【摘要】隨著鐵路建設的飛速發(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(tǒng)技術框架和系統(tǒng)功能的基礎上，根據(jù)鐵路客運站能耗設備類別和特點，探索物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、大數(shù)據(jù)等新一代信息與鐵路客運站能源管理系統(tǒng)的有效結合，闡釋智能車站能源管理新方法、新概念，提出未來鐵路客運站能源管控系統(tǒng)發(fā)展方向。

關鍵詞：鐵路客運站；能源管控系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；云平臺；大數(shù)據(jù)

1  概述

　　近年來，我國鐵路建設規(guī)模不斷擴大，截至2017年底，我國鐵路營業(yè)里程達12.7萬km,其中高速鐵路2.5萬km隨著鐵路沿線客運站等建筑數(shù)量持續(xù)上升，鐵路建筑整體能耗量不斷上漲，加強鐵路客運站能耗控制管理，降低運營成本，促進鐵路科學發(fā)展，適應國家發(fā)展低碳經(jīng)濟要求的任務十分迫切。鐵路客運站能源管控系統(tǒng)作為綜合管理平臺，能夠對鐵路客運站各類能耗系統(tǒng)用能數(shù)據(jù)進行準確統(tǒng)計，幫助客運站管理者詳細掌握車站用能情況，制定科學合理的節(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、科學化管理水平十分有益。在鐵路“提質增效”背景下，鐵路客運站能源管控系統(tǒng)對于加強車站節(jié)能管理、提高企業(yè)經(jīng)濟效益和社會形象有利作用?！　?/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(tǒng)是結合鐵路自身特點、基于辦公及生產建筑能源管控系統(tǒng)技術的一種綜合性節(jié)能技術。近年來，國內外學者對此開展了研究，國外對鐵路客運站能源管理系統(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)能夠將不同制造商的設備集成到標準和協(xié)議開放統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)中，利用峰谷電價特點推導系統(tǒng)運行參數(shù)，以大限度地減少建筑的能源運營成本;Hadjsaid Y等提岀針對鐵路客運站空調暖通設備的節(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。國內能源管理系統(tǒng)多集中于辦公及民用建筑領域，鐵路行業(yè)的客運站能源管控系統(tǒng)在北京北站、上海虹橋站等有所應用，雖取得了一定的節(jié)能效果，但面臨推廣過程中技術不統(tǒng)一、后期維護困難等問題。 因此，有必要推廣標準統(tǒng)一、技術可靠的鐵路客運站能源管控系統(tǒng)。

　　當前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術為代表的新一代技術飛速發(fā)展，已逐漸成為當今信息科學技術的主流趨勢，其在能源管理領域中的應用也將推動能源管控系統(tǒng)發(fā)展走向新的高度。在此，綜合*的建筑能源管控技術和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的科學技術，結合鐵路客運站自身特點，對現(xiàn)有鐵路客運站能源管控系統(tǒng)進行分析總結，提出未來鐵路客運站能源管控系統(tǒng)的方向。

2  鐵路客運站能源管控系統(tǒng)架構及功能

　　鐵路客運站能源管控系統(tǒng)可以滿足管理者通過一個頁面掌握整個車站的能源消耗情況及需求。不同于單一的設備節(jié)能管理，該系統(tǒng)通過融合各能耗子系統(tǒng)，實現(xiàn)對能源消耗的精細化管理，包括對車站內各類能源消耗系統(tǒng)的日常實時監(jiān)控、能耗分析、重點用能設備自動控制和遠程控制等功能，幫助車站管理者制定科學合理的考核、評價管理制度，提高整個客運站能源管理的數(shù)字化、科學化和智能化水平。

2.1 系統(tǒng)架構

　　鐵路客運站能源管控系統(tǒng)由現(xiàn)場設備層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡通信層、系統(tǒng)管理層組成。現(xiàn)場設備層位于系統(tǒng)底層，包括空調暖通、電梯、照明 等客運站內各類用能設備。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)采集終端負責實時采集各類能源監(jiān)測儀表的用量數(shù)據(jù)，智能控制器負責傳達控制中心對現(xiàn)場用能設備的控制指令。網(wǎng)絡通信層主要完成現(xiàn)場型設備與主控服務器之間的網(wǎng)絡通信連接、數(shù)據(jù)交換、通信協(xié)議轉換，提高系統(tǒng)的實時性、兼容性和擴充性。系統(tǒng)管理層是整個系統(tǒng)的決策層和展示層，用戶可以通過Internet遠程訪問系統(tǒng)網(wǎng)頁，實時監(jiān)測和查看客運站內各類負荷的能耗情況;用戶也可以通過智能手機、iPad 等移動設備隨時隨地對空調、照明等相關負載進行遠程控制和智能控制。系統(tǒng)架構如圖1所示。

2.2主要通信協(xié)議

　　現(xiàn)場設備層與數(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)場設備的控制指令，同時傳輸?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)絡通信層則主要通過TCP/IP協(xié)議與系統(tǒng)管理層進行通信。

2.3系統(tǒng)功能

　　鐵路客運站的運行管理、設備類型、結構特點等方面與一般公共建筑有所區(qū)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，不利于車站內冷熱量的保存。

　　鐵路客運站能源管控系統(tǒng)針對鐵路客運站自身特點，以能源管理和節(jié)能決策為目標，實時采集鐵路客運站內各類設備系統(tǒng)與能耗相關的運行信息數(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，提高車站運營管理的效率與服務質量。該系統(tǒng)具有分項計量、能效分析、節(jié)能 診斷、報警管理、報表生成、自動控制等多種功能。鐵路客運站能源管控系統(tǒng)除對客運站內各類用能設備進行能耗數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測外，還能根據(jù)環(huán)境變化實現(xiàn)對用能設備的自動控制，如根據(jù)室內溫濕度變化實時調整空調系統(tǒng)的開關和風量大小，保證旅客舒適的候車環(huán)境。

　　為滿足構建安全、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(tǒng)運用信息化的管理方式，在對設備管理的同時實現(xiàn)能源成本的有效控制，達到節(jié)能減排和節(jié)支增收的有機統(tǒng)一。該系統(tǒng)集成眾多的智能化子系統(tǒng)，收集客運站能耗的歷史與實時、靜態(tài)與動態(tài)等信息，構成能耗大數(shù)據(jù)庫，通過共享信息資源和協(xié)同運行實現(xiàn)車站的綠色運營。

3  鐵路客運站能源管控系統(tǒng)技術

　　物聯(lián)網(wǎng)、云平臺和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術 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和模式注入了新的動力。多種技術的相互融合和發(fā)展，促進了傳統(tǒng)的建筑能源管控系統(tǒng)由單純的能耗監(jiān)測和自動控制向更加科學化、智能化的方向發(fā)展。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

　　物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、傳感器、定位系統(tǒng)等信息傳感設備，按約定的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。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)實現(xiàn)了各個行業(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)測等多個領域。物聯(lián)網(wǎng)技術能夠實現(xiàn)對客運站內設備能耗的感知，通過各種傳感器和通信技術，將車站內全部用能設備連接起來，實現(xiàn)設備之間的信息交流和共享。將物聯(lián)網(wǎng)技術引入鐵路客運站能源管控系統(tǒng)，通過搭建有線與無線相結合的網(wǎng)絡，結合運用現(xiàn)場傳感器、智能儀表和智能控制器，同時借助云計算強大的計算能力，可以輕松實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的能耗設備科學化管理。

　　將物聯(lián)網(wǎng)技術與鐵路客運站能源管控系統(tǒng)相結合，可以充分利用物聯(lián)網(wǎng)的分層技術對能耗進行感知和檢測，得到科學可信的基礎數(shù)據(jù)。例如，可以通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將客運站內各類儀表采集節(jié)點自組網(wǎng)，通過無線傳輸協(xié)議將能耗數(shù)據(jù)匯集到鐵路客運站能源管理數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)分析、處理，從而提供數(shù)據(jù)應用服務，對車站能耗進行綜合統(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)，是解決客運站運行能耗管理問題的關鍵。在此基礎上，將有利于建立科學的能效診斷和分析模型，實現(xiàn)能源企業(yè)能源管理的現(xiàn)代化;同時，對大量的能耗數(shù)據(jù)進行分析，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

　　鐵路客運站能源管控系統(tǒng)實現(xiàn)了鐵路客運站用能數(shù)據(jù)的準確采集和分析處理，為車站能源的細化管理提供了科學的參考依據(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，基于分項目建立的管控系統(tǒng)在一定程度上限制了能源管理的擴展性和靈活性。云技術可以將鐵路客運站能源管控系統(tǒng)采集的各類能耗數(shù)據(jù)在云平臺進行大量存儲，并在此基礎上對數(shù)據(jù)進行分析計算,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，同時解決了不同軟硬件廠家協(xié)議標準不統(tǒng)一的問題。

　　云計算由一個可配置的共享資源池組成，該資源池提供網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用、服務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。云計算具有強大的按需自服務、廣泛的網(wǎng)絡接入、資源池、快速可彈性、按量計費等特性。

　　云技術與能源管控系統(tǒng)相結合，可以將各鐵路客運站的能耗數(shù)據(jù)上傳到云端，由統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務中心進行管理。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進行，為用戶提供了能源管理一體化模式?；谠萍夹g的鐵路客運站能源管控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的不間斷存儲、分析和發(fā)布，并提供輔助工具，根據(jù)不同分類進行查詢，用戶可以通過云平臺方便了解客運站各類能耗設備的實時用能情況，并及早進行相應的調整，以達到節(jié)能效果?？瓦\站管理者不需要對服務器資源、網(wǎng)絡資源、存儲資源等底層的云基礎設施進行管理，只需對應用程序進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投資和建設的同時，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(shù)據(jù)分析和應用奠定了基礎。

3.3 大數(shù)據(jù)技術

　　隨著鐵路客運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)技術是對能耗數(shù)據(jù)進行科學智能分析、為能源管理者提供科學依據(jù)的關鍵技術。大數(shù)據(jù)技術能夠對原始的能耗數(shù)據(jù)進行篩選、獲取有用數(shù)據(jù)，在此基礎上對數(shù)據(jù)進行分類，發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關系和數(shù)據(jù)特點，為建立科學的能耗分析模型和能源預測提供實現(xiàn)手段。

　　大數(shù)據(jù)分析技術不僅能夠對大量的能耗數(shù)據(jù)進行快速檢索和查詢，還能將能耗數(shù)據(jù)轉化為智能數(shù)據(jù)。算法作為大數(shù)據(jù)分析的核心和關鍵，是鐵路客運站能源管控系統(tǒng)智能化發(fā)展的重要方式。將關聯(lián)規(guī)則學習、聚類分析法、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡算法等大數(shù)據(jù)分析方法與鐵路客運站能源管控系統(tǒng)相結合，可以獲取不同環(huán)境下設備能耗數(shù)據(jù)與設備運行管理之間的關系，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)、云技術和大數(shù)據(jù)應用于鐵路客運站能源管控系統(tǒng)的不同層次，物聯(lián)網(wǎng)技術為能耗信息采集和監(jiān)測提供便利，云技術為能耗數(shù)據(jù)存儲和計算提供平臺，大數(shù)據(jù)技術則為能耗數(shù)據(jù)分析和決策管理提供依據(jù)。三者相互配合，共同推動鐵路客運站能源管控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。

4  安科瑞能耗監(jiān)測平臺

4.1 平臺架構

4.2 平臺功能

5  電表選型

6  總結

　　隨著我國鐵路對新一代信息技術、BIM運維管理平臺等關鍵技術的高度重視，以及加快建設鐵路統(tǒng)一的信息化平臺和大數(shù)據(jù)中心的戰(zhàn)略需求，鐵路客運站能源管控系統(tǒng)將朝著科學智能、標準統(tǒng)一、綠色有效的方向發(fā)展，實現(xiàn)能源管理的全局性、動態(tài)性和科學性?？茖W的能源管控系統(tǒng)將提升鐵路客運站運營管理水平，為車站能源管理和綠色運營提供技術指導和決策支持，打造舒適、低碳環(huán)保的智慧客站。