黃文豪,曾清旋,俞 銘

(國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

在城市軌道交通領(lǐng)域,安全與穩(wěn)定的運營一直是至關(guān)重要的目標。城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)作為一項關(guān)鍵技術(shù)和解決方案,滿足了軌道交通系統(tǒng)對安全性和高效運營的迫切需求,正在日益受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用。

城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)作為地鐵的重要子系統(tǒng)之一,通過預(yù)先設(shè)定的巡更人員和巡更計劃,管理和分配巡更點、巡更路線和巡更順序等信息,監(jiān)督和記錄車站、車輛基地的安全巡邏和巡檢工作,通過無線通信技術(shù)采集實際巡更記錄,與對預(yù)設(shè)的巡更計劃比,為管理者提供準確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析[1]。

隨著城市化進程的不斷推進,我國城市軌道交通已邁入網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)與運營的關(guān)鍵階段。電子巡更系統(tǒng)通過線下巡更與線上智能化的有機結(jié)合巧妙地契合了網(wǎng)絡(luò)化和高效化的需求,能夠便捷地管理巡更人員和巡更數(shù)據(jù)。每個車站站點的巡更數(shù)據(jù)能夠集中共享至中心,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中共享和業(yè)務(wù)需求快速響應(yīng)。這種新的智能巡更模式有效彌補了傳統(tǒng)巡更模式的不足之處,通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等快速發(fā)展的技術(shù)實現(xiàn)對巡更數(shù)據(jù)的自動采集和記錄,確保數(shù)據(jù)的及時性和準確性,并對大量的巡更數(shù)據(jù)進行高效分析,提供全面的巡更活動情況和趨勢分析。城市軌道交通電子巡更系統(tǒng)的智能化發(fā)展勢不可擋,必將引領(lǐng)下一代巡檢巡更系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)優(yōu)勢

智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)采用云平臺對全線服務(wù)器、存儲設(shè)備、交換機等網(wǎng)絡(luò)硬件資源進行集中式部署,每個車站有單獨的主數(shù)據(jù)庫,但會將備用數(shù)據(jù)庫部署在中心,所有的數(shù)據(jù)都通過接口備份在中心數(shù)據(jù)庫,相比傳統(tǒng)方案具有以下優(yōu)勢。

1.1 云平臺管理,集中式部署

電子巡更系統(tǒng)云平臺進行集中式部署[2],系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)需求的變化。云平臺提供了彈性資源分配和自動擴展的能力,可以根據(jù)系統(tǒng)的需求快速增加或減少硬件資源,簡化了系統(tǒng)的管理和運維任務(wù),也實現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性,降低了分散管理的復雜性和成本。

1.2 采用站點管理-控制中心匯總

每個站點都獨立管理和控制其所屬的設(shè)備和數(shù)據(jù),并存儲在自己的主數(shù)據(jù)庫中。盡管數(shù)據(jù)分散在各個站點數(shù)據(jù)庫中,但這些數(shù)據(jù)會傳輸同步至中心的備份數(shù)據(jù)庫。這樣可以確保中心具有所有站點數(shù)據(jù)的備份,并且方便對整個城市軌道交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行匯總和分析,從而生成更全面的巡更報告。巡更棒、傳輸設(shè)備和攝像頭由各自所屬站點的管理系統(tǒng)進行控制。這意味著每個站點之間相互獨立運行,可以獨立管理和執(zhí)行巡更任務(wù)。

1.3 提高電子巡更系統(tǒng)的可靠性和容錯性

在應(yīng)用層采用了綜合監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的主備冗余機制,輔以其虛擬化技術(shù)的高級功能,如動態(tài)熱遷移、負載均衡策略、主機HA等,使其具備快速恢復和無縫切換的特點,且可以做到恢復數(shù)據(jù)。借助豐富的云平臺資源,降低了由于硬件故障導致的損失,保證了安全可靠性,保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1.4 巡更設(shè)備安裝簡單、成本低廉

巡更硬件設(shè)備采用接觸式巡更,巡更棒與安裝在巡更地點的地點卡進行接觸,高效讀取巡更地點信息。離線式的無線化設(shè)計避免了布線的煩瑣,并且具有低成本和安裝簡便的特點[3]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)邏輯上可以分為云平臺運維管理和電子巡更系統(tǒng)平臺。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳輸可以將智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)的軟件架構(gòu)細分為:數(shù)據(jù)鏈路層、數(shù)據(jù)傳輸層、管理功能組件、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、訪問層。系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 城市軌道交通智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)軟件架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)鏈路層

智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)有多個站點都需要部署巡更設(shè)備和服務(wù)器,每個站點都獨立管理和控制各自的數(shù)據(jù)和設(shè)備。巡更棒及其傳輸設(shè)備、攝像頭和巡更數(shù)據(jù)都連接到各自所屬的站點管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫。中心不直接參與站點的設(shè)備管理和控制,而是通過云平臺同步各個站點的數(shù)據(jù)并登錄系統(tǒng)來查看。巡更棒的數(shù)據(jù)采集就是在數(shù)據(jù)鏈路層建立連接,通過無線傳輸(NFC)來采集數(shù)據(jù),并通過有線連接(USB)來實現(xiàn)上傳[4]。

(1)地點卡:地點卡是安裝在巡更地點的一種被動式設(shè)備。通常包含一個特定的標識符(如RFID標簽),用于識別巡更地點的唯一標識。當巡更棒與地點卡接觸時,巡更棒會讀取地點卡上的標識信息,以確定當前所處的巡更地點。

(2)人員卡:人員卡是巡更人員攜帶的一種被動式設(shè)備,通常是一張帶有個人身份信息和權(quán)限的卡片或標簽。巡更人員通過將巡更棒與其人員卡接觸,可以將巡更信息與巡更人員相關(guān)聯(lián)。

(3)巡更棒:巡更棒是一種便攜式設(shè)備,通常類似于一個手柄或類似于USB設(shè)備的形態(tài)。它被巡更人員攜帶,用于與地點卡和人員卡進行接觸,并讀取相關(guān)的巡更數(shù)據(jù)和身份信息。巡更棒可以記錄巡更時間、地點和人員等信息。

(4)巡更棒底座(數(shù)據(jù)上傳設(shè)備):巡更棒底座是一個設(shè)備或接口,用于連接巡更棒以將采集到的數(shù)據(jù)上傳至中心或服務(wù)器。巡更棒通過將其插入巡更棒底座來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和上傳。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

站點的電子巡更系統(tǒng)通過云平臺的數(shù)據(jù)傳輸功能與其中心數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)同步。為了確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸,云平臺使用了傳輸控制協(xié)議(TCP)。對于攝像頭的視頻傳輸,RUDP在數(shù)據(jù)傳輸層的邏輯中提供了低延遲的數(shù)據(jù)傳輸,非常適合實時性要求較高的視頻傳輸。在攝像頭的控制方面,使用了實時傳輸控制協(xié)議(RTCP)。RTCP在數(shù)據(jù)傳輸層的邏輯中用于傳遞攝像頭的控制命令。同時,軌道交通巡更數(shù)據(jù)總體評估等功能在內(nèi)的中心電子巡更系統(tǒng)拓展功能也需要依賴于站點到中心的數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 管理功能組件

通過該部分提供的各類組件對待收集或已收集的數(shù)據(jù)進行有針對性的管理,包括主備冗余機制、權(quán)限管理、歷史數(shù)據(jù)管理、設(shè)備控制服務(wù)(控制攝像頭)、數(shù)據(jù)的存儲服務(wù)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計服務(wù)(對上傳的巡更數(shù)據(jù)進行對比、統(tǒng)計和評估)。管理功能組件對整個系統(tǒng)的功能起到承上啟下的連接作用。

2.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要針對智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)為業(yè)主提供的應(yīng)用功能需求展開分析,主要包括畫面顯示、巡更數(shù)據(jù)管理、攝像頭控制、任務(wù)推送、巡更數(shù)據(jù)上傳、報表記錄統(tǒng)計、統(tǒng)計報表等功能。

2.5 訪問層

基于業(yè)務(wù)應(yīng)用層開發(fā)實現(xiàn)的應(yīng)用功能,站點的訪問層可以通過智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)的顯示大屏實時查看站點上不同巡更線路的狀態(tài),中心的訪問層則可以查看所有站點上的巡更數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

城市軌道交通智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)功能包含依托智能安防集成平臺的電子巡更系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能、安防電子巡更業(yè)務(wù)功能、兼容云平臺部署運行功能,如圖2所示。

圖2 城市軌道智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)功能

3.1 依托智能安防集成平臺的電子巡更系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能

(1)高性能實時數(shù)據(jù)庫平臺:系統(tǒng)高性能實時數(shù)據(jù)庫平臺,為電子巡更系統(tǒng)的各個子功能模塊提供強大的支撐[2]。

(2)主備冗余機制:通過設(shè)置主備設(shè)備,當主設(shè)備發(fā)生故障或不可用時,備用設(shè)備會接管工作,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)運行和數(shù)據(jù)的安全性。電子巡更系統(tǒng)的設(shè)備包括了服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫設(shè)備,是電子巡更數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復的底層硬件支撐。

(3)數(shù)據(jù)隔離功能:在云平臺的導航欄中,每個不同的站點對應(yīng)的是不同的電子巡更系統(tǒng)。進入該站點的巡更系統(tǒng)界面后,用戶只能查看到該站點的相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息,確保了數(shù)據(jù)和設(shè)備的隔離和保密性。當某站點的系統(tǒng)崩潰將不會影響其他站點的系統(tǒng)運行。

(4)數(shù)據(jù)存儲服務(wù)功能:將生成的巡更數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中,通過云平臺將數(shù)據(jù)同步至備用數(shù)據(jù)庫。

(5)設(shè)備控制服務(wù)功能:對系統(tǒng)中的設(shè)備進行遠程控制和管理,包括控制攝像頭進行實時視頻監(jiān)控,以支持系統(tǒng)的安全監(jiān)控和管理。

3.2 安防電子巡更業(yè)務(wù)功能

(1)巡更點管理:對巡更點的信息進行查詢、新增、修改和刪除操作,以實現(xiàn)對巡更點的靈活管理和維護。每個巡更點綁定一個地點卡。巡更點記錄的匹配就是根據(jù)地點卡的唯一標識。巡更點綁定攝像頭之后可以查看攝像頭畫面。

(2)攝像頭控制:對攝像頭進行控制,包括轉(zhuǎn)向、放大、縮小、變倍、預(yù)置位設(shè)置、預(yù)置位調(diào)用和預(yù)置位刪除。

(3)巡更路徑管理:對巡更路徑的數(shù)據(jù)進行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更路徑的配置實際是對巡更點進行組合排列。

(4)用戶及權(quán)限管理:系統(tǒng)具備用戶管理、用戶權(quán)限管理等功能,為不同用戶角色提供不同的權(quán)限,分配不同的責任區(qū),從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。

(5)巡更人員管理:對巡更人員進行查詢、新增、修改和刪除操作,巡更人員是系統(tǒng)用戶的一種特殊身份,管理員可以為系統(tǒng)用戶添加巡更身份,創(chuàng)建巡更人員,系統(tǒng)用戶有不同的角色分配,不同角色的權(quán)限、責任區(qū)是不一樣的。

(6)巡更計劃管理:對巡更計劃進行創(chuàng)建、安排、調(diào)整和刪除操作。巡更計劃能在設(shè)定好的規(guī)定的時間生成巡更任務(wù)。

(7)巡更任務(wù)管理:對巡更任務(wù)進行查詢、新增、確認和刪除操作。每個巡更任務(wù)生成時都會生成一個空的巡更記錄等待巡更點記錄的上傳和巡更數(shù)據(jù)的綁定。巡更計劃生成的巡更任務(wù)是不會自動分配巡更人員的,需要通過管理員指派巡更人員,即確認巡更任務(wù)。

(8)任務(wù)推送:系統(tǒng)會根據(jù)巡更計劃來定時生成巡更任務(wù),在管理員分配任務(wù)后,系統(tǒng)會將巡更任務(wù)推送給對應(yīng)的巡更人員,確保巡更工作按時、有序地執(zhí)行。

(9)巡更記錄管理:對巡更記錄進行查詢、新增、修改和刪除操作,當巡更記錄匹配上新的巡更點記錄后會更新巡更記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。新增的巡更記錄屬于自由巡更,將不會匹配任何一條線路,沒有規(guī)定必須檢測的巡更點。

(10)巡更記錄統(tǒng)計:巡更記錄會對預(yù)定的巡更路線和其匹配的巡更點記錄進行對比和評估,統(tǒng)計巡更記錄的完成情況、完整率、狀態(tài)(包括正常、早檢、遲檢、漏檢、多檢、亂序和人員錯誤)以及具體是哪個巡更點記錄和預(yù)定巡更點出現(xiàn)的錯誤。

(11)巡更點記錄管理:對巡更點記錄進行查詢、匹配和刪除操作,巡更點記錄除了匹配信息其他都是不可更改的。

(12)巡更點記錄匹配:巡更點記錄可以和一條巡更記錄進行解綁或綁定匹配操作,這一操作會更新巡更記錄的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。同步的巡更點記錄按照巡更人員和巡更時間會自動檢索匹配對應(yīng)的巡更記錄,匹配錯誤或是未匹配的巡更點記錄則可以由管理員手動匹配。

(13)巡更采集:可以匹配人物卡來更新巡更棒的狀態(tài),可以實時匹配現(xiàn)場的地點卡完成巡更操作采集巡更數(shù)據(jù)。

(14)數(shù)據(jù)上傳:支持通過USB連接巡更棒底座實現(xiàn)巡更棒內(nèi)數(shù)據(jù)的上傳操作,巡更棒可儲存的數(shù)據(jù)條目有上限,還可以對巡更棒進行數(shù)據(jù)清空的操作,同一數(shù)據(jù)不可以重復上傳。同步數(shù)據(jù)后會生成對應(yīng)的巡更點記錄并匹配巡更記錄。

3.3 巡更設(shè)備傳輸接口

巡更設(shè)備傳輸接口通常作為服務(wù)端,完成巡更棒的數(shù)據(jù)接收、解析,將巡更狀態(tài)數(shù)據(jù)拼接成報文并發(fā)送給中心或站點。

3.4 兼容云平臺部署運行

電子巡更系統(tǒng)跟隨城市軌道交通云化的趨勢,具備在云平臺上安裝、部署和正常運行的能力。這使得系統(tǒng)具備了更大的靈活性、中心化管理和數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢,進一步提升了電子巡更系統(tǒng)的效能和適應(yīng)性。

4 結(jié)語

在建設(shè)現(xiàn)代化的交通體系和智慧城市的過程中,安全和智能化的管理手段是必不可少的[5]。城市軌道智能安防集成平臺電子巡更系統(tǒng)有效整合了信息技術(shù)與安全管理,為城市軌道交通系統(tǒng)提供了科學而高效的安全監(jiān)控和管理手段。為順應(yīng)建設(shè)交通強國與智慧城市的需要,電子巡更未來的發(fā)展必將更加蓬勃,本文對于電子巡更的探討對未來城市軌道智能安防的研究起到一定的參考作用。