一种基于物模型的轨道交通机电设备监测与控制方法与流程

本发明是关于轨道交通，特别是关于一种基于物模型的轨道交通机电设备监测与控制方法。

背景技术：

1、现阶段，因为当前轨道交通设备标准复杂繁多，轨道交通机电设备的数据监测和控制手段处于百花齐放的状态，机电设备的各个专业的标准复杂繁多，从通讯链路来说，涉及到rs-232/422/485、can、以太网、wifi、zigbee、gprs/wcdma/cdma2000等；从工业设备协议来说，涉及到opc、modbus、iec61850、iec60870、dnp3、bacnet、plc等。

2、智能化监控系统是为了解放人力，降低运行维护成本，如果一个系统建设的成本高，实施周期长，维护成本高，那将与系统建设的初衷相背而驰。而现阶段轨道交通机电设备的监控系统的建设由于标准的多样化，导致机电设备的采集和控制方案建设成本高，实施周期长、维护难度大。目前车站机电监控系统使用的传输协议多用在封闭，孤立的生产总线网络环境下，为了通讯的高效便捷，多采用明码传输，没有任何的加密保护，还容易受到来自网络的各种攻击。

3、当前行业内的方案存在如下的不足：

4、1)、现场设备通讯接口繁多，如rs232/485，can总线，modbus总线，profibus总线，controlnet，以太网等，而传统的大多数设备采用rs232/485等通讯接口。为了传输的方便，基本都采用了串口服务器(串口转以太网)这类设备，但这样会直接将设备的通讯端口暴露到了网络上。并且市面广泛使用的modbus传输协议是为封闭的工业总线而设计，该传输协议为明码传输没有任何的加密保护，所以很容易受到来自网络的攻击。

5、2)、分布式数据采集，数据在最前端被处理、离线存储、共享等，这样会导致通信开销较大,且分布式采集的数据面临数据同步的问题，考虑到大量的机器故障：宕机、重启、关机，数据可能丢失、陈旧、出错，如何让系统容纳这些问题，对外保证数据的正确性，需要相当复杂的设计。

6、3)、当分布式的数量到达一定数量级时，如何对他们进行有效监控、收集日志、负载均衡，都是很大挑战，具有较高的管理难度。

7、4)、集中式数据采集，风险大，采集服务器中的硬件、软件或网络任一故障，都会导致相关的数据全部上不来。

8、5)、集中式数据采集成本较高，维护不便利，当前业内大部分采用串口服务器模式，串口服务器+台式电脑+软件的一套设备成本高，维护不便。

9、6)、很多数据采集设备采用标准pc计算机。pc机体积大，不易上机架，占用机房空间；能耗高，稳定性较差，维护不便；大多采用windows系统，容易受到操作系统漏洞，网络病毒的攻击，且对人为带来的安全隐患难以防范；数量众多时缺乏一整套完善的中心管理方案，对它们的集中维护管理，软件更新维护极为不便。

10、7)、通过传统的串口服务器，串口数据透明传输转至以太网，数据都交给服务器计算，再由服务器软件向数据总线传输数据，这样每一级的相互依赖性过强。

11、针对上述问题，急需一种适合轨道交通机电设备的边缘侧数据采集和设备控制的装置，用于实现对轨道交通机电设备的统一数据采集和控制，提供规范化的数据接入方式、标准化的数据传输方式，同时具有高可靠性、开放性和扩展性。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了一种基于物模型的轨道交通机电设备监测与控制方法，其特征在于，方法包括：

2、步骤1：通过mqtt协议接收物模型的模型配置，其中，物模型的模型配置包括配置的设备类型；

3、步骤2：经由多个连接设备，基于多种协议接收设备数据；

4、步骤3：在接收到设备数据后，根据设备类型自动匹配设备物模型，如果物模型匹配成功，则执行步骤4，如果物模型匹配失败，则执行步骤5；

5、步骤4：根据配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据，转换完成再把标准的物模型数据发送到数据传输模块，数据传输模块使用mqtt协议将标准的物模型数据发送给接收端；

6、步骤5：自动记录错误日志，并通知接收端，以使得接收端发送对应的物模型更新物模型库。

7、在一优选的实施方式中，方法还包括：

8、步骤6：在接收到对应的物模型更新物模型库之后，自动同步本地物模型配置库，并重新检查物模型是否匹配成功，如果重新检查物模型能够匹配成功，则根据新的物模型库进行模型匹配，随后执行步骤4；

9、步骤7：在确定物模型匹配成功的同时，同步校验物模型内的告警规则配置，如果满足告警要求，则自动触发数据告警，并将告警数据通过mqtt协议传输给接收端。

10、在一优选的实施方式中，经由多个连接设备，基于多种协议接收设备数据包括：

11、通过串口连接设备，基于modbus格式进行数据采集；以及

12、通过io口连接设备，基于gpio格式进行数据采集；以及

13、通过网口口连接设备，基于snmp格式进行数据采集。

14、在一优选的实施方式中，根据配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据包括：

15、将基于modbus格式的设备数据转换成标准物模型数据；

16、将基于gpio格式的设备数据转换成标准物模型数据；

17、将基于snmp格式的设备数据转换成标准物模型数据；

18、其中，标准物模型数据是基于json格式的设备数据；

19、其中，在配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据之后，将标准的物模型数据存储到本地。

20、在一优选的实施方式中，物模型的模型配置包括物模型定义，物模型定义包括同一类轨道交通机电设备的统一基础信息、可采集的数据属性组、可接收的控制命令以及告警规则配置。

21、在一优选的实施方式中，在确定物模型匹配成功之后，方法还包括：

22、步骤8：通过mqtt协议发送传输数据，如果没有正确发送传输数据，则重新通过mqtt协议发送传输数据，当重新尝试3次以后还是无法成功发送传输数据，则自动记录错误日志，并本地缓存传输数据，并休眠指定时间之后再次尝试重新发送传输数据，直到传输成功其中，指定时间根据无模型的需求进行配置；

23、步骤9：通过mqtt协议接收物模型的更新命令，如果接收到物模型更新指令，则自动更新本地物模型配置库，并设置新的版本号；

24、步骤10：接收外部的设备控制命令，设备控制命令通过mqtt协议进行传输，设备控制命令的内容为物模型已配置的可接收命令，接收到设备控制命令后，根据命令类型匹配设备的物模型进行命令数据解析；如果设备控制命令数据解析成功，则执行步骤11，如果设备控制命令数据解析不成功，则执行步骤12：

25、步骤11：通过对应的设备采集端口下发控制命令，并自动记录日志；

26、步骤12：自动记录错误日志，并通知发送端控制错误信息。

27、本发明提供了一种基于物模型的轨道交通机电设备监测与控制装置，其特征在于，装置包括：

28、数据传输模块，其中，数据传输模块被配置为：通过mqtt协议接收物模型的模型配置，其中，物模型的模型配置包括配置的设备类型；

29、数据接入模块，其中，数据接入模块被配置为：经由多个连接设备，基于多种协议接收设备数据；

30、物模型匹配模块，其中，物模型匹配模块被配置为：在接收到设备数据后，根据设备类型自动匹配设备物模型；

31、物模型匹配模块还被配置为：如果物模型匹配成功，则通知物模型匹配模块，其中，物模型匹配模块被配置为：根据配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据，转换完成再把标准的物模型数据发送到数据传输模块，数据传输模块使用mqtt协议将标准的物模型数据发送给接收端；

32、物模型匹配模块还被配置为：如果物模型匹配不成功，则自动记录错误日志，并通知接收端，以使得接收端发送对应的物模型更新物模型库。

33、在一优选的实施方式中，物模型匹配模块还被配置为：在接收到对应的物模型更新物模型库之后，自动同步本地物模型配置库，并重新检查物模型是否匹配成功，如果重新检查物模型能够匹配成功，则根据新的物模型库进行模型匹配；

34、其中，装置还包括：告警模块，其中，告警模块被配置为：在确定物模型匹配成功的同时，同步校验物模型内的告警规则配置，如果满足告警要求，则自动触发数据告警，并将告警数据通过mqtt协议传输给接收端；

35、其中，根据配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据包括：

36、将基于modbus格式的设备数据转换成标准物模型数据；

37、将基于gpio格式的设备数据转换成标准物模型数据；

38、将基于snmp格式的设备数据转换成标准物模型数据；

39、其中，标准物模型数据是基于json格式的设备数据；

40、其中，在配置的设备类型进行物模型转换以得到标准的物模型数据之后，将标准的物模型数据存储到本地。

41、在一优选的实施方式中，数据传输模块还被配置为：

42、通过mqtt协议发送传输数据，如果没有正确发送传输数据，则重新通过mqtt协议发送传输数据，当重新尝试3次以后还是无法成功发送传输数据，则自动记录错误日志，并本地缓存待传输数据，并休眠指定时间之后再次尝试重新发送传输数据，直到传输成功其中，指定时间根据无模型的需求进行配置；

43、通过mqtt协议接收物模型的更新命令，如果接收到物模型更新指令，则自动更新本地物模型配置库，并设置新的版本号。

44、在一优选的实施方式中，装置还包括设备控制模块，其中，设备控制模块被配置为：

45、接收外部的设备控制命令，设备控制命令通过mqtt协议进行传输，设备控制命令的内容为物模型已配置的可接收命令，接收到设备控制命令后，根据命令类型匹配设备的物模型进行命令数据解析；如果设备控制命令数据解析成功，则通过对应的设备采集端口下发控制命令，并自动记录日志，如果设备控制命令数据解析不成功，则自动记录错误日志，并通知发送端控制错误信息。

46、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果，目前，轨道交通机电设备的监测和控制存在协议众多、各专业标准较为复杂的情况，目前业务实现主要以各专业定制开发为主，存在较大的研发的复杂性，同时在运维的时候对运维人员也有较高的要求。本发明依靠物联网技术，将轨道交通的各类机电设备形成各种标准的设备物模型，并设计一个通用的可插拔的接入装置，实现设备属性、方法和数据的标准化定义，通过该定义实现轨道交通机电设备的规范化接入、数据监测和设备控制，从而达到减少系统的研发投入，提高项目的实施效率，降低系统的运维难度。