【摘要】隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，以鐵路客運(yùn)站為代表的鐵路建筑能耗量日漸上升。為加強(qiáng)鐵路客運(yùn)站能耗控制和管理，在闡述鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)技術(shù)框架和系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)鐵路客運(yùn)站能耗設(shè)備類別和特點(diǎn)，探索物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等新一代信息與鐵路客運(yùn)站能源管理系統(tǒng)的有效結(jié)合，闡釋智能車站能源管理新方法、新概念，提出未來鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鐵路客運(yùn)站；能源管控系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；云平臺(tái)；大數(shù)據(jù)

1  概述

　　近年來，我國鐵路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，截至2017年底，我國鐵路營業(yè)里程達(dá)12.7萬km,其中高速鐵路2.5萬km隨著鐵路沿線客運(yùn)站等建筑數(shù)量持續(xù)上升，鐵路建筑整體能耗量不斷上漲，加強(qiáng)鐵路客運(yùn)站能耗控制管理，降低運(yùn)營成本，促進(jìn)鐵路科學(xué)發(fā)展，適應(yīng)國家發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)要求的任務(wù)十分迫切。鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)作為綜合管理平臺(tái)，能夠?qū)﹁F路客運(yùn)站各類能耗系統(tǒng)用能數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，幫助客運(yùn)站管理者詳細(xì)掌握車站用能情況，制定科學(xué)合理的節(jié)能控制策略。除此之外，能源管控系統(tǒng)作為一種信息化管理手段，對于提高企業(yè)現(xiàn)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(yùn)站能源管控系統(tǒng)對于加強(qiáng)車站節(jié)能管理、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象有利作用。　　

　　鐵路客運(yùn)站涉及照明、空調(diào)、電梯等多種用能設(shè)備，其能源管理具有一定的復(fù)雜性和特殊性，而鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)是結(jié)合鐵路自身特點(diǎn)、基于辦公及生產(chǎn)建筑能源管控系統(tǒng)技術(shù)的一種綜合性節(jié)能技術(shù)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對此開展了研究，國外對鐵路客運(yùn)站能源管理系統(tǒng)研究集中于各子系統(tǒng)的融合,Honold J等提岀的分布式綜合能源管理系統(tǒng)能夠?qū)⒉煌圃焐痰脑O(shè)備集成到標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議開放統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)中，利用峰谷電價(jià)特點(diǎn)推導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，以大限度地減少建筑的能源運(yùn)營成本;Hadjsaid Y等提岀針對鐵路客運(yùn)站空調(diào)暖通設(shè)備的節(jié)能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在成本和節(jié)能效果之間生成節(jié)能策略，取得25%以上的節(jié)能效果。國內(nèi)能源管理系統(tǒng)多集中于辦公及民用建筑領(lǐng)域，鐵路行業(yè)的客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)在北京北站、上海虹橋站等有所應(yīng)用，雖取得了一定的節(jié)能效果，但面臨推廣過程中技術(shù)不統(tǒng)一、后期維護(hù)困難等問題。 因此，有必要推廣標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、技術(shù)可靠的鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)。

　　當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、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(dāng)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(yīng)用也將推動(dòng)能源管控系統(tǒng)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(shù)據(jù)為代表的科學(xué)技術(shù)，結(jié)合鐵路客運(yùn)站自身特點(diǎn)，對現(xiàn)有鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)進(jìn)行分析總結(jié)，提出未來鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)的方向。

2  鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)架構(gòu)及功能

　　鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)可以滿足管理者通過一個(gè)頁面掌握整個(gè)車站的能源消耗情況及需求。不同于單一的設(shè)備節(jié)能管理，該系統(tǒng)通過融合各能耗子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對能源消耗的精細(xì)化管理，包括對車站內(nèi)各類能源消耗系統(tǒng)的日常實(shí)時(shí)監(jiān)控、能耗分析、重點(diǎn)用能設(shè)備自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等功能，幫助車站管理者制定科學(xué)合理的考核、評價(jià)管理制度，提高整個(gè)客運(yùn)站能源管理的數(shù)字化、科學(xué)化和智能化水平。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)通信層、系統(tǒng)管理層組成。現(xiàn)場設(shè)備層位于系統(tǒng)底層，包括空調(diào)暖通、電梯、照明 等客運(yùn)站內(nèi)各類用能設(shè)備。數(shù)據(jù)采集層由數(shù)據(jù)采 集終端、智能控制器、各類采集儀表和傳感器組成，其中數(shù)據(jù)采集終端負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集各類能源監(jiān)測儀表的用量數(shù)據(jù)，智能控制器負(fù)責(zé)傳達(dá)控制中心對現(xiàn)場用能設(shè)備的控制指令。網(wǎng)絡(luò)通信層主要完成現(xiàn)場型設(shè)備與主控服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接、數(shù)據(jù)交換、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、兼容性和擴(kuò)充性。系統(tǒng)管理層是整個(gè)系統(tǒng)的決策層和展示層，用戶可以通過Internet遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)網(wǎng)頁，實(shí)時(shí)監(jiān)測和查看客運(yùn)站內(nèi)各類負(fù)荷的能耗情況;用戶也可以通過智能手機(jī)、iPad 等移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地對空調(diào)、照明等相關(guān)負(fù)載進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和智能控制。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2主要通信協(xié)議

　　現(xiàn)場設(shè)備層與數(shù)據(jù)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(xiàn)場設(shè)備的控制指令，同時(shí)傳輸?shù)讓觾x表采集的能耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集層與網(wǎng)絡(luò)通信層之間主要通過CAN、Modbus、ZigBee等有線和無線傳輸協(xié)議來完成數(shù)據(jù)的傳輸。網(wǎng)絡(luò)通信層則主要通過TCP/IP協(xié)議與系統(tǒng)管理層進(jìn)行通信。

2.3系統(tǒng)功能

　　鐵路客運(yùn)站的運(yùn)行管理、設(shè)備類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面與一般公共建筑有所區(qū)別。運(yùn)行能源管理涉及供電、客運(yùn)、房建等不同管理單位;能耗設(shè)備類型復(fù)雜，涉及空調(diào)暖通、電梯、照明、給排水、顯示屏等多種能耗設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行優(yōu)先保證運(yùn)輸安全;站房結(jié)構(gòu)高大，往往具有大面積玻璃幕墻，不利于車站內(nèi)冷熱量的保存。

　　鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)針對鐵路客運(yùn)站自身特點(diǎn)，以能源管理和節(jié)能決策為目標(biāo)，實(shí)時(shí)采集鐵路客運(yùn)站內(nèi)各類設(shè)備系統(tǒng)與能耗相關(guān)的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，通過分析、控制和管理等手段，優(yōu)化用能方式，減少能源浪費(fèi)，提高車站運(yùn)營管理的效率與服務(wù)質(zhì)量。該系統(tǒng)具有分項(xiàng)計(jì)量、能效分析、節(jié)能 診斷、報(bào)警管理、報(bào)表生成、自動(dòng)控制等多種功能。鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)除對客運(yùn)站內(nèi)各類用能設(shè)備進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測外，還能根據(jù)環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)對用能設(shè)備的自動(dòng)控制，如根據(jù)室內(nèi)溫濕度變化實(shí)時(shí)調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的開關(guān)和風(fēng)量大小，保證旅客舒適的候車環(huán)境。

　　為滿足構(gòu)建安全、舒適、綠色運(yùn)輸環(huán)境的基本目標(biāo)，鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)運(yùn)用信息化的管理方式，在對設(shè)備管理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源成本的有效控制，達(dá)到節(jié)能減排和節(jié)支增收的有機(jī)統(tǒng)一。該系統(tǒng)集成眾多的智能化子系統(tǒng)，收集客運(yùn)站能耗的歷史與實(shí)時(shí)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)等信息，構(gòu)成能耗大數(shù)據(jù)庫，通過共享信息資源和協(xié)同運(yùn)行實(shí)現(xiàn)車站的綠色運(yùn)營。

3  鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)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(tǒng)的建筑能源管控系統(tǒng)由單純的能耗監(jiān)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)是通過射頻識(shí)別、傳感器、定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)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(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍是互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，其用戶端延伸和擴(kuò)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(xiàn)了各個(gè)行業(yè)的智能化，遍及工業(yè)監(jiān)控、能耗管理、智能電網(wǎng)、智能家居和環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對客運(yùn)站內(nèi)設(shè)備能耗的感知，通過各種傳感器和通信技術(shù)，將車站內(nèi)全部用能設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(yùn)站能源管控系統(tǒng)，通過搭建有線與無線相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合運(yùn)用現(xiàn)場傳感器、智能儀表和智能控制器，同時(shí)借助云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以輕松實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的能耗設(shè)備科學(xué)化管理。

　　將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)相結(jié)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(chǔ)數(shù)據(jù)。例如，可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將客運(yùn)站內(nèi)各類儀表采集節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)，通過無線傳輸協(xié)議將能耗數(shù)據(jù)匯集到鐵路客運(yùn)站能源管理數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，從而提供數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)，對車站能耗進(jìn)行綜合統(tǒng)籌管理。對于能源管理效果而言，建立以物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為核心的信息系統(tǒng)，是解決客運(yùn)站運(yùn)行能耗管理問題的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，將有利于建立科學(xué)的能效診斷和分析模型，實(shí)現(xiàn)能源企業(yè)能源管理的現(xiàn)代化;同時(shí)，對大量的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為未來節(jié)能規(guī)劃和決策提供依據(jù);與其他信息系統(tǒng)相結(jié)合，有助于完善鐵路綜合信息化平臺(tái)，提高鐵路企業(yè)管理的能力和效率。

3.2 云平臺(tái)技術(shù)

　　鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鐵路客運(yùn)站用能數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和分析處理，為車站能源的細(xì)化管理提供了科學(xué)的參考依據(jù)。但是，隨著未來系統(tǒng)的大規(guī)模推廣和能耗數(shù)據(jù)的大量積累，基于分項(xiàng)目建立的管控系統(tǒng)在一定程度上限制了能源管理的擴(kuò)展性和靈活性。云技術(shù)可以將鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)采集的各類能耗數(shù)據(jù)在云平臺(tái)進(jìn)行大量存儲(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,增加了管控系統(tǒng)大規(guī)模部署能力和數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)解決了不同軟硬件廠家協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題。

　　云計(jì)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(chǔ)、應(yīng)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，用戶只需少量參與就可方便、快捷地按需獲取資源。云計(jì)算具有強(qiáng)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(jì)費(fèi)等特性。

　　云技術(shù)與能源管控系統(tǒng)相結(jié)合，可以將各鐵路客運(yùn)站的能耗數(shù)據(jù)上傳到云端，由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行管理。系統(tǒng)所需資源全部從云端獲得，能源管控系統(tǒng)的開發(fā)、測試、部署都通過云管理平臺(tái)進(jìn)行，為用戶提供了能源管理一體化模式。基于云技術(shù)的鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的不間斷存儲(chǔ)、分析和發(fā)布，并提供輔助工具，根據(jù)不同分類進(jìn)行查詢，用戶可以通過云平臺(tái)方便了解客運(yùn)站各類能耗設(shè)備的實(shí)時(shí)用能情況，并及早進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以達(dá)到節(jié)能效果。客運(yùn)站管理者不需要對服務(wù)器資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源等底層的云基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管理，只需對應(yīng)用程序進(jìn)行配置便可完成對車站能耗數(shù)據(jù)的管理。該系統(tǒng)在有效減少資源重復(fù)投資和建設(shè)的同時(shí)，具有安全性和靈活性更高、運(yùn)維效率提高、海量存儲(chǔ)等優(yōu)勢，為后期能耗大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

　　隨著鐵路客運(yùn)站能耗量的快速增長，能耗數(shù)據(jù)的體量、類型及速度同樣發(fā)展迅猛。大數(shù)據(jù)技術(shù)是對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)智能分析、為能源管理者提供科學(xué)依據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)υ嫉哪芎臄?shù)據(jù)進(jìn)行篩選、獲取有用數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，為建立科學(xué)的能耗分析模型和能源預(yù)測提供實(shí)現(xiàn)手段。

　　大數(shù)據(jù)分析技術(shù)不僅能夠?qū)Υ罅康哪芎臄?shù)據(jù)進(jìn)行快速檢索和查詢，還能將能耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智能數(shù)據(jù)。算法作為大數(shù)據(jù)分析的核心和關(guān)鍵，是鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)智能化發(fā)展的重要方式。將關(guān)聯(lián)規(guī)則學(xué)習(xí)、聚類分析法、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等大數(shù)據(jù)分析方法與鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)相結(jié)合，可以獲取不同環(huán)境下設(shè)備能耗數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行管理之間的關(guān)系，發(fā)掘用能規(guī)律，從而幫助管理者制定合理的節(jié)能策略。

　　綜上所述,物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用于鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)的不同層次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為能耗信息采集和監(jiān)測提供便利，云技術(shù)為能耗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算提供平臺(tái)，大數(shù)據(jù)技術(shù)則為能耗數(shù)據(jù)分析和決策管理提供依據(jù)。三者相互配合，共同推動(dòng)鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。

4  安科瑞能耗監(jiān)測平臺(tái)

4.1 平臺(tái)架構(gòu)

4.2 平臺(tái)功能

5  電表選型

6  總結(jié)

　　隨著我國鐵路對新一代信息技術(shù)、BIM運(yùn)維管理平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)的高度重視，以及加快建設(shè)鐵路統(tǒng)一的信息化平臺(tái)和大數(shù)據(jù)中心的戰(zhàn)略需求，鐵路客運(yùn)站能源管控系統(tǒng)將朝著科學(xué)智能、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、綠色有效的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源管理的全局性、動(dòng)態(tài)性和科學(xué)性。科學(xué)的能源管控系統(tǒng)將提升鐵路客運(yùn)站運(yùn)營管理水平，為車站能源管理和綠色運(yùn)營提供技術(shù)指導(dǎo)和決策支持，打造舒適、低碳環(huán)保的智慧客站。