电气化铁路牵引供电智能辅助系统的制作方法

本发明属于电气化铁路牵引供电领域，特别是一种电气化铁路牵引供电智能辅助系统。

背景技术：

电气化铁路牵引供电变电所是电气化铁路运营的一个重要节点，变电站的安全运营对整个电气化铁路运行起着重要的作用，因此对变电站运行中的各种外来干扰监控，以及外围配套设备的安全运行监控显得尤为必要。随着技术的进步，无人值守是牵引变电所发展的必然趋势，但现今还存在着几个难点，第一，调度管理中心无法了解现场建筑物周边的情况，致使一些安全防范如“防火、防盗”等无法实现；第二，现场如果出现异常情况，由于综合自动化系统不能传输现场的图像，调度管理中心难以第一时间获得确切的视觉资料，无法估计事故严重等级为事故处理做好确切的预案，只能等维护人员赶到现场后再电话汇报，耽误事故处理进度，影响铁路运输。第三，调度管理中心无法获得现场设备的状况。现有的变电所辅助监控系统各功能是独立设计、分批建设的多个子系统，各子系统之间由于接口不规范，难于实现系统间的互动与信息交互，导致管理分散，各自为政，而且功能也不完善，在出现情况时无法及时有效进行监控数据上传，因而对牵引变电所无人化值守造成了制约。

技术实现要素：

为了克服现有牵引变电所因单个分开设置监控子系统，难于实现系统间的互动与信息交互，管理分散，各自为政，功能也不完善，在出现情况时无法及时有效进行监控数据上传，对牵引变电所无人化值守造成了制约的弊端，本发明提供了具有多种探测监控子系统，在综合监控平台等共同作用下，能将各探测监控子系统实现平台统一、集中管理、高度整合、智能优化，满足智能变电站的运营需要，保障智能供电设备安全运行的电气化铁路牵引供电智能辅助系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

电气化铁路牵引供电智能辅助系统，包括广域保护测控系统、运维系统/phm系统，其特征在于由视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统、在线监测子系统、综合监控平台、动环测控装置构成，综合监控平台由综合应用服务器、辅助系统操作员站、站端监测单元组成，环境监测子系统、安全防范子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统数据输出端和动环测控装置数据输入端经数据线连接，动环测控装置数据输出端和综合应用服务器数据输入端经数据线连接，视频监控子系统、门禁子系统数据输出端和综合应用服务器数据输入端经数据线连接，在线监测子系统数据输出端和站端监测单元数据输入端通过数据线连接，辅助系统操作员站和综合应用服务器经无线网络数据连接并实现信息交互，广域保护测控系统、运维系统/phm系统和综合应用服务器通过无线网络数据连接并实现信息交互，系统整合视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统、在线监测子系统七个辅助功能子系统，在此基础上统一监控平台，统一接口规范，统一信息展示，使子系统间能够交互信息，且能与广域保护测控系统、运维系统/phm系统进行信息共享及信息互动，实现了对牵引供电变电所的智能一次设备的在线监测、对子系统的管理控制，同时具备智能图像识别、智能联动和智能控制。

所述视频监控子系统由高清摄像机、智能图像识别摄像机和视频服务器组成，高清摄像机、智能图像识别摄像机和视频服务器通过数据线连接，视频服务器和综合应用服务器数据输入端通过数据线连接，视频监控子系统实现对供电变电所的牵引供电设施及安装地点、变电所周边环境、变电所安全监管区域全天候的视频监视，保障供电设施的外部安全，并对牵引供电设施的外部状态和实时运行情况进行视频监视，对工作人员的操作过程实现可视化监控，进行作业监护，辅助完成调度系统的调度作业。

所述环境监测子系统由温度传感器、湿度传感器、风力传感器和水浸探测器组成，实现对供电变电所的所在地温度、湿度、风力、水浸环境信息实时采集、处理，并上传信息至动环测控装置。

所述安全防范子系统由电子围栏、红外双鉴报警器、玻璃破碎探测器、门磁开关四种周界防范设备组成，四种周界防范设备分别安装在变电所的主变区、开关场、电缆沟、高压室、控制室、围墙地点，形成一道电子防范墙，与视频监控子系统一起有效防止对变电所的安全破坏，实现对变电所的所在地周界安全警戒，对所内各功能室大门出入口管理，一旦探测到非法入侵的报警信号将立即传输到综合监控平台，以声光形式告警，并上传信息至动环测控装置，同时联动视频监控子系统，并启动录像设备。

所述门禁子系统由门禁控制主机、读卡器、开门按钮、电磁力锁组成，防止外来人员和不相干人员随便出入变电所，并且每一次的刷卡都有记录，可供随时查看。

所述动力照明控制子系统由智能空调控制器、开出回路辅助设备组成，实现对站内包括灯光、通风、排水、空调的控制，并且能够根据环境监测信息实现联动控制，当探测到变电所电缆沟浸水并达到警戒水位导致水浸探测器发出报警时，动力照明控制子系统和动环测控装置可实现信息交互，动力照明控制子系统可自动启动排水泵进行排水，当高压室室内温湿度超过正常温湿度设定范围时，动力照明控制子系统通过自动控制房间内的空调、风机，使房间内温湿度达到适宜电气设备稳定高效运行的范围，保证室内电气设备的稳定运行。

所述火灾报警子系统由独立的消防子系统和火灾报警探测两部分构成，火灾报警由离子型、光电型感烟火灾探测器、壁挂式火灾报警器、声光报警器组成，消防子系统构成需遵守当地消防的要求，感烟火灾探测器安装在高压室、控制室需要监测火灾的室内，当火灾发生时会产生烟雾，通过感烟火灾探测器输出报警信号，由火灾报警器输出报警信息，驱动声光报警器发出声音，并将报警信息上送至动环测控装置，消防子系统在探测出火灾信号后，会触发灭火装置进行灭火操作，消防子系统作为一个独立的系统可以接入辅助系统，动环测控装置预留和消防系统的通信接口，并可完成与消防子系统的联动。

所述在线监测子系统经设置在综合应用服务器里的站端监测单元，对通过网络接口接入的变电所内各种在线智能电子设备实现统一管理，站端监测单元和各个变电所内在线智能电子装置通信，采集变电所内牵引变压器、断路器、隔离开关、避雷器主要牵引供电设备的在线监测信息，完成在线监测信息管理和统一展示，并根据这些数据实现智能一次设备的故障预测与健康管理，并提出维修决策。

本发明有益效果是：本发明以iec61850标准实现系统通信，由动环测控装置完成安防、环控等无统一网络接口设备的装置建模和网络通信，在线智能电子装置也通过该标准实现通信和互联。本发明综合监控平台通过软件插件机制，定义了监控设备接入的统一接口规范，实现对视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统等多种类型设备的即插即用功能，可以实现在不修改平台软件代码、只配置设备参数的前提下完成对新设备的接入。本发明具备综合展示功能，把环境、视频、火灾报警、照明、安全防范、门禁、在线监测等等所有监控量放在监控系统主界面上进行一体化显示和控制，而不是分系统孤立显示和控制。辅助系统监控平台还提供快速构建控制系统监控功能的、通用的、适应性强的软件工具，使用灵活的组态方式，提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。本发明能够与广域保护测控系统实现信息交互，两系统之间的交互为变电所的供电系统可视化生产管理提供了必要的辅助手段，让调度管理人员全面掌握现场的实际情况，使辅助系统真正为生产服务。本发明提供了具有多种探测监控系统，在综合应用服务器共同作用下，能将各探测监控系统实现平台统一、集中管理、高度整合、智能优化，满足智能变电站的运营需要，保障了智能供电设备的安全运行。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明构成框图；

图2是本发明信息交互流程框图。

具体实施方式

图1、2中所示，电气化铁路牵引供电智能辅助系统，包括广域保护测控系统、运维系统/phm系统，由视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统、在线监测子系统、综合监控平台、动环测控装置构成，综合监控平台由综合应用服务器、辅助系统操作员站、站端监测单元组成，环境监测子系统、安全防范子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统数据输出端和动环测控装置数据输入端经数据线连接，动环测控装置数据输出端和综合应用服务器数据输入端经数据线连接，视频监控子系统、门禁子系统数据输出端和综合应用服务器数据输入端经数据线连接，在线监测子系统数据输出端和站端监测单元数据输入端通过数据线连接，辅助系统操作员站和综合应用服务器经无线网络数据连接并实现信息交互，广域保护测控系统、运维系统/phm系统和综合应用服务器通过无线网络数据连接并实现信息交互，系统整合视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统、在线监测子系统七个辅助功能子系统，在此基础上统一监控平台，统一接口规范，统一信息展示，使子系统间能够交互信息，且能与广域保护测控系统、运维系统/phm系统进行信息共享及信息互动，实现了对牵引供电变电所的智能一次设备的在线监测、对子系统的管理控制，同时具备智能图像识别、智能联动和智能控制功能。

图1、2中所示，视频监控子系统由高清摄像机、智能图像识别摄像机和视频服务器组成，高清摄像机、智能图像识别摄像机和视频服务器通过数据线连接，视频服务器和综合应用服务器数据输入端通过数据线连接，视频监控子系统实现对供电变电所的牵引供电设施及安装地点、变电所周边环境、变电所安全监管区域全天候的视频监视，保障供电设施的外部安全，并对牵引供电设施的外部状态和实时运行情况进行视频监视，对工作人员的操作过程实现可视化监控，进行作业监护，辅助完成调度系统的调度作业。环境监测子系统由温度传感器、湿度传感器、风力传感器和水浸探测器组成，实现对供电变电所的所在地温度、湿度、风力、水浸环境信息实时采集、处理，并上传信息至动环测控装置。安全防范子系统由电子围栏、红外双鉴报警器、玻璃破碎探测器、门磁开关四种周界防范设备组成，四种周界防范设备分别安装在变电所的主变区、开关场、电缆沟、高压室、控制室、围墙地点，形成一道电子防范墙，与视频监控子系统一起有效防止对变电所的安全破坏，实现对变电所的所在地周界安全警戒，对所内各功能室大门出入口管理，一旦探测到非法入侵的报警信号将立即传输到综合监控平台，以声光形式告警，并上传信息至动环测控装置，同时联动视频监控子系统，并启动录像设备。门禁子系统由门禁控制主机、读卡器、开门按钮、电磁力锁组成，防止外来人员和不相干人员随便出入变电所，并且每一次的刷卡都有记录，可供随时查看。动力照明控制子系统由智能空调控制器、开出回路辅助设备组成，实现对站内包括灯光、通风、排水、空调的控制，并且能够根据环境监测信息实现联动控制，当探测到变电所电缆沟浸水并达到警戒水位导致水浸探测器发出报警时，动力照明控制子系统和动环测控装置可实现信息交互，动力照明控制子系统可自动启动排水泵进行排水，当高压室室内温湿度超过正常温湿度设定范围时，动力照明控制子系统通过自动控制房间内的空调、风机，使房间内温湿度达到适宜电气设备稳定高效运行的范围，保证室内电气设备的稳定运行。火灾报警子系统由独立的消防子系统和火灾报警探测两部分构成，火灾报警由离子型、光电型感烟火灾探测器、壁挂式火灾报警器、声光报警器组成，消防子系统构成需遵守当地消防的要求，感烟火灾探测器安装在高压室、控制室需要监测火灾的室内，当火灾发生时会产生烟雾，通过感烟火灾探测器输出报警信号，由火灾报警器输出报警信息，驱动声光报警器发出声音，并将报警信息上送至动环测控装置，消防子系统在探测出火灾信号后，会触发灭火装置进行灭火操作，消防子系统作为一个独立的系统可以接入辅助系统，动环测控装置预留和消防系统的通信接口，并可完成与消防子系统的联动。在线监测子系统经设置在综合应用服务器里的站端监测单元，对通过网络接口接入的变电所内各种在线智能电子设备实现统一管理，站端监测单元和各个变电所内在线智能电子装置通信，采集变电所内牵引变压器、断路器、隔离开关、避雷器主要牵引供电设备的在线监测信息，完成在线监测信息管理和统一展示，并根据这些数据实现智能一次设备的故障预测与健康管理，并提出维修决策。

图1、2中所示，本发明使用时，远端管理人员在遥控选择阶段，对广域保护测控系统发出指令，广域保护测控系统对变电所内某个开关设备发出遥控选择指令后，同时将该遥控命令交互给综合监控平台，综合监控平台自动按照综合应用服务器联动设置将高清摄像机、智能图像识别摄像机的摄像头转到相应预置位。在遥控执行阶段，通过高清摄像机、智能图像识别摄像机显示该设备的现场实时视频信息，并开始录像。当遥控结束后，高清摄像机、智能图像识别摄像机结束录像，并结合开关的实际状态进行图像智能识别，将识别信息上传到广域保护测控系统，供调度人员参考。当综合监控平台接收到广域保护测控系统转发的遥信变位信息后，高清摄像机、智能图像识别摄像机按照综合应用服务器联动配置监视变电所内产生变位的供电设备。综合监控平台自动将当前画面设置为综合应用服务器联动配置的监视画面，并可查看变位前的录像回放。调度人员、运行管理人员可以据此来判断是否为真实变位信息还是误报信息。当综合监控平台接收到广域保护测控系统转发的故障报告、事件报告、自检报告后，高清摄像机、智能图像识别摄像机按照综合应用服务器联动配置监视相关的供电设备。综合监控平台自动将当前画面设置为综合应用服务器联动配置的监视画面，供调度人员、运行管理人员参考，并辅助判断产生该报告的原因。综合监控平台将变电所内环境监控信息、安全防范信息、在线监测信息交互给广域保护测控系统，使调度人员、运行管理人员更全面的了解掌握供电设备的实际状态，有利于日常供电业务和故障时的抢修业务。

图1、2中所示，本发明具备智能图像分识别与分析功能。系统充分结合目前计算机视觉、模式识别、机器学习、图像处理等技术研究的最新成果，实现对牵引供电系统中重要场所的入侵检测与实时报警，重要设备的状态监测与实时分析，主要包括下面几个方面：

1）开关状态识别

先经视频监控子系统采集样本图像，经过视频服务器进行亮度、对比度的调节，图像增强，滤波，锐化等预处理后，再根据其特点，定位关键部位，提取相应的灰度特征，建立标准样本，将灰度图分别存储在图像参考库中，然后采集实际对象的图像，做图像检索并比较，从而判断其实际状态。

2）安防智能识别

智能化是视频监控发展的必然趋势，智能图像分析技术的出现正是这一趋势的直接体现。如果把视频监控子系统的摄像机看作人的眼睛，而视频服务器的智能视频系统则可以看作人的大脑。视频监控子系统能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，提高报警处理的及时性，从而能够更加有效的协助工作人员预先发现危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。具备以下智能识别功能：越界侦测，区域入侵侦测，判断是否有人进入警戒区域；人员聚集侦测，人员倒地侦测，判断是否有人因触电倒地；物品遗留/拿取侦测，判断是否有人在操作后遗留工具在现场；误入带电间隔，监视判断是否有人进入带电间隔；人脸识别，与门禁子系统配合，提高门禁子系统的安全性；鸟巢、风筝等异物监测，监测所内供电设备上是否附着有异物。

3）供电设备状态识别

利用视频监控子系统的视频服务器图像处理技术对电力设备的状态进行分析，实现对表征电力设备的物理量或状态进行检测或识别，包括设备是否冒烟，设备是否起火，设备是否漏油，及时发现异常现象和潜在故障。

4）操作监视

变电所的各种操作要严格遵守操作规程，如果操作不当，将会造成危害。但是变电所的各种操作比较繁琐，因此必须结合相应的保证措施，将误操作的可能性降低到最小。视频监控子系统的远程实时监视功能，可以实现值班人员对远方变电所操作人员的操作进行指导，如果发现不正确的操作，并能通过监控或电话、手机及时提醒操作人员，从而确保操作的万无一失。

5）安防报警图像复核

当相关报警信号产生时，视频监控子系统要迅速将摄像机对准报警发生地，并马上采集实时图像，进行智能识别，以判断是否为真实报警还是误报。

本发明还具有智能联动和智能控制功能。系统将各种子系统进行有机整合，不仅提升各子系统的性能，实现系统功能的统一管理及广泛联动，更提高应急处理和反应能力，加强对意外灾害和突发事件的预防和管理能力，从而全面提升系统的智能化管理水平。联动可通过硬件或软件方式实现，用户可自定义设备的联动逻辑。硬件联动由动环测控装置执行，联动逻辑保存在动环测控装置内。视频联动和软件联动逻辑由综合监控平台完成，并提供良好的编辑维护界面。智能联动包括：

1）视频联动

在安全防范报警、环境监测报警、门禁事件（正常刷卡、非法刷卡、按动出门按钮）、在线监测报警等事件发生时，视频监控子系统可调用相应的摄像机的预置位进行录像或拍照。

2）安防报警联动

安全防范设备产生报警时，将自动联动视频、照明、声光报警。

3）门禁联动

门禁子系统产生报警时，将自动联动视频、照明、声光报警。

4）火灾报警联动

火灾报警与视频、照明、空调电源、排风电源同时联动。

5）消防设备联动

按照和消防设备供应商协商确定的接口联动消防设备。

6）环境监测联动

环境监测与空调、排风、排水同时联动。

7）远程控制操作联动

广域保护测控系统的远程控制操作和视频联动。

智能控制功能可以控制动力照明设备，包括所内的空调、灯光、风机、水泵。

1）照明的智能控制

智能灯光控制器通过rs-485接口连接至动环测控装置，综合监控平台通过动环测控装置发送控制命令给智能灯光控制器通，实现灯光开关。

2）空调的智能控制

智能空调控制器相当于可以联网的遥控器，通过rs-485接口与动环测控装置连接。空调控制器具有自学习功能，能够适用于所有带遥控功能的空调。空调控制器利用学习到的红外遥控器码值远程控制空调开关、运行模式等各种运行状态，并对空调设备的温度参数进行调节。

3）风机、水泵控制

风机、水泵等开关量控制器由大功率继电器、交流接触器、电流互感器组成，通过控制设备的供电电源实现设备的启动、停止，实现对开关类设备的远程控制。

本发明以iec61850标准实现系统通信，由动环测控装置完成安防、环控等无统一网络接口设备的装置建模和网络通信，在线智能电子装置也通过该标准实现通信和互联。本发明综合监控平台通过软件插件机制，定义了监控设备接入的统一接口规范，实现对视频监控子系统、环境监测子系统、安全防范子系统、门禁子系统、动力照明控制子系统、火灾报警子系统等多种类型设备的即插即用功能，可以实现在不修改平台软件代码、只配置设备参数的前提下完成对新设备的接入。本发明具备综合展示功能，把环境、视频、火灾报警、照明、安全防范、门禁、在线监测等等所有监控量放在监控系统主界面上进行一体化显示和控制，而不是分系统孤立显示和控制。辅助系统监控平台还提供快速构建控制系统监控功能的、通用的、适应性强的软件工具，使用灵活的组态方式，提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。本发明能够与广域保护测控系统实现信息交互，两系统之间的交互为变电所的供电系统可视化生产管理提供了必要的辅助手段，让调度管理人员全面掌握现场的实际情况，使辅助系统真正为生产服务。本发明提供了具有多种探测监控系统，在综合应用服务器共同作用下，能将各探测监控系统实现平台统一、集中管理、高度整合、智能优化，满足智能变电站的运营需要，保障了智能供电设备的安全运行。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

本实施例为本发明较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明原则范围内做任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。