城市轨道交通综合监控系统设计研究

城市轨道交通综合监控系统设计研究

孙师源

身份证号：370105199501082916

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，轨道交通工程建设越来越多。城市轨道交通综合监控系统需要处理的数据较为复杂，对于数据的安全性、完整性和可靠性具有较高的要求。而综合监控系统的业务数据具有数据包小、对实时性要求较高等特征，因此如何保证对数据保密性的检测效果成为重点关注问题。本文首先分析系统技术架构，其次探讨随机性检测方法现状，最后就城市轨道交通综合监控系统设计进行研究，保证综合监控系统数据的安全与完整，进而保证城市轨道交通运行的稳定。

关键词：综合监控系统；数据安全检测方法；小数据随机检测方式

引言

近年来我国城市轨道交通飞速发展，大型城市线网规模逐年扩大，各中小城市纷纷建设城轨。智慧城市建设也对轨道交通运营管理水平及效率提出更高要求。综合监控系统(ISCS－Integrated Su-pervisionand Control System)是城市轨道交通的重要组成部分，通过对各机电系统集成整合与联动，实现各系统间信息互通与数据共享，是建设智慧轨道交通的基础设施。为提升城市轨道交通信息化及自动化水平，提高地铁运营的安全性、可靠性和响应性，城市轨道交通工程应设置综合监控系统。

1系统技术架构

车辆监控系统架构主要是由业务平台和算法平台融合而成。车辆运行数据由车载通信终端（Tele⁃maticsBox,T-Box）实时上传，数据报文通过卡夫卡（Kafka）接入服务器，报文分为2路：（1）与重型车排放远程监控平台（以下简称：国家平台）交互进行备案转发；（2）解析入库到大数据集群中，抽取到关系型数据库和远程字典服务（RemoteDictionaryServer，Re⁃dis）缓存中，供平台进行数据读取。实时数据既做业务平台实时监控展示，又输入到算法平台中进行数据统计分析，并将算法模块嵌入到监控系统中，实现基于融合模型的车辆监控系统设计开发。在车辆监控系统技术架构中用到了大数据存储、关系型数据库、缓存和中间件技术栈，在大数据存储部分依赖于Hadoop大数据架构，与国家平台交互时采用消息队列中间件（Rabbit Message Queue,RabbitMQ）。业务平台和算法平台部署成2个独立的服务，通过应用程序接口（Application Program Interface,API）进行通信。

2随机性检测方法现状

在利用数据加密密钥进行ISCS数据保密性检测时，由于加密密钥的特殊性，为保证业务数据的安全，降低出现安全事故的风险，在加密密钥的获取上具有一定的难度，因此在没有加密密钥的情况下对数据的保密性进行检测是不可避免的，因此可将对数据保密性检测转变为对数据随机检测。二元随机序列在密码应用中具有重要的地位和作用，针对二元序列随机性检测的方式，可参考我国相关标准[4]提供的方式、方法，例如“离散傅里叶检测方式”、“线性复杂度检测方法”、“扑克检测方法”、“近似熵检测方法”、“单比特频数检测方法”、“块内频数检测方法”、“游程分布检测方法”等。在进行数据随机性检测时可根据数据类型、方式特点选取不同的方法、方式。以“扑克检测方法”为例，“扑克检测方法”通过将待检序列划分为非重叠子序列并将多余的比特舍弃，通过频数计算统计值以及利用igamc计算结果与显著性水平对比的方式，以通过性水平作为检测的判别标准，而“重叠子序列检测方法”，与扑克检测方式类似，但对子序列的要求与其相反，子序列可重叠，两种方式均需要确定样本长度n与子序列长度m，并且对于样本数量、样本长度的要求较高，要求随机数样本数量高于1000个，样本长度高于1000000bit。

3城市轨道交通综合监控系统设计

3.1综合监控系统总体构成

中央级系统通过综合监控通信网将车站级系统及各辅助功能子系统的监控信息采集到控制中心，从而实现对车站级系统的管理与控制。中央级ISCS位于控制中心，中央级系统所需的计算、网络、存储资源采用云计算技术搭建，监控全线列车、灾害、环境、供电及车站各机电设备的运行状况，为控制中心调度员提供丰富信息，可根据不同场景可自动或手动启动正常、降级等不同工作模式，从而实现各机电系统设备的联动控制。车站级系统通过互联集成车站各机电子系统设备，实时监控车站范围内的环境、供电及列车等的运行情况，进行车站级的监控。并接收中央级系统的统一调度管理，通过通信网与中央级系统进行数据交换。

3.2在线监控系统方案设计

系统整体上可分为上位机、下位机以及配套设备。上位机主要由触摸屏和计算机构成，利用组态王和MCGS软件建立上位机的监控界面，触摸屏可以实时显示通风机及相关配套设施的运行状态信息，比如电机参数、风机状态信息、异常情况报警等，可以在屏幕上对历史数据进行查询调取。下位机以PLC控制器为核心，还包括数据采集模块、通信模块等。下位机与所有监测传感器及控制单元进行连接，传感器采集得到的数据信息全部汇总到控制器中进行分析处理。上位机与下位机之间进行连接，将数据上传到上位机中进行展示。配套装备主要包括变频器、变送器、继电器和传感器等，传感器是对设备状态等数据进行采集，变频器的作用是根据矿井实际需要输出不同电压频率，实现通风机运行转速调整，最终实现通风量的控制。

3.3基于块内频数检测方法改进

通过对“块内频数检测方法”的研究，结合ISCS数据的特点，提出了针对字节级检测方法。通过对字节的随机性进行检测，检测字节的均衡性，字节取值随机性高意味着字节取值均衡，而字节存在两个字节互补的情况，即互补字节，当互补字节均匀出现时，在字节的表现上可能存在随机性很低，而在比特位的表现上会存在随机性很高的情况。

3.4配电柜设计

(1)进线柜。为了提升配电柜的运行稳定性和可靠性，系统中设置了2个进线柜，分别位于左侧和右侧，其中1个作为主用，1个作为备用，作用是将外部电源引入通风系统中。(2)变频馈电柜。作用是将引入的外部电源分配给变频器。变频器较特殊，需要为其准备专门的电柜。采用的是双变频馈电柜设置，以提升设备运行的可靠性，确保在倒机过程中通风机仍然能够稳定工作，给矿井提供新鲜空气。(3)配电柜。作用与上述的变频馈电柜类似，是将外部电源进行分配，分配给除变频器以外的其他用电设施。(4)联络柜。作用是对2段主要母线进行连接。主通风系统为了提升运行可靠性，采用的是双电机部署形式，且每个电机采用一主一备双电源制度。在联络柜的作用下，一旦电源出现故障问题，能够快速切换到备用电源，保证电机可靠运行。

结语

综上，根据城市轨道交通综合监控系统的数据特点，提出了基于单比特频数检测方法、块内频数检测方法的改进的数据检测方式，通过对比特、字节随机检测的方式，降低了数据检测时的误报率，可有效检测城市轨道交通综合监控系统安全的完整性与保密性，在提高数据的安全性的基础上，通过对数据的有效检测，降低了城市轨道交通在运行时的风险，提高了其运行的安全性与稳定性。

参考文献

[1]周增惠，孔国权，张喜元.基于云计算技术的城市轨道交通综合监控系统部署方案[J].现代城市轨道交通，2021（06）：103-106.

[2]张瑞，张献良.城市轨道交通综合监控系统安全等级保护设计与实现[C]//.智慧城市与轨道交通2022，2022：200-208.

[3]林晓伟.城市轨道交通综合监控系统信息安全建设方案[J].工业控制计算机，2020，33（12）：121-122+132.