陈 欢
天津凯发电气股份有限公司 天津 300392
摘要：目前，各地城市轨道交通的线网级能源管理平台（以下简为“线网平台”）,大多在已建线路级能源管理系统的基础上搭建，可汇总各线路的能源管理数据，以能耗和能效的统计分析为主要功能；其与线路能源管理系统在业务功能方面有一定程度的重合，相应也有重复建设的部分。一般来说，由不同的承包商承建的各线能源管理系统，其硬件与软件各不相同，在表计设置、能源软件界面、系统功能及能耗报表等各方面都存在较大的差异，故在此基础上建立的线网平台较难运营维护。为此，本文基于云平台技术提出新的解决思路。
关键词：云平台；城市轨道；交通
1 线网能源管理系统的结构
1.1 云计算及云平台
云计算是以虚拟化技术为基础，以网络为载体的超级计算，其通过基础架构、平台或软件等服务形式，整合了大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源来进行协同工作。
云计算的服务模式有IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）及SaaS（软件即服务）。其中，IaaS模式主要提供计算、存储、网络及安全等基本的IT（互联网技术）服务；PaaS模式主要提供应用运行和开发环境、应用开发组件等；SaaS模式提供解决实际业务的企业应用，并从应用服务过程中理解需求，不断完善应用解决方案。
1.2 线网能源管理系统的硬件架构
典型的线网能源管理系统的硬件架构图如图1所示。基于云平台的线网能源管理系统（以下简为“云平台能源管理系统”）硬件架构在上述架构基础上进行优化，可划分为线网层及车站层两部分。
.png)
在车站层部分，智能电表、智能水表等能耗采集装置负责具体能耗数据的采集、存储和上传，综合监控系统和通风空调系统的数据采集装置负责客流数据、车站环境传感器数据及通风空调系统设备运行数据的采集、存储及上传，协议转换器负责将车站所有的数据打包传递给能源管理系统的线网级服务器。
云平台能源管理系统在硬件架构中取消了传统的线路级能源管理层级（即线路层）。传统线路层包括线路能源服务器、数据服务器及线路级数据采集设备等。云平台能源管理系统的线网层利用虚拟化的数据服务器、Web服务器和接口服务器，统一显示线网中不同线路、车站的能耗情况，并进行能耗、能效分析，进而生成线网级分析报告和报表，实现对整个线网用能的全面监管。
对于线路的能源管理业务，云平台能源管理系统利用能源管理系统B/S（浏览器/服务器）架构特点，在线路各个车站增加能源管理云桌面，通过用户角色权限管理和不同的查询页面，显示查询每个线路或者不同车站的能耗数据。
云平台能源管理系统采用线网-车站二层管理结构，取消了传统的线路层服务，使能源数据直接接入线网级数据库。大数据技术为这种大量数据的汇总和处理提供了可能。此外，云平台保证了线网级能源管理系统能根据接入线路的容量需求来对能源进行弹性配置。云平台能源管理系统更好地利用了云计算的优势，实现了集约化建设和运营，降低了能源管理系统的建设成本。
1.3 线网能源管理系统的软件架构
云平台能源管理系统的软件包括从现场能耗计量部分到顶层业务应用部分，可分为感知层、基础设施层、平台层和应用层。其中，现场的智能电表、智能水表、环境传感器等属于感知层，负责数据的采集、存储和上传。在传统服务器和云计算的架构中，感知层的组成及作用基本一致。
基础设施层、平台层和应用层分别采用不同云计算服务模式的架构组成。
基础设施层采用IaaS模式，提供基于云平台的云计算、分布式云存储、大数据计算等基础性服务。
平台层采用PaaS服务模式所对应的中台服务概念进行构建。平台层包括基础中台、数据中台、技术中台及业务中台。这些中台分类是基于综合监控、安防及能源管理等不同业务中的通用型业务模块和功能模块来划分的。基础中台为云平台能源管理系统的底层基础开发框架和服务运管管理框架，提供支撑平台的基础运行环境，对身份认证、同步服务及数据交换接口服务等进行统一管理，通过开放、共享和标准化使不同轨道交通业务应用可以在同一个平台上进行开发或者搭建。数据中台包含了能源管理系统所应用的数据采集和数据存储（如数据总线处理、Hadoop大数据存储等）,通过数据服务来实现对数据的封装和开放，从而快速、灵活地满足上层应用的要求[1]。
应用层是平台架构的最上层，采用SaaS模式，为云平台能源管理系统的业务应用，主要包含能耗概览、能耗实时监测、能耗分析、能耗指标分析、能耗平衡分析、能耗相关性分析、电能质量监测分析、能耗报告、报警及事件管理、用能异常诊断以及节能优化控制等业务。
2 SaaS应用
由IaaS和PaaS模式进行开发、封装的，基于能源管理业务的SaaS应用软件称为能源管理系统的SaaS应用。不同于传统软件的全集成的架构方式，每个SaaS应用专门处理1个单独的业务，可作为1个单独的模块来设置其与外部数据的接口，以获取云平台提供的共享数据，经过业务处理后的数据也会存储到云平台中。SaaS应用不仅可应用于云平台能源管理系统内部，也可用于整个云平台上的其他业务中。在云平台能源管理系统中，主要有能耗指标分析SaaS应用、车站耗能聚类分析SaaS应用及节能优化控制SaaS应用[2]。
2.1 能耗指标分析SaaS应用
城市轨道交通的能耗指标主要为线网、车辆段与综合基地、线路、车站、控制中心等处建筑物及设备设施的能耗指标。这些能耗指标反映了各处建筑物、设施和设备的能效评价指标与指标体系。
地铁车站能耗指标作为衡量地铁能耗指标的参考数据，采用基于客流量的人均能耗。
在能耗指标分析中，车站客流量等数据来自AFC（自动售检票）系统的数据。相应的输出指标结果可在云平台能源管理系统中使用，不仅可用于全线网车站间能耗指标的比对，评价和考核车站能耗，还可以通过数据共享应用于线网的统计分析等业务，作为线网车站评价和评估的一部分。
2.2 车站聚类分析SaaS应用
聚类分析的工作原理是使计算机模仿人的活动，对数据按照某种规则进行分类。聚类识别分析往往用于解释数据中隐含的、某种表面看不出来的规律和趋势。
由于车站的结构和形式、所处位置、占地面积、是否为换乘站等因素直接决定了车站能耗的大小，所以运用聚类分析的方法将用能规律相同的车站按同类划分，进而对比分析不同类别车站之间的用能差别，是一种既简洁又全面的方法[3]。
2.3 节能优化控制SaaS应用
云平台能源管理系统中的节能优化控制SaaS应用主要是对地铁通风空调系统进行节能控制。地铁车站空间大，不仅有多个出入口，还有列车运行隧道。通风空调提供的多余冷量会通过出入口和运行隧道排出，无法通过在站厅站台堆积来进行降温，因而车站的冷量输出变化大，而站厅站台温度却变化缓慢。这是一个典型的“大惯性”系统。通过预测车站的冷负荷需求，可提前控制通风空调系统的冷负荷输出，既能克服“大惯性”系统的滞后性，又能保证车站环境调控的及时性。
3 结语
云平台能源管理系统采用线网-车站二层管理模式，有效地结合了云计算及大数据等技术，能够实现能源管理的高效和弹性部署，可降低线网和线路服务器等的硬件部署成本和维护成本，是线网能源管理系统的发展方向之一。
能源管理是未来在云平台上打造的“城轨云脑”主要业务领域之一。通过开放的智慧城市轨道交通SaaS生态，将实现资源、数据及算法的开放与共享，助推大数据及人工智能技术在能源管理方面的进一步应用。
参考文献
[1]?黄明才，方漫然.南京地铁线网能源管理中心[J].都市快轨交通，2018（4）:114.
[2]?傅强.城市轨道交通线路融合云平台方案探讨[J].城市轨道交通研究，2018（增刊2）:40.
[3]?王克照.智慧政府之路：大数据、云计算、物联网架构应用[M].北京：清华大学出版社，2014.