一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通控制技术领域，特别是一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统。

背景技术

随着城市轨道交通的规模化、快速化发展，城市轨道交通运输系统成为城市用电大户，其消耗电能主要为牵引供电、通风空调、电扶梯、照明、给排水和弱电设备等。根据对国内多条已投入运营的城市轨道交通线路的用电负荷统计，其中有近45％来自于列车牵引能耗，29％来自于照明空调，11％来自于电扶梯。目前，城市轨道交通里程数在不断增加，电费也逐渐上调，所面临的节能减排压力会越来越大。为了对轨道交通的能耗进行管理，在产生详实数据的基础上使用针对性强的节能措施和管理方法，设计一套稳定可靠、功能完善的能源管理系统将显得尤为重要。

在城市轨道交通的运作过程中之所以会出现能源浪费的情况，一方面是因为现有的节能措施以及研究成果在已经存在的轨道交通运输系统中实现起来是比较不容易的；而另一方面，是因为在轨道交通运输系统中的能源管理也存在着很大的问题。迄今为止，轨道交通能源的管理方面，存在以下几个问题：

(1)管理方式落后

就目前轨道交通系统的能源管理来说，普遍出现人工读表现象、手工抄送现象、通过计算机办公软件简单统计处理的现象以及手动编制报表报告这种比较低级的统计水平，而轨道交通能源数据量往往很庞大，甚至还会和以往的数据关联，使得统计分析工作比较困难，这种以人工为主、计算机为辅的轨道交通能源管理模式，对信息的准确率、传输、处理产生了很大的影响，导致现代的一些科学管理方法很难进行下去，对节能工作的推进产生了极大的限制。

(2)能耗管理口径粗放

一些地铁运营公司的能源管理口径非常大，地铁的能耗通常基于地铁线路中变电站的数量，以测量和计算从电网传输到地铁的功率。地铁的总功耗是变电站的仪表读数与所获得的功率之和，列车的电能消耗可以通过驾驶室中的仪器读取，而车站的电能消耗则是前两者的差值(即车站的电力照明能耗＝总能耗-车辆的能耗)。这种能耗测量模式只能将能耗分为列车运行能耗和站内动力照明能耗，而牵引能耗和车载设备能耗在列车运行能耗和站内每个系统的设备能耗上却无法完全细分，以获得准确的能耗，只能根据设备的运行功率和运行时间进行估算，从而使系统单一化。统一设备的能耗无法准确获取和及时传递，阻碍了能效评估和进一步的节能管理。

(3)能耗计量误差较大

由于上面介绍的能耗管理口径的问题，功率照明的功耗会导致很大的测量误差。地铁的运营需要运营公司的全面管理，行政部门工作人员使用的能耗不是用专用的仪器来衡量的，而是在电力照明设备的能耗中完全计算出来的，这使得设备的能耗有严重的误差，导致能耗计量不准确，并影响管理者对每个能耗子系统中设备能耗的具体情况的认识。

综上所述，就目前的轨道交通能源管理系统来说，在节能方向和管理工作上存在着较大的限制，及时准确的获取能耗信息并从中分析能源浪费的原因以及节能工作的薄弱环节成为重中之重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在满足正常需求成本的情况下实现整体轨道交通能耗数据的信息化，使用户完全掌握能耗设备的能耗细节和能耗过程，进而降低能耗，实现低成本运营的基于SSM框架的轨道交通能源管理系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，包括客户端、服务器端和能源信息端；

所述客户端，用于获取用户的操作请求，传送至后台的服务器端进行处理，并接收服务器端的处理结果；

所述服务器端，用于处理来自能源信息端的请求，将能源信息端上传的数据写入到数据库中，并处理来自客户端的请求，读取数据库中的数据传送到客户端；

所述能源信息端，用于采集轨道交通的能耗数据上传到服务器端，并接收服务器端下发的控制指令。

进一步地，所述的能源信息端，包括能源信息端数据采集与下发模块和无线通信数据模块，其中：

能源信息端数据采集与下发模块，采用STM32系列开发板连接电压传感器和电流传感器，进行能耗数据的采集与下发；

无线通信数据模块，设置有GPRS DTU无线传输模块，通过Socket技术与服务器端建立TCP长连接，进行数据传输。

进一步地，所述的客户端，基于浏览器终端，包括UI模块和客户端通信模块，其中：

UI模块，基于Layui框架，获取用户请求，并将后台服务器端处理完的数据显示到前台客户端界面；

客户端通信模块，基于B/S架构，基于JavaScript或Ajax技术，采用异步加载方式进行前台与后台之间的数据交互。

进一步地，所述服务器端，基于MVC分层设计模式，采用SSM即Spring+SpringMVC+Mybatis开发框架实现；SpringMVC作为系统整体基础架构，负责分离MVC；Mybatis框架支持持久层；Spring框架支持业务层；

所述服务器端包括服务器通信模块、客户端管理模块和数据处理模块：

服务器通信模块，用于服务器端与能源信息端之间、服务器端与客户端之间的通信，服务器端与能源信息端之间的通信通过在服务器端配置一个Socket端口监听来实现；服务器端与客户端之间使用Http协议进行通信；

客户端管理模块，用于管理客户端身份信息和通信信息，形成客户端会话池；

数据处理模块，用于对客户端提交的请求进行总体调度，同时对所有任务的数据进行运算、转发、存储操作。

进一步地，所述服务器端基于线程池技术实现并发性能；服务器端预先创建子线程，在服务器端接收到请求时，使用预先创建的子线程来响应请求，服务器端对子线程进行维护。

进一步地，所述能源信息端采集轨道交通的能耗数据，包括变电所的能耗数据和列车的能耗数据；

所述变电所的能耗数据包括动力用电能耗数据和牵引用电能耗数据；

所述列车的能耗数据包括受电弓能耗数据、牵引电机能耗数据、辅助变流器能耗数据和制动电阻能耗数据。

进一步地，所述服务器端的数据库采用基于MySql关系型数据库。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)基于Layui设计了系统的界面，采用了Spring MVC设计了前台与后台的业务逻辑操作，使用MyBatis框架对数据库操作进行了封装，通过Spring整合Spring MVC和Mybatis，实现对系统整个流程的控制；(2)无线通信数据模块采用GPRS DTU模块实现，无需复杂的布线、灵活性强、施工成本低，且穿透性及传输距离不受地理环境限制；(3)GPRS DTU模块采用Socket技术与服务器端建立TCP长连接，服务器端通过线程池技术维护一定数量的线程，减少了服务器的资源消耗，提高了系统的整体性能；(4)后台数据服务基于MySql关系型数据库，通过合理的数据表设计和数据库连接池技术，大大提高了数据库访问性能，且整个系统安全可靠。

附图说明

图1为本发明基于SSM框架的轨道交通能源管理系统的结构示意图。

图2为本发明的系统软件的结构框图。

图3为本发明中GPRS DTU端与服务器端通信的流程示意图。

图4为本发明中服务器端线程池的工作流程图。

具体实施方式

本发明基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，包括客户端、服务器端和能源信息端；

所述客户端，用于获取用户的操作请求，传送至后台的服务器端进行处理，并接收服务器端的处理结果；

所述服务器端，用于处理来自能源信息端的请求，将能源信息端上传的数据写入到数据库中，并处理来自客户端的请求，读取数据库中的数据传送到客户端；

所述能源信息端，用于采集轨道交通的能耗数据上传到服务器端，并接收服务器端下发的控制指令。

进一步地，所述的能源信息端，包括能源信息端数据采集与下发模块和无线通信数据模块，其中：

能源信息端数据采集与下发模块，采用STM32系列开发板连接电压传感器和电流传感器，进行能耗数据的采集与下发；

无线通信数据模块，设置有GPRS DTU无线传输模块，通过Socket技术与服务器端建立TCP长连接，进行数据传输。

进一步地，所述的客户端，基于浏览器终端，包括UI模块和客户端通信模块，其中：

UI模块，基于Layui框架，获取用户请求，并将后台服务器端处理完的数据显示到前台客户端界面；

客户端通信模块，基于B/S架构，基于JavaScript或Ajax技术，采用异步加载方式进行前台与后台之间的数据交互。

进一步地，所述服务器端，基于MVC分层设计模式，采用SSM即Spring+SpringMVC+Mybatis开发框架实现；SpringMVC作为系统整体基础架构，负责分离MVC；Mybatis框架支持持久层；Spring框架支持业务层；

所述服务器端包括服务器通信模块、客户端管理模块和数据处理模块：

服务器通信模块，用于服务器端与能源信息端之间、服务器端与客户端之间的通信，服务器端与能源信息端之间的通信通过在服务器端配置一个Socket端口监听来实现；服务器端与客户端之间使用Http协议进行通信；

客户端管理模块，用于管理客户端身份信息和通信信息，形成客户端会话池；

数据处理模块，用于对客户端提交的请求进行总体调度，同时对所有任务的数据进行运算、转发、存储操作。

进一步地，所述服务器端基于线程池技术实现并发性能；服务器端预先创建子线程，在服务器端接收到请求时，使用预先创建的子线程来响应请求，服务器端对子线程进行维护。

进一步地，所述能源信息端采集轨道交通的能耗数据，包括变电所的能耗数据和列车的能耗数据；

所述变电所的能耗数据包括动力用电能耗数据和牵引用电能耗数据；

所述列车的能耗数据包括受电弓能耗数据、牵引电机能耗数据、辅助变流器能耗数据和制动电阻能耗数据。

进一步地，所述服务器端的数据库采用基于MySql关系型数据库。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

结合图1，本发明一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，包括客户端、服务器端和能源信息端；

所述客户端，用于获取用户的操作请求，传送至后台的服务器端进行处理，并接收服务器端的处理结果；

所述服务器端，用于处理来自能源信息端的请求，将能源信息端上传的数据写入到数据库中，并处理来自客户端的请求，读取数据库中的数据传送到客户端；

所述能源信息端，用于采集能源信息端的实时能耗数据上传至服务器端，并接收服务器端下发的控制指令。

客户端界面主要采用Layui框架，前台与后台之间的数据交互主要采用异步加载，使用的是JavaScript、Ajax等技术；服务器端采用Tomcat服务器；能源信息端采用GPRS DTU组网模块与服务器通讯，将能耗数据上传至服务器，并从服务器接收控制指令。

本发明基于当前广泛流行开发的SSM框架进行系统整体开发，服务器端采用MySql关系型数据库，系统具备良好的兼容性与可扩展性，通过浏览器实时监测轨道交通能耗状态信息。

进一步的，所述的能源信息端包括能源信息端数据采集与下发模块和无线通信数据模块，其中：

能源信息端数据采集与下发模块，采用STM32系列开发板连接电压传感器和电流传感器，进行能耗数据的采集与下发；

无线通信数据模块，设置有GPRS DTU无线传输模块，通过Socket技术与服务器端建立TCP长连接，进行数据传输；

进一步的，所述的客户端基于浏览器终端，包括UI模块和客户端通信模块：

UI模块，基于Layui框架，获取用户请求，并将后台服务器处理完的数据显示到前台客户端界面；

客户端通信模块，基于B/S架构，基于JavaScript或Ajax技术，采用异步加载方式进行前台与后台之间的数据交互。

进一步的，所述服务器端基于MVC分层设计模式，采用SSM即Spring+SpringMVC+Mybatis开发框架实现；SpringMVC作为系统整体基础架构，负责分离MVC；Mybatis框架支持持久层；Spring框架支持业务层；所述服务器端包括服务器通信模块、客户端管理模块和数据处理模块：

服务器通信模块，用于服务器端与能源信息端之间、服务器端与客户端之间的通信，服务器与能源信息端之间的通信通过在服务器端配置一个Socket端口监听来实现；服务器端与客户端之间使用Http协议进行通信；

客户端管理模块，用于管理客户端身份信息和通信信息，形成客户端会话池；

数据处理模块，用于对客户端提交的请求进行总体调度，同时对所有任务的数据进行运算、转发、存储操作。

进一步的，所述服务器端基于线程池技术实现并发性能；服务器端预先创建子线程，在服务器端接收到请求时，使用预先创建的子线程来响应请求，服务器端对子线程进行维护。

进一步的，所述能源信息端采集轨道交通的能耗数据，包括变电所的能耗数据和列车的能耗数据。

进一步的，所述变电所的能耗数据包括动力用电能耗数据和牵引用电能耗数据。所述列车的能耗数据包括受电弓能耗数据、牵引电机能耗数据、辅助变流器能耗数据、制动电阻能耗数据。

进一步的，所述服务器端的数据库采用基于MySql关系型数据库。

结合附图2，本发明一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，包括服务器端、客户端、轨道交通能源信息端，其中服务器端与客户端采用MVC分层设计模式，分为表现层、业务逻辑层以及持久层三层。表现层是系统的门户，包括用户界面和数据交互两个部分，业务逻辑层主要是通过Spring MVC的Action和Service来进行处理，数据访问层采用Mybatis进行系统的数据库交互操作，Spring贯穿在Spring MVC以及Mybatis等之间，实现对整个流程的控制。轨道交通能源信息端包括数据源、能源信息采集与下发、无线通信模块，同时采用API、SQL等多种方式为系统提供数据。

结合图3，本发明一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，能源信息端的通信模块采用无线通信，无线组网方式具有布线简单、操作灵活和成本较低的优点。GPRS DTU模块作为物联网领域的专用数据传输模块，在与服务器的通信过程中，充当着通信发起者的角色，而服务器作为通信响应者需要对GPRS DTU的请求进行解析处理。服务器端对主机开启的一个内网端口进行监听，然后通过花生壳软件将内网端口映射到外网端口，接着对GPRS DTU端进行配置，设置已经映射成功的外网端口，然后开始建立通信，成功通信后就实现了数据的双向传输。

结合图4，本发明一种基于SSM框架的轨道交通能源管理系统，服务器的并发性通过线程池技术来实现。具体地，服务器端在客户端的请求到来之前预先创建的子线程。当服务器端接收到客户端的请求时，利用预先创建的子线程来响应这些请求，服务器端维护这些子线程；使用线程池来控制系统中的线程数量，当线程池中出现空闲子线程时，让其执行下一个队列任务；如果池中没有空闲子线程，整个线程池资源即处在等待状态。

本发明基于Layui设计了系统的界面，采用了Spring MVC设计了前台与后台的业务逻辑操作，使用MyBatis框架对数据库操作进行了封装，通过Spring整合Spring MVC和Mybatis，实现对系统整个流程的控制；无线通信数据模块采用GPRS DTU模块实现，无需复杂的布线、灵活性强、施工成本低，且穿透性及传输距离不受地理环境限制；GPRS DTU模块采用Socket技术与服务器端建立TCP长连接，服务器端通过线程池技术维护一定数量的线程，减少了服务器的资源消耗，提高了系统的整体性能；后台数据服务基于MySql关系型数据库，通过合理的数据表设计和数据库连接池技术，大大提高了数据库访问性能，且整个系统安全可靠。