论文部分内容阅读
引言：本文通过对已有文献的整理明确了物联网技术的定义和基本特征，并且分析了物联网技术的体系架构。通过对于铁路行车安全保障体系的分析，阐述了物联网技术在铁路行车安全监控系统中的应用和具体架构。最后文章分析了基于物联网的铁路行车安全监控系统的优势。
一、物联网相关理论
（一）物联网定义与基本特征
物联网的基本概念，是由美国麻省理工学院的Sanjey Sarma和David Brock教授1999年提出，其核心思想是应用EPC为全球每一个物体提供唯一的标识符，运用RFID技术完成数据采集，通过互联网使多个服务器达成信息共享[1]。
（二）物联网的体系架构
目前，物联网的体系架构已经基本形成，通常一个完整的物联网架构主要包含以下五个层面。
1、数据采集层
数据采集层的主要任务是将在物联网处理范围内的各种现实物理量，通过各种手段，实时、自动的转储为数字化的信息和数据。
2、数据汇聚层
数据汇聚层的主要任务是将采集层采集到的数据，通过各种处理技术进行汇总，将该处理范围内的各种信息进行综合分析，并加以整合方便集约处理。
3、数据传输层
传输层的主要任务是利用已有的有线或无线的网络，完成主要信息的实时传输。
4、数据管理层
数据管理层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），通过数据处理技术，利用内部的数据处理软件，对于采集到的数据进行整理分析，并通过构建模型，使之能够符合用户的现实使用需要。
5、应用层
应用层是利用各种汇编语言、编译软件开发的能够集成底层系统功能的，面向各行各业的实际应用体系。如智能交通、远程医疗与健康监护、铁路行车安全监控等。[2]
二、铁路行车安全监控应用
（一）铁路行车安全保障体系
在现场生产实际过程中，铁路行车安全受到很多因素的制约，根据大系统理论的观点，行车安全主要受到以下四类因素影响——人员、设备、运行环境和运营管理。在长时间的生产实践中，我国铁路形成了一套行之有效的行车安全保障体系。铁路行车安全保障体系是一个实时监控、开放的“人-机-环”动态控制体系。该体系利用了最新的安全技术，例如现代安全监测技术、信息传输技术、控制技术，实现了对于设备的实时监测、信息的实时传输和故障的实时处置。
（二）铁路行车安全监控系统架构
铁路行车安全事故的发生也是随机的、突发的，表示铁路行车安全的数据是海量的、离散的，难以通过统计学的理论方法进行准确的统计分析，达到预测的目的，所以调度指挥系统很难直接使用。铁路行车安全监控系统可以结合数据的内部关联性，通过建模进行智能处理，使之可以转化为能够满足调度指挥系统需要的数据。
因为影响行车安全的因素很多，所以铁路行车安全监控必须监控大量的对象，根据监控对象的不同，可分别实现对机车车辆系统、线路桥隧系统、牵引供电系统、通信信号系统的监测、预警和应急处置，为铁路的安全运行提供技术保证。为了更好的完成铁路行车安全的保障任务，铁路行车安全监控系统有监测、信息传输、安全管理、维修应急处置等功能，并分别由对应的子系统完成。其主要结构如下图。
三、基于物联网的铁路行车安全监控系统的优势
物联网技术在故障智能感知、设备智能监测、事故智能控制、应急辅助决策等领域都有着十分明显的优势，因此可以将其充分应用到铁路行车安全监控系统中，物联网可以大大提高铁路行车危险源辨识、危险源评价、风险评级、风险管理、预警、辅助决策的水平，具体表现在一下几个方面：
（1）全面化与智能化的感知定位灾害、故障、危险。运用物联网中的射频识别技术、传感技术和智能视频分析技术，通过智能射频识别设备、各种传感器设备、智能信息采集设备，实现了对铁路与行车相关的各个监控区域危险源的实时感知、只能辨识、演化机理分析。提高了铁路各部门对于设备故障、自然灾害、突发事件、人为破坏的预警力度，防患于未然，变被动防御为主动监控。
（2）多样化的传输网络。铁路行车安全监控系统的信息传输网络主要是通过GSM-R的铁路通信专网和铁路专门通信光缆，运用了物联网技术之后，可以充分利用互联网资源，对于部分可以通过外网传输的信息利用无线传感器网络、移动通信网和多媒体网络等多种形式的异构网络进行传输通信。当铁路通信专网或通信光缆发生故障或者拥堵时，系统能够立即转换传输方式，通过其他共存的网络完成数据传输，直到铁路通信专网和铁路专门通信光缆恢复正常工作时为止。
（3）统一的、数据共享的监控平台。铁路行车安全监控系统通过物联网数据传输、融合、分析、共享等技术实现从监测现场到站段级调度到路局调度所级到总公司调度级的纵向传输、共享，还实现了车、机、工、电、辆等不同业务工种间的横向传输、共享。物联网技术构建了统一的监控平台，避免了铁路由于管理机制产生的条块分割的人为信息不畅，有力的解决了信息孤岛问题，实现了数据共享，为下一步的风险研判，智能决策，应急处置提供了基础和平台。
参考文献
[1]王良民，熊书明.物联网工程概论[M].北京：清华大学出版社.2011.12.
[2]肖维斯，物联网在铁路安全监控领域应用研究[D].北京交通大学，2012.
（作者单位：西南交通大学交通运输与物流学院）
一、物联网相关理论
（一）物联网定义与基本特征
物联网的基本概念，是由美国麻省理工学院的Sanjey Sarma和David Brock教授1999年提出，其核心思想是应用EPC为全球每一个物体提供唯一的标识符，运用RFID技术完成数据采集，通过互联网使多个服务器达成信息共享[1]。
（二）物联网的体系架构
目前，物联网的体系架构已经基本形成，通常一个完整的物联网架构主要包含以下五个层面。
1、数据采集层
数据采集层的主要任务是将在物联网处理范围内的各种现实物理量，通过各种手段，实时、自动的转储为数字化的信息和数据。
2、数据汇聚层
数据汇聚层的主要任务是将采集层采集到的数据，通过各种处理技术进行汇总，将该处理范围内的各种信息进行综合分析，并加以整合方便集约处理。
3、数据传输层
传输层的主要任务是利用已有的有线或无线的网络，完成主要信息的实时传输。
4、数据管理层
数据管理层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），通过数据处理技术，利用内部的数据处理软件，对于采集到的数据进行整理分析，并通过构建模型，使之能够符合用户的现实使用需要。
5、应用层
应用层是利用各种汇编语言、编译软件开发的能够集成底层系统功能的，面向各行各业的实际应用体系。如智能交通、远程医疗与健康监护、铁路行车安全监控等。[2]
二、铁路行车安全监控应用
（一）铁路行车安全保障体系
在现场生产实际过程中，铁路行车安全受到很多因素的制约，根据大系统理论的观点，行车安全主要受到以下四类因素影响——人员、设备、运行环境和运营管理。在长时间的生产实践中，我国铁路形成了一套行之有效的行车安全保障体系。铁路行车安全保障体系是一个实时监控、开放的“人-机-环”动态控制体系。该体系利用了最新的安全技术，例如现代安全监测技术、信息传输技术、控制技术，实现了对于设备的实时监测、信息的实时传输和故障的实时处置。
（二）铁路行车安全监控系统架构
铁路行车安全事故的发生也是随机的、突发的，表示铁路行车安全的数据是海量的、离散的，难以通过统计学的理论方法进行准确的统计分析，达到预测的目的，所以调度指挥系统很难直接使用。铁路行车安全监控系统可以结合数据的内部关联性，通过建模进行智能处理，使之可以转化为能够满足调度指挥系统需要的数据。
因为影响行车安全的因素很多，所以铁路行车安全监控必须监控大量的对象，根据监控对象的不同，可分别实现对机车车辆系统、线路桥隧系统、牵引供电系统、通信信号系统的监测、预警和应急处置，为铁路的安全运行提供技术保证。为了更好的完成铁路行车安全的保障任务，铁路行车安全监控系统有监测、信息传输、安全管理、维修应急处置等功能，并分别由对应的子系统完成。其主要结构如下图。
三、基于物联网的铁路行车安全监控系统的优势
物联网技术在故障智能感知、设备智能监测、事故智能控制、应急辅助决策等领域都有着十分明显的优势，因此可以将其充分应用到铁路行车安全监控系统中，物联网可以大大提高铁路行车危险源辨识、危险源评价、风险评级、风险管理、预警、辅助决策的水平，具体表现在一下几个方面：
（1）全面化与智能化的感知定位灾害、故障、危险。运用物联网中的射频识别技术、传感技术和智能视频分析技术，通过智能射频识别设备、各种传感器设备、智能信息采集设备，实现了对铁路与行车相关的各个监控区域危险源的实时感知、只能辨识、演化机理分析。提高了铁路各部门对于设备故障、自然灾害、突发事件、人为破坏的预警力度，防患于未然，变被动防御为主动监控。
（2）多样化的传输网络。铁路行车安全监控系统的信息传输网络主要是通过GSM-R的铁路通信专网和铁路专门通信光缆，运用了物联网技术之后，可以充分利用互联网资源，对于部分可以通过外网传输的信息利用无线传感器网络、移动通信网和多媒体网络等多种形式的异构网络进行传输通信。当铁路通信专网或通信光缆发生故障或者拥堵时，系统能够立即转换传输方式，通过其他共存的网络完成数据传输，直到铁路通信专网和铁路专门通信光缆恢复正常工作时为止。
（3）统一的、数据共享的监控平台。铁路行车安全监控系统通过物联网数据传输、融合、分析、共享等技术实现从监测现场到站段级调度到路局调度所级到总公司调度级的纵向传输、共享，还实现了车、机、工、电、辆等不同业务工种间的横向传输、共享。物联网技术构建了统一的监控平台，避免了铁路由于管理机制产生的条块分割的人为信息不畅，有力的解决了信息孤岛问题，实现了数据共享，为下一步的风险研判，智能决策，应急处置提供了基础和平台。
参考文献
[1]王良民，熊书明.物联网工程概论[M].北京：清华大学出版社.2011.12.
[2]肖维斯，物联网在铁路安全监控领域应用研究[D].北京交通大学，2012.
（作者单位：西南交通大学交通运输与物流学院）