。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，需要圍繞當(dāng)前IoT技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)環(huán)境中部署大量不同類(lèi)型的傳感器，之后進(jìn)行傳輸網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、普通節(jié)點(diǎn)，確保整個(gè)數(shù)據(jù)信息的采集順利。地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

將傳感器設(shè)備部署在電力運(yùn)行環(huán)境中，通過(guò)感知層及時(shí)感知與采集各類(lèi)參數(shù)信息，包括電壓、電流、功率等，之后將這些信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用層。在網(wǎng)絡(luò)層的具體設(shè)計(jì)中，其主要任務(wù)是將前端采用的參數(shù)信息通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行傳輸，根據(jù)業(yè)務(wù)的使用場(chǎng)景選擇不同的傳輸模塊。應(yīng)用層是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要采用Java技術(shù)開(kāi)發(fā)，負(fù)責(zé)對(duì)前端采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示，根據(jù)業(yè)務(wù)處理需求進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)試[7]。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)業(yè)務(wù)處理需要，整個(gè)系統(tǒng)中需要使用到的傳感器設(shè)備較多，主要負(fù)責(zé)采集供電系統(tǒng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息。在整個(gè)地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，需要采集的數(shù)據(jù)信息有電壓、電流等參數(shù)，這些參數(shù)主要由前端的傳感器設(shè)備獲取[8]。

3.3 遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)

地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理功能主要是指用戶通過(guò)PC端對(duì)各類(lèi)傳感器信息進(jìn)行瀏覽查看、遠(yuǎn)程控制等操作。具體流程如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程控制管理流程

系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)異常后及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，之后由管理員對(duì)地鐵中的配電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，消除出現(xiàn)的隱患。

3.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)

通過(guò)IoT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各類(lèi)供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的采集，這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，后續(xù)針對(duì)特定的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)，以此來(lái)確定整個(gè)地鐵電力的消耗狀況。數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)具體流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)流程

針對(duì)餅狀圖、柱狀圖等統(tǒng)計(jì)分析模型，管理員需要設(shè)置時(shí)間、部門(mén)等信息，之后由系統(tǒng)調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯程序完成統(tǒng)計(jì)操作，并在前端顯示這些統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)。日常操作中，管理員也可以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢。

4 系統(tǒng)施工與咨詢

4.1 系統(tǒng)施工

在系統(tǒng)施工過(guò)程中，需要進(jìn)行資源分配、軟件配置規(guī)劃、性能優(yōu)化、系統(tǒng)容量預(yù)測(cè)等，使得整個(gè)系統(tǒng)的安裝能夠順利進(jìn)行。同時(shí)為了地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的正常運(yùn)行，及時(shí)響應(yīng)客戶的請(qǐng)求，需要建立有效且完善的技術(shù)服務(wù)維護(hù)機(jī)制，確保技術(shù)服務(wù)維護(hù)工作在適當(dāng)?shù)墓芾砗涂刂葡逻M(jìn)行。每一個(gè)階段的工作完成后都需要進(jìn)行技術(shù)與施工資料的歸檔，方便后期查閱。

4.2 系統(tǒng)咨詢

針對(duì)地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目，提供不同類(lèi)型的技術(shù)咨詢服務(wù)（包括熱線電話服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程支持及現(xiàn)場(chǎng)駐點(diǎn)等），提供7×24 h的服務(wù)響應(yīng)，保證地鐵方可以隨時(shí)找到駐場(chǎng)的技術(shù)人員。技術(shù)服務(wù)問(wèn)題受理流程如下文所述。

（1）單位技術(shù)服務(wù)部門(mén)受理臺(tái)接到用戶問(wèn)題電話后，問(wèn)題受理分析員為每次問(wèn)題報(bào)修填寫(xiě)一張問(wèn)題受理單，針對(duì)故障緊急程度確定服務(wù)響應(yīng)的級(jí)別，并回復(fù)報(bào)修人問(wèn)題受理編號(hào)。

（2）問(wèn)題受理分析員初步分析后，通過(guò)手機(jī)或固定值班電話通知相關(guān)在用系統(tǒng)的值班員，并告知報(bào)修人、聯(lián)系電話和問(wèn)題受理編號(hào)等信息，按照不同級(jí)別進(jìn)行響應(yīng)處理。

（3）各系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)人員在排除問(wèn)題或有初步處理結(jié)果后，要填寫(xiě)問(wèn)題處理單，必須注明問(wèn)題接報(bào)時(shí)間、問(wèn)題原因等關(guān)鍵內(nèi)容，并立即向問(wèn)題受理分析員報(bào)告，進(jìn)行問(wèn)題銷(xiāo)單處理。

（4）問(wèn)題受理分析員必須嚴(yán)格跟蹤每個(gè)問(wèn)題派修后的處理情況，在沒(méi)有收到運(yùn)行支撐人員或用戶的問(wèn)題處理情況反饋意見(jiàn)時(shí)，必須及時(shí)去電詢問(wèn)問(wèn)題處理部門(mén)的處理意見(jiàn)，去電告知用戶問(wèn)題處理情況并詢問(wèn)用戶意見(jiàn)。問(wèn)題受理分析員在接到問(wèn)題恢復(fù)報(bào)告后，直接再與用戶聯(lián)系，確認(rèn)問(wèn)題是否恢復(fù)，并登記問(wèn)題恢復(fù)時(shí)間和用戶滿意度。

（5）每次問(wèn)題處理結(jié)束，受理臺(tái)打電話給用戶去詢問(wèn)問(wèn)題的處理情況及用戶是否滿意。

5 結(jié) 論

地鐵供電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏鳌㈦妷?、功率等?shù)據(jù)信息進(jìn)行采集與傳輸，平臺(tái)端根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、統(tǒng)計(jì)分析等功能，為地鐵供電系統(tǒng)的運(yùn)維提供信息化的高效率管理方式，一定程度提升了地鐵交通的安全性。未來(lái)發(fā)展中，不僅要要結(jié)合實(shí)際用戶的使用意見(jiàn)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，而且還要持續(xù)提升系統(tǒng)采集、傳輸數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性。