【摘要】隨著(zhù)鐵路建設的飛速發(fā)展，以鐵路客運站為代表的鐵路建筑能耗量日漸上升。為加強鐵路客運站能耗控制和管理，在闡述鐵路客運站能源管控系統技術(shù)框架和系統功能的基礎上，根據鐵路客運站能耗設備類(lèi)別和特點(diǎn)，探索物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數據等新一代信息與鐵路客運站能源管理系統的有效結合，闡釋智能車(chē)站能源管理新方法、新概念，提出未來(lái)鐵路客運站能源管控系統發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：鐵路客運站；能源管控系統；物聯(lián)網(wǎng)；云平臺；大數據
1 概述
近年來(lái)，我國鐵路建設規模不斷擴大，截至2017年底，我國鐵路營(yíng)業(yè)里程達12.7萬(wàn)km,其中高速鐵路2.5萬(wàn)km隨著(zhù)鐵路沿線(xiàn)客運站等建筑數量持續上升，鐵路建筑整體能耗量不斷上漲，加強鐵路客運站能耗控制管理，降低運營(yíng)成本，促進(jìn)鐵路科學(xué)發(fā)展，適應國家發(fā)展低碳經(jīng)濟要求的任務(wù)十分迫切。鐵路客運站能源管控系統作為綜合管理平臺，能夠對鐵路客運站各類(lèi)能耗系統用能數據進(jìn)行準確統計，幫助客運站管理者詳細掌握車(chē)站用能情況，制定科學(xué)合理的節能控制策略。除此之外，能源管控系統作為一種信息化管理手段，對于提高企業(yè)現代化、科學(xué)化管理水平十分有益。在鐵路“提質(zhì)增效”背景下，鐵路客運站能源管控系統對于加強車(chē)站節能管理、提高企業(yè)經(jīng)濟效益和社會(huì )形象有利作用?！ ?/span>
鐵路客運站涉及照明、空調、電梯等多種用能設備，其能源管理具有一定的復雜性和特殊性，而鐵路客運站能源管控系統是結合鐵路自身特點(diǎn)、基于辦公及生產(chǎn)建筑能源管控系統技術(shù)的一種綜合性節能技術(shù)。近年來(lái)，國內外學(xué)者對此開(kāi)展了研究，國外對鐵路客運站能源管理系統研究集中于各子系統的融合,Honold J等提岀的分布式綜合能源管理系統能夠將不同制造商的設備集成到標準和協(xié)議開(kāi)放統一的能源管理系統中，利用峰谷電價(jià)特點(diǎn)推導系統運行參數，以大限度地減少建筑的能源運營(yíng)成本;Hadjsaid Y等提岀針對鐵路客運站空調暖通設備的節能管理系統，該系統能夠在成本和節能效果之間生成節能策略，取得25%以上的節能效果。國內能源管理系統多集中于辦公及民用建筑領(lǐng)域，鐵路行業(yè)的客運站能源管控系統在北京北站、上海虹橋站等有所應用，雖取得了一定的節能效果，但面臨推廣過(guò)程中技術(shù)不統一、后期維護困難等問(wèn)題。 因此，有必要推廣標準統一、技術(shù)可靠的鐵路客運站能源管控系統。
當前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云技術(shù)為代表的新一代技術(shù)飛速發(fā)展，已逐漸成為當今信息科學(xué)技術(shù)的主流趨勢，其在能源管理領(lǐng)域中的應用也將推動(dòng)能源管控系統發(fā)展走向新的高度。在此，綜合*的建筑能源管控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)、大數據為代表的科學(xué)技術(shù)，結合鐵路客運站自身特點(diǎn)，對現有鐵路客運站能源管控系統進(jìn)行分析總結，提出未來(lái)鐵路客運站能源管控系統的方向。
2 鐵路客運站能源管控系統架構及功能
鐵路客運站能源管控系統可以滿(mǎn)足管理者通過(guò)一個(gè)頁(yè)面掌握整個(gè)車(chē)站的能源消耗情況及需求。不同于單一的設備節能管理，該系統通過(guò)融合各能耗子系統，實(shí)現對能源消耗的精細化管理，包括對車(chē)站內各類(lèi)能源消耗系統的日常實(shí)時(shí)監控、能耗分析、重點(diǎn)用能設備自動(dòng)控制和遠程控制等功能，幫助車(chē)站管理者制定科學(xué)合理的考核、評價(jià)管理制度，提高整個(gè)客運站能源管理的數字化、科學(xué)化和智能化水平。
2.1 系統架構
鐵路客運站能源管控系統由現場(chǎng)設備層、數據采集層、網(wǎng)絡(luò )通信層、系統管理層組成?，F場(chǎng)設備層位于系統底層，包括空調暖通、電梯、照明 等客運站內各類(lèi)用能設備。數據采集層由數據采 集終端、智能控制器、各類(lèi)采集儀表和傳感器組成，其中數據采集終端負責實(shí)時(shí)采集各類(lèi)能源監測儀表的用量數據，智能控制器負責傳達控制中心對現場(chǎng)用能設備的控制指令。網(wǎng)絡(luò )通信層主要完成現場(chǎng)型設備與主控服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò )通信連接、數據交換、通信協(xié)議轉換，提高系統的實(shí)時(shí)性、兼容性和擴充性。系統管理層是整個(gè)系統的決策層和展示層，用戶(hù)可以通過(guò)Internet遠程訪(fǎng)問(wèn)系統網(wǎng)頁(yè)，實(shí)時(shí)監測和查看客運站內各類(lèi)負荷的能耗情況;用戶(hù)也可以通過(guò)智能手機、iPad 等移動(dòng)設備隨時(shí)隨地對空調、照明等相關(guān)負載進(jìn)行遠程控制和智能控制。系統架構如圖1所示。
2.2主要通信協(xié)議
現場(chǎng)設備層與數據采集層之間的通信協(xié)議有BACnet.LonWorksJCNX等協(xié)議，傳輸智能控制器對現場(chǎng)設備的控制指令，同時(shí)傳輸底層儀表采集的能耗數據。數據采集層與網(wǎng)絡(luò )通信層之間主要通過(guò)CAN、Modbus、ZigBee等有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議來(lái)完成數據的傳輸。網(wǎng)絡(luò )通信層則主要通過(guò)TCP/IP協(xié)議與系統管理層進(jìn)行通信。
2.3系統功能
鐵路客運站的運行管理、設備類(lèi)型、結構特點(diǎn)等方面與一般公共建筑有所區別。運行能源管理涉及供電、客運、房建等不同管理單位;能耗設備類(lèi)型復雜，涉及空調暖通、電梯、照明、給排水、顯示屏等多種能耗設備，設備運行優(yōu)先保證運輸安全;站房結構高大，往往具有大面積玻璃幕墻，不利于車(chē)站內冷熱量的保存。
鐵路客運站能源管控系統針對鐵路客運站自身特點(diǎn)，以能源管理和節能決策為目標，實(shí)時(shí)采集鐵路客運站內各類(lèi)設備系統與能耗相關(guān)的運行信息數據，通過(guò)分析、控制和管理等手段，優(yōu)化用能方式，減少能源浪費，提高車(chē)站運營(yíng)管理的效率與服務(wù)質(zhì)量。該系統具有分項計量、能效分析、節能 診斷、報警管理、報表生成、自動(dòng)控制等多種功能。鐵路客運站能源管控系統除對客運站內各類(lèi)用能設備進(jìn)行能耗數據采集和監測外，還能根據環(huán)境變化實(shí)現對用能設備的自動(dòng)控制，如根據室內溫濕度變化實(shí)時(shí)調整空調系統的開(kāi)關(guān)和風(fēng)量大小，保證旅客舒適的候車(chē)環(huán)境。
為滿(mǎn)足構建安全、舒適、綠色運輸環(huán)境的基本目標，鐵路客運站能源管控系統運用信息化的管理方式，在對設備管理的同時(shí)實(shí)現能源成本的有效控制，達到節能減排和節支增收的有機統一。該系統集成眾多的智能化子系統，收集客運站能耗的歷史與實(shí)時(shí)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)等信息，構成能耗大數據庫，通過(guò)共享信息資源和協(xié)同運行實(shí)現車(chē)站的綠色運營(yíng)。
3 鐵路客運站能源管控系統技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)、云平臺和大數據等新一代信息技術(shù) 的發(fā)展促使建筑能源管理行業(yè)發(fā)生了變革， 新形勢的變化給許多技術(shù)和模式注入了新的動(dòng)力。多種技術(shù)的相互融合和發(fā)展，促進(jìn)了傳統的建筑能源管控系統由單純的能耗監測和自動(dòng)控制向更加科學(xué)化、智能化的方向發(fā)展。
3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識別、傳感器、定位系統等信息傳感設備，按約定的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍是互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，其用戶(hù)端延伸和擴展到了物品與物品之間的信息交換和通信。
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現了各個(gè)行業(yè)的智能化，遍及工業(yè)監控、能耗管理、智能電網(wǎng)、智能家居和環(huán)境監測等多個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠實(shí)現對客運站內設備能耗的感知，通過(guò)各種傳感器和通信技術(shù)，將車(chē)站內全部用能設備連接起來(lái)，實(shí)現設備之間的信息交流和共享。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入鐵路客運站能源管控系統，通過(guò)搭建有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)相結合的網(wǎng)絡(luò )，結合運用現場(chǎng)傳感器、智能儀表和智能控制器，同時(shí)借助云計算強大的計算能力，可以輕松實(shí)現基于網(wǎng)絡(luò )的能耗設備科學(xué)化管理。
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與鐵路客運站能源管控系統相結合，可以充分利用物聯(lián)網(wǎng)的分層技術(shù)對能耗進(jìn)行感知和檢測，得到科學(xué)可信的基礎數據。例如，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將客運站內各類(lèi)儀表采集節點(diǎn)自組網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議將能耗數據匯集到鐵路客運站能源管理數據中心，由數據中心進(jìn)行數據分析、處理，從而提供數據應用服務(wù)，對車(chē)站能耗進(jìn)行綜合統籌管理。對于能源管理效果而言，建立以物聯(lián)網(wǎng)數據中心為核心的信息系統，是解決客運站運行能耗管理問(wèn)題的關(guān)鍵。在此基礎上，將有利于建立科學(xué)的能效診斷和分析模型，實(shí)現能源企業(yè)能源管理的現代化;同時(shí)，對大量的能耗數據進(jìn)行分析，為未來(lái)節能規劃和決策提供依據;與其他信息系統相結合，有助于完善鐵路綜合信息化平臺，提高鐵路企業(yè)管理的能力和效率。
3.2 云平臺技術(shù)
鐵路客運站能源管控系統實(shí)現了鐵路客運站用能數據的準確采集和分析處理，為車(chē)站能源的細化管理提供了科學(xué)的參考依據。但是，隨著(zhù)未來(lái)系統的大規模推廣和能耗數據的大量積累，基于分項目建立的管控系統在一定程度上限制了能源管理的擴展性和靈活性。云技術(shù)可以將鐵路客運站能源管控系統采集的各類(lèi)能耗數據在云平臺進(jìn)行大量存儲，并在此基礎上對數據進(jìn)行分析計算,增加了管控系統大規模部署能力和數據處理能力，同時(shí)解決了不同軟硬件廠(chǎng)家協(xié)議標準不統一的問(wèn)題。
云計算由一個(gè)可配置的共享資源池組成，該資源池提供網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器、存儲、應用、服務(wù)等多種硬件和軟件資源。資源池具備自我管理能力，用戶(hù)只需少量參與就可方便、快捷地按需獲取資源。云計算具有強大的按需自服務(wù)、廣泛的網(wǎng)絡(luò )接入、資源池、快速可彈性、按量計費等特性。
云技術(shù)與能源管控系統相結合，可以將各鐵路客運站的能耗數據上傳到云端，由統一的數據服務(wù)中心進(jìn)行管理。系統所需資源全部從云端獲得，能源管控系統的開(kāi)發(fā)、測試、部署都通過(guò)云管理平臺進(jìn)行，為用戶(hù)提供了能源管理一體化模式?；谠萍夹g(shù)的鐵路客運站能源管控系統能夠實(shí)現能耗數據的不間斷存儲、分析和發(fā)布，并提供輔助工具，根據不同分類(lèi)進(jìn)行查詢(xún)，用戶(hù)可以通過(guò)云平臺方便了解客運站各類(lèi)能耗設備的實(shí)時(shí)用能情況，并及早進(jìn)行相應的調整，以達到節能效果?？瓦\站管理者不需要對服務(wù)器資源、網(wǎng)絡(luò )資源、存儲資源等底層的云基礎設施進(jìn)行管理，只需對應用程序進(jìn)行配置便可完成對車(chē)站能耗數據的管理。該系統在有效減少資源重復投資和建設的同時(shí)，具有安全性和靈活性更高、運維效率提高、海量存儲等優(yōu)勢，為后期能耗大數據分析和應用奠定了基礎。
3.3 大數據技術(shù)
隨著(zhù)鐵路客運站能耗量的快速增長(cháng)，能耗數據的體量、類(lèi)型及速度同樣發(fā)展迅猛。大數據技術(shù)是對能耗數據進(jìn)行科學(xué)智能分析、為能源管理者提供科學(xué)依據的關(guān)鍵技術(shù)。大數據技術(shù)能夠對原始的能耗數據進(jìn)行篩選、獲取有用數據，在此基礎上對數據進(jìn)行分類(lèi)，發(fā)掘數據之間的關(guān)系和數據特點(diǎn)，為建立科學(xué)的能耗分析模型和能源預測提供實(shí)現手段。
大數據分析技術(shù)不僅能夠對大量的能耗數據進(jìn)行快速檢索和查詢(xún)，還能將能耗數據轉化為智能數據。算法作為大數據分析的核心和關(guān)鍵，是鐵路客運站能源管控系統智能化發(fā)展的重要方式。將關(guān)聯(lián)規則學(xué)習、聚類(lèi)分析法、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法等大數據分析方法與鐵路客運站能源管控系統相結合，可以獲取不同環(huán)境下設備能耗數據與設備運行管理之間的關(guān)系，發(fā)掘用能規律，從而幫助管理者制定合理的節能策略。
綜上所述,物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)和大數據應用于鐵路客運站能源管控系統的不同層次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為能耗信息采集和監測提供便利，云技術(shù)為能耗數據存儲和計算提供平臺，大數據技術(shù)則為能耗數據分析和決策管理提供依據。三者相互配合，共同推動(dòng)鐵路客運站能源管控系統向智能化方向發(fā)展。
4 安科瑞能耗監測平臺
4.1 平臺架構
4.2 平臺功能
5 電表選型
6 總結
隨著(zhù)我國鐵路對新一代信息技術(shù)、BIM運維管理平臺等關(guān)鍵技術(shù)的高度重視，以及加快建設鐵路統一的信息化平臺和大數據中心的戰略需求，鐵路客運站能源管控系統將朝著(zhù)科學(xué)智能、標準統一、綠色有效的方向發(fā)展，實(shí)現能源管理的全局性、動(dòng)態(tài)性和科學(xué)性?？茖W(xué)的能源管控系統將提升鐵路客運站運營(yíng)管理水平，為車(chē)站能源管理和綠色運營(yíng)提供技術(shù)指導和決策支持，打造舒適、低碳環(huán)保的智慧客站。
