CN110138846A - 一种基于bim和物联网的有轨电车联动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，包括基于BIM的管理平台、物联网网关、物联网控制器和工业总线，采用物联网架构实现有轨电车行业不同子系统的底层数据融合与交互，并制定联动控制策略下装在物联网架构中的物联网网关和控制器内，实现有轨电车各子系统间的联动控制，使不同的子系统从底层就实现数据互通，打破传统有轨电车行业智能化系统监控管理中，各子系统各自为政，形成信息孤岛，整合困难或只能实现有限度顶层整合的局面，并且平台通过BIM技术实现有轨电车联动控制的三维构建，使操控平台更加清晰直观。

Description

一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统

技术领域

本发明属于有轨电车技术领域，尤其涉及一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统。

背景技术

在轨道交通行业中，城市轨道交通体系近些年发展迅速，以应对大型城市人口逐步增多、交通紧张难以得到缓解等问题。根据城市人口规模、经济发展情况的不同，城市轨道交通也出现了地铁、轻轨、有轨电车、单轨、磁悬浮等不同的类型。无论哪种类型的城市轨道交通系统，要确保线路正常运营，都要对涉及到线路正常运营的十几个到二十几个子系统进行实时监视，并根据各种情况及时进行相应调控，而这些子系统之间的相互协作，需要根据预先设定的联动控制策略进行数据交换，并且随着运营服务要求的不断提升和智慧交通发展对各种功能要求的不断增加，如何灵活实现各子系统之间的功能联动与协同，便成为重要的城市轨道交通行业研究课题之一。

传统的城市轨道交通系统中，不同子系统之间的联动协同，是通过以下两种方式进行的：

1、有需要的子系统之间通过独立建立接口进行联动

各子系统独自运行的同时，在就地级(车站)和中心级(OCC，控制中心)分别配置独立网关或在服务器、工作站上配置独立通讯卡，通过网关、通讯卡与需要交互数据的其它子系统之间进行数据交换。数据交换通过标准或事先约定的物理链路和通信协议进行，需要针对接口中交换的数据类型和内容进行定制开发和调试、测试。

2、各子系统通过综合监控系统实现联动功能

轨道交通综合监控系统会集成大部分子系统的重要数据，采用的方式是综合监控系统在就地级(车站)和中心级(OCC，控制中心)分别配置配置前端处理器，前端处理器上集成了多种物理通信端口，通过标准或事先约定的不同的物理端口和通信协议，综合监控系统与各子系统进行数据交换。各子系统需要的其它子系统的数据及联动控制指令由综合监控系统统一集中并转发。同样，每个接口的通信协议约定后，需要针对接口中交换的数据类型和内容进行定制开发和调试、测试。

两种不同的子系统数据交互方式中，均涉及到针对接口中交换的数据类型和内容进行定制开发、调试和测试。一方面交互数据的类型、数量一旦确定后不能修改、调整，不便于后期根据需要进行调整；另一方面定制接口的开发需要专业接口技术人员采用专用编程工具通过代码编写的方式进行，周期长、技术性强，稳定性需要不断测试和修改才能达到，并且修改过程复杂。这两方面，都限制了不同子系统之间的数据交换功能，从而导致后续整体联动功能优化难以进行。

发明内容

针对现有技术的不足，该发明提供一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，采用物联网技术作为有轨电车行业各个弱电智能化自子系统之间的数据交互纽带，打破传统城市有轨电车行业中各个弱电智能化子系统之间数据交互功能实现复杂、修改不易等缺点，并且使用BIM建立三维模型的平台使操作更加清晰。

为了实现上述目的，该发明提供一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，包括基于BIM的管理平台、物联网网关、物联网控制器和工业总线，所述基于BIM的管理平台包括基于BIM的策略管理平台和基于BIM的监控管理平台，所述基于BIM的策略管理平台通过BIM建立有轨电车联动控制建筑工程的三维模型，并用以制定联动控制策略，且下装于物联网网关和物联网控制器内，所述物联网网关和物联网控制器分别与子系统连接，用以信息采集和指令发送，并上传给基于BIM的监控管理平台，且物联网网关与物联网控制器之间通过所述工业总线连接，用以信息交互。

作为本发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统的进一步改进：所述物联网网关和物联网控制器采集数据信息上传给基于BIM的监控管理平台，由基于BIM的监控管理平台传送给基于BIM的策略管理平台，基于BIM的策略管理平台采用包括逻辑块、功能块的功能模块对数据信息进行功能组合，形成控制指令，用以制定联动控制策略。

作为本发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统的进一步改进：所述基于BIM的策略管理平台将控制策略下装至物联网网关和物联网控制器上，控制策略于物联网网关和物联网控制器中独立运行。

作为本发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统的进一步改进：所述物联网网关连接基于音视频信息流的监控子系统，所述监控子系统的接口设备与物联网网关连接，用以信息采集和指令发送。

作为本发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统的进一步改进：所述物联网控制器连接基于工业信号的子系统，所述基于工业信号的子系统的前端控制器与物联网控制器连接，用以信息采集和指令发送。

作为本发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统的进一步改进：所述工业总线采用CAN总线，CAN总线采用全冗余通信架构。

有益效果

该发明一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，采用物联网架构实现有轨电车行业不同子系统的底层数据融合与交互，并制定管理联动控制策略下装在物联网架构中的物联网网关和控制器内，实现有轨电车各子系统间的联动控制，使不同的子系统从底层就实现数据互通，打破传统有轨电车行业中，各子系统各自为政，形成信息孤岛，整合困难或只能实现有限度顶层整合的局面，并且平台通过BIM技术实现有轨电车联动控制的三维构建，使操控平台更加清晰直观。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

具体实施方式

如图所示，一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，包括基于BIM的管理平台、物联网网关、物联网控制器和工业总线，基于BIM的管理平台包括基于BIM的策略管理平台和基于BIM的监控管理平台。

其中BIM为建筑信息模型系统，其核心是建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。在本发明中，通过BIM技术实现与有轨电车联动控制相关的车辆、车站、轨旁等空间位置中设备的三维位置精准显示，并同时实时显示设备的编号、状态、动作、故障报警、控制关联等数据，为设备的精准定位和快速检索提供的强有力的工具，使操控平台更加清晰直观。

所述基于BIM的策略管理平台，是基于BIM技术进行有轨电车全线三维监控平台中联动策略定制的平台，其主要功能是联动控制策略的定制与管理。有轨电车全线三维监控平台实现了与整条线路运行有关的所有机电数据、智能化各子系统数据的汇总与实时监控，通过这些数据，基于BIM的策略管理平台采用简单的逻辑块(如与、或、非等)、功能块(计数器、定时器等)等简单易学的功能模块，对实时采集的数据按照要求进行功能组合，形成所需控制指令，从而制定出各种跨子系统的联动控制策略，每个物联网网关或物联网控制器均可根据需要制定相应的联动控制策略，策略定制完成后，基于BIM的策略管理平台可实现控制策略下装，即将平台制定的针对各个物联网网关、物联网控制器的控制策略下装至各个物联网网关、物联网控制器内，下装完成后，各个物联网网关、物联网控制器将根据制定好的控制策略实时采集现场数据，并根据联动控制策略发出相应控制指令。完成策略定制和下装后，各个物联网网关、物联网控制器根据制定的控制策略自主运行和联动，无需策略管理平台实时监视或干预。当有新的联动策略要求时，再通过基于BIM的策略管理平台新增联动策略并下装即可。

所述物联网网关用于连接相关基于音视频信息流的监控系统，如视频监控系统、广播系统等。这一类系统由于传输的主要数据为进行过数字编码的视频流、音频流，这类系统的数据采集、管理和调用相对独立且自成体系，针对此类监控系统的连接和整合，本方案采用物联网网关的方式，物联网网关与对应系统的指定设备如接口服务器、接口网关(基于以太网)等设备进行连接，实现信息采集和控制指令交互。物联网网关按照双方约定的通信协议和传输格式采集信息，并将所有采集到的信息实时上传给基于BIM的监控管理平台，由基于BIM的监控管理平台传送给基于BIM的策略管理平台，基于BIM的策略管理平台的指令发送给物联网网关，物联网网关将指令按照双方约定的通信协议和传输格式发送给对应系统，实现各种指令的执行和功能调用。

所述物联网控制器用于直接连接相关基于工业信号的系统的前端控制器及其设备，如各类机电设备、各类传感器、各类执行器等。这一类系统传输的主要数据为标准工业信号，包括模拟量输入输出信号、开关量输入输出信号、基于标准工业协议的串行通信信号和总线信号等，这类信号绝大部分为标准信号及协议，由于物联网控制器内已经整合了几十种标准工业、商业通信协议，因此可以直接针对这些前端控制器或设备读取信息或发送指令；对于个别采用私有定制协议的控制器或前端设备，物联网控制器可装载针对该接口单独开发的接口协议模块，实现信息采集和指令发送。

则采用物联网技术实现了大部分系统的底层连接和数据交互，使不同的子系统从底层就实现了数据互通，数据交互不再依赖于周期长、功能受限、稳定性难以保证的定制接口开发，打破了传统有轨电车行业中，各子系统各自为政，形成信息孤岛，整合困难或只能实现有限度顶层整合的局面，并且控制功能下沉到底层，无论是单独某个系统的控制，还是相关联几个系统之间的联动控制，均在物联网网关、物联网控制器这一层实现，而非传统解决方案要有中心的控制平台来实现，满足了高安全性系统的“集中监视、分散控制”要求。

根据实际应用中不同功能的需要，一套物联网系统中不同的物联网网关和物联网控制器之间需要进行信息交互。本方案中，工业总线是物联网层的主要数据传输通道，用于不同的物联网网关、控制器之间的信息传输。工业总线采用CAN总线，具备高度的实时性和可靠性。本方案中CAN总线采用冗余通信架构，当主要传输通道发生传输中断时，冗余通道可实现无扰传输切换，确保物联网网关、控制器之间数据通道畅通。

其中，物联网网关和物联网控制器一方面实现信息采集和指令发送，另一方面其本身具备运算、判断、控制功能，与基于BIM的策略管理平台的策略定制功能结合，根据预先设定好的控制策略进行实时监控，当控制策略触发条件满足时，无需运营维护中心人工干预，物联网网关可根据预制策略发出相关控制指令，执行相应操作。

则将物联网网关、物联网控制器的底层控制功能和基于BIM的策略定制功能相结合，可以实现灵活的联动控制，联动功能不再受限，运维人员可根据实际需求随时增加、修改、删减任何一个控制器中的控制策略，操作简单方便，从而大大提升了系统功能应用的灵活性；可以充分满足有轨电车运营中不断变化的功能需求，传统系统架构中一旦建设完成，各类控制功能基本固定，如需修改需要投入相当的各方面资源，导致运维成本大幅增加，而基于本发明物联网网关、物联网控制器的底层架构，结合中心平台的基于BIM的策略定制功能，在系统建成后，仍可轻松调整各物联网网关、控制器中的控制策略，而无需其它资源投入，且运维人员经过简单培训即可掌握策略制定和调整方法，简单易用，从而为有轨电车运营维护带来强大灵活功能的同时，有效降低了运维成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：包括基于BIM的管理平台、物联网网关、物联网控制器和工业总线，所述基于BIM的管理平台包括基于BIM的策略管理平台和基于BIM的监控管理平台，所述基于BIM的策略管理平台通过BIM建立有轨电车联动控制建筑工程的三维模型，并用以制定联动控制策略，且下装于物联网网关和物联网控制器内，所述物联网网关和物联网控制器分别与子系统连接，用以信息采集和指令发送，并上传给基于BIM的监控管理平台，且物联网网关与物联网控制器之间通过所述工业总线连接，用以信息交互。

2.根据权利要求1所述一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：所述物联网网关和物联网控制器采集数据信息上传给基于BIM的监控管理平台，由基于BIM的监控管理平台传送给基于BIM的策略管理平台，基于BIM的策略管理平台采用包括逻辑块、功能块的功能模块对数据信息进行功能组合，形成控制指令，用以制定联动控制策略。

3.根据权利要求1所述一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：所述基于BIM的策略管理平台将联动控制策略下装至物联网网关和物联网控制器上，联动控制策略于物联网网关和物联网控制器中独立运行。

4.根据权利要求1所述一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：所述物联网网关连接基于音视频信息流的监控子系统，所述监控子系统的接口设备与物联网网关连接，用以信息采集和指令发送。

5.根据权利要求1所述一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：所述物联网控制器连接基于工业信号的子系统，所述基于工业信号的子系统的前端设备与物联网控制器连接，或者基于工业信号的子系统的控制器与物联网控制器连接，用以信息采集和指令发送。

6.根据权利要求1所述一种基于BIM和物联网的有轨电车联动系统，其特征在于：所述工业总线采用CAN总线，CAN总线采用全冗余通信架构。