李 軍

（南寧軌道交通集團有限責任公司運營分公司，南寧 530029）

我國城市軌道交通處于高速發(fā)展時期，運營線路和里程屢創(chuàng)新高，為城市便捷出行和緩解地面交通壓力帶來良好的社會效益。同時，運營規(guī)模不斷擴大，裝備體系日益復雜，還有大量舊線的更新改造任務，給軌道交通運維管理帶來巨大壓力，也對設備維修安全、質量和效率提出更高的要求[1]。

供電系統(tǒng)運維是城市軌道交通設備管理的重要組成部分。筆者對城市軌道交通供電設備運維管控系統(tǒng)進行研究，引入在線檢測及狀態(tài)維修方法，探討了運維管控平臺、多維數(shù)據(jù)監(jiān)測、智能決策控制、設備維修管理、作業(yè)安全管控等方面的內容，以“前端監(jiān)測+后臺管理+過程管控”的綜合性管理架構，結合各種成熟的高新技術應用，可以顯著提升設備維修管理效率和安全管控能力，提高運維智能化程度。

1 供電設備運維現(xiàn)狀

目前，城市軌道交通供電設備運維業(yè)務大多沿用傳統(tǒng)的管理模式，具有如下特點：一是多計劃檢修、周期檢修、故障修，少在線檢測及狀態(tài)修；二是檢修作業(yè)普遍采用人工作業(yè)、人工監(jiān)管的方式，效率較低；三是檢修作業(yè)過程缺乏整體性安全管控措施，難以避免出現(xiàn)安全事故；四是僅以故障指標論成敗，檢修過程數(shù)據(jù)不夠精細；五是缺少監(jiān)測、智能化處理、分析供電設備運行狀態(tài)趨勢和故障智能診斷的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺及智能化應用[2]。隨著運營線路和里程的不斷增加，運營規(guī)模迅速擴大，供電設備和運維人員大幅增加，在相對粗放的運維管理模式下，運維成本一直保持上升態(tài)勢，同時也影響了質量提升，存在諸多安全隱患。因此，僅依靠傳統(tǒng)運維模式已經很難滿足行業(yè)快速發(fā)展的需要。

國內各城軌交通運營單位都正在積極探索智能化運維解決方案，已有許多管理系統(tǒng)或技術手段被應用于供電設備運維管理，在提高運維管理效率和安全性保障方面起到一定的作用。但是總的來說，這些系統(tǒng)或技術僅解決了局部或個別針對性問題，側重于原有檢修模式的電子化，而且存在缺乏統(tǒng)一標準、重復投資等問題，難以實現(xiàn)資源共享和向上整合，對于供電運維安全和效率提升未有明顯效果。已經規(guī)劃或建設的綜合性管控系統(tǒng)，大多用在公司級層面的信息化管理，難以深入滲透到各專業(yè)細分領域，缺乏底層數(shù)據(jù)支撐，特別是針對供電專業(yè)的智能運維管理系統(tǒng)至今還難覓其蹤。各運營單位在供電設備運維模式、管理體系以及整體信息化、自動化程度等方面，都還處于起步階段。

建設一套城市軌道交通供電系統(tǒng)的智能運維管控系統(tǒng)，實現(xiàn)供電設備狀態(tài)修及全過程的智能化管理和安全管控，突破不同專業(yè)、不同業(yè)務、不同系統(tǒng)之間的壁壘，并做到從現(xiàn)場、站端到中央管理層的全貫通，這在原來的管理模式和技術層面下難以實現(xiàn)。而當今，新技術不斷發(fā)展，智能傳感、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、軟件集成、視頻處理等技術已經相當成熟。2019年，中共中央、國務院發(fā)布《交通強國建設綱要》，更是掀開新時代交通運輸工作的新篇章。在此情況下，通過新技術構建城市軌道交通供電設備運維智能管控平臺，實現(xiàn)供電設備全生命周期的在線健康監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷和運維管控已成為可能，也是城市軌道交通供電系統(tǒng)安全運維和技術發(fā)展的趨勢[3]。

2 運維管控體系建設

自2018 年7 月1 日起施行的《城市軌道交通運營管理規(guī)定》(交通運輸部令 2018 年第8 號)明確提出，要建立城市軌道交通智能管理系統(tǒng)，進行集中監(jiān)管。城市軌道交通供電設備運維智能管控系統(tǒng)，以實現(xiàn)供電設備狀態(tài)修為目標，從全線甚至整個城市軌道交通線網(wǎng)綜合考慮，整體性實現(xiàn)供電設備檢修全業(yè)務、全過程、全要素的智能化管理和安全管控，是整個城市軌道交通智能管理系統(tǒng)的重要組成部分。

智能管理系統(tǒng)包括運維管控平臺、多維數(shù)據(jù)監(jiān)測、智能決策控制、設備運維管理、作業(yè)安全管控等方面內容，涵蓋了前端傳感設備及全方位信息采集、管控平臺建設及設備運維管理、過程管理及安全管控，以及智能分析、故障診斷、生命周期管理等高級應用。系統(tǒng)以“前端監(jiān)測+后臺管理+過程管控”的綜合性管理架構，結合各種成熟高新技術應用，大幅提高管理效率和安全管控能力，提高運維智能化程度，以滿足軌道交通供電系統(tǒng)安全、規(guī)范、高效的運營要求[4]。

2.1 運維管控平臺

供電設備運維智能管控平臺，是整個供電運維管理的數(shù)據(jù)中心、監(jiān)控中心和管理核心，為各種系統(tǒng)業(yè)務應用提供基礎支撐，實現(xiàn)各業(yè)務信息共享、深度融合，并提供數(shù)據(jù)管理、3D 全景監(jiān)視、智能分析決策、智能控制、流程管理、其他系統(tǒng)通信接口、移動終端應用、安全管理等管理和應用服務。

供電運維管控歸屬于運營綜合管理，與地鐵公司的各種管理系統(tǒng)及平臺接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳，其關系如圖1 所示。供電運維管控平臺從綜合監(jiān)控或其他監(jiān)測系統(tǒng)接口獲取各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，從資產管理系統(tǒng)獲取設備臺賬信息，同時返送設備運維信息，將人員工作績效、安全活動記錄發(fā)送給人力資源系統(tǒng)，接受調度平臺統(tǒng)一的施工、調度及指揮管理，將重要信息及參數(shù)上傳至公司級全量數(shù)據(jù)庫及綜合信息管理平臺，在門戶網(wǎng)站、移動平臺等界面進行統(tǒng)一展示[5]。

2.2 多維數(shù)據(jù)監(jiān)測

大多數(shù)管理系統(tǒng)的最大問題就是缺乏全面的底層數(shù)據(jù)支持，所以做好全方位數(shù)據(jù)監(jiān)測是本系統(tǒng)實施的關鍵和基礎。在供電系統(tǒng)關鍵設備及運維現(xiàn)場，部署各種監(jiān)測裝置、智能傳感器、視頻設備等前端設備，從量測數(shù)據(jù)、狀態(tài)信號、在線監(jiān)測、視頻信息、檢修記錄、操作記錄、運行參數(shù)等不同角度，實現(xiàn)供電主設備的全方位采集監(jiān)測，各項監(jiān)測內容統(tǒng)計結果如表1 所示。

圖1 供電運維管控與其他綜合管理平臺的關系Fig. 1 Power supply operation and maintenance management and other integrated management platforms

表1 多維數(shù)據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計Tab. 1 Multidimensional data monitoring statistics

上述各種監(jiān)測方式在本系統(tǒng)中均有相對成熟的方案來實現(xiàn)，還增加了非同源設備狀態(tài)、視頻智能分析識別等創(chuàng)新功能。另外，在系統(tǒng)實際實施時，也可從其他既有系統(tǒng)通信接口獲取部分監(jiān)測數(shù)據(jù)，以節(jié)省投資成本。

2.3 智能決策控制

在全方位數(shù)據(jù)采集和全景監(jiān)視的基礎上，利用專家規(guī)則庫、大數(shù)據(jù)分析、深度自學等技術，結合供電系統(tǒng)運行理論知識，實現(xiàn)設備狀態(tài)趨勢分析、故障智能診斷、輔助決策、智能聯(lián)控、一鍵停送電等智能化應用，提高控制效率和安全性，為設備故障分析、檢修決策提供支撐。

2.4 設備運維管理

供電設備是運維的對象和主體，設備運維管理包括運行管理和檢修管理兩部分。

1) 運行管理：重點研究供電設備虛擬可視化巡檢等智能化巡檢技術，并實現(xiàn)供電系統(tǒng)主要設備和視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安防、消防、隧道、井蓋、門禁、應急搶險物資、輔助電源等供電輔助設備及設施的運行監(jiān)控，這是對主要供電設備監(jiān)測、運維安全保障的重要補充。

2) 檢修管理：包括檢修計劃、任務工單、兩票管理，人員及資質管理，工器具管理，備品備件及材料管理，以及標準修程、檢修作業(yè)指導、數(shù)據(jù)及舉證材料采集、進度控制、績效考核等內容，實現(xiàn)設備檢修全過程信息化和閉環(huán)管理。根據(jù)巡檢結果、運行記錄或智能診斷分析結果來發(fā)現(xiàn)設備缺陷或故障，完成缺陷管理和故障處理流程，實現(xiàn)運行和檢修的銜接。將所有的設備運行、巡檢、檢測、缺陷、故障、部件更換、檢修、設備報廢等記錄錄入設備運維臺賬，為實現(xiàn)設備全生命周期管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2.5 作業(yè)安全管控

安全是一切生產活動的前提，本系統(tǒng)采用各種邏輯控制、強制閉鎖、作業(yè)引導等技術手段和系列設備，實現(xiàn)對運維作業(yè)全過程的安全管控。

本系統(tǒng)通過建立檢修計劃、任務工單、工作票、操作票、檢修標準作業(yè)指導等模塊之間的邏輯關聯(lián)，保證計劃任務和現(xiàn)場作業(yè)的一致性；通過防誤鎖具、智能鎖具、隔離鎖具、門禁等閉鎖設備，對待操作設備、箱柜門、檢修邊界、區(qū)域進行強制閉鎖，通過電氣倒閘防誤閉鎖、接地管理、智能鎖具管理、檢修隔離管理等模塊及相應的智能手持終端，進行任務授權及解鎖操作，引導工作人員完成相應的操作，防止各種誤操作和誤入帶電區(qū)域，保證操作安全；通過視頻智能分析作業(yè)人員勞保穿戴和異常行為，通過安全資質檢測、權限驗證、智能式穿戴產品等技術手段來保證作業(yè)中的人員安全。

3 運維管控系統(tǒng)架構

城市軌道交通供電設備運維智能管控系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層構成，其系統(tǒng)架構如圖2 所示。系統(tǒng)通過保護測控裝置、在線監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備、作業(yè)安全管控設備等感知層設備，實現(xiàn)運維數(shù)據(jù)采集、安全作業(yè)、就地監(jiān)控及邊緣計算；通過多種有線和無線網(wǎng)絡的綜合應用，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯聚到智能管控平臺；通過大數(shù)據(jù)分析、深度學習等技術，實現(xiàn)運行監(jiān)測、輔助監(jiān)控、作業(yè)管理、設備管理、預知分析、移動應用等運維功能。

4 管控系統(tǒng)技術創(chuàng)新

4.1 系統(tǒng)3D 全景監(jiān)視

系統(tǒng)采用3D 全景監(jiān)視技術實現(xiàn)運行監(jiān)視。首先，對全線供電系統(tǒng)的建筑、場地、設備等進行精細化3D 建模，構建高精度、等比例的虛擬環(huán)境及設備；設備3D 模型完全仿真，具有與實際設備完全一致的人機面板信息和操作流程，可執(zhí)行板卡級裝卸，便于學習和維護。然后，在3D 模型中插入熱點，關聯(lián)到設備量測數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻畫面、巡檢記錄、運維記錄等相關信息，實現(xiàn)設備健康狀態(tài)多維度全景監(jiān)視。

圖2 軌道交通供電設備運維智能管控系統(tǒng)架構Fig. 2 System architecture of the smart operation and maintenance system for power supply in urban rail transit

4.2 視頻智能分析識別

將視頻監(jiān)控與供電運維狀態(tài)監(jiān)測、安全管控的需求相結合，對設備狀態(tài)、環(huán)境狀況和人員行為進行智能分析識別?？梢宰詣幼R別設備工況，獲取相應的狀態(tài)和數(shù)值，并轉換為標準數(shù)據(jù)格式上傳到系統(tǒng)后臺，取代現(xiàn)場部分監(jiān)測傳感器功能；可實現(xiàn)煙霧火災識別、物品遺留/丟失檢測、人臉識別、勞保著裝檢測、值班人員脫崗、人員越區(qū)/逗留/徘徊等異常行為監(jiān)測等多種安全管控功能，將傳統(tǒng)的被動運維方式變成智能、高效的主動運維方式[6]。

4.3 虛擬可視化巡檢

在3D 全景監(jiān)視、電子化巡檢、軌道機器人巡檢、視頻監(jiān)控的基礎上研究虛擬可視化巡檢技術，工作人員可在3D 場景根據(jù)既定巡檢路線完成實景漫游，各種設備參數(shù)、信號和視頻畫面自動展現(xiàn)，完成后自動生成巡檢報告，從而在電腦前就完成了整個巡檢過程。這給電氣設備巡檢提供了具有豐富環(huán)境及立體設備信息的可視化巡檢平臺，有效提高巡檢工作的高效性和數(shù)據(jù)準確性，節(jié)省巡檢成本[7]。

4.4 設備故障智能診斷

在管控平臺建立設備狀態(tài)趨勢分析和故障智能診斷模型(見圖3)，完成數(shù)據(jù)積累、融合和深度學習，跟蹤設備數(shù)據(jù)變化趨勢，對比主動預警策略庫，實現(xiàn)設備狀態(tài)趨勢分析、自動評價和智能預警；供電系統(tǒng)故障時，根據(jù)動作信號及其他監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合系統(tǒng)運行方式和專家規(guī)則庫，進行綜合判斷和智能分析，推導故障原因，參照故障處理策略庫，形成故障診斷及決策報告，指導故障快速處理，提高故障處理的準確性和時效性[8]。

圖3 設備狀態(tài)趨勢分析和故障智能診斷模型Fig. 3 Equipment status trend analysis and fault intelligent diagnosis model

4.5 檢修計劃動態(tài)管理

傳統(tǒng)的檢修計劃管理依靠調度人員手動推算編制、人工流轉和紙質記錄，效率不高，尤其在出現(xiàn)臨時檢修、行政指令等意外情況時，往往會打亂原來計劃，更缺乏完整的跟蹤管理。本系統(tǒng)研究基于動態(tài)規(guī)劃的檢修計劃管理技術，根據(jù)檢修周期、設備狀態(tài)、運維記錄、臨時檢修計劃等條件，動態(tài)生成并更新檢修計劃，按年度自動滾動生成后續(xù)周期性計劃，在后續(xù)實施過程中實現(xiàn)自動提醒、工單生成、現(xiàn)場作業(yè)進度控制、數(shù)據(jù)錄入、績效統(tǒng)計等完整的業(yè)務流程控制。完全實現(xiàn)信息化管理，可解決傳統(tǒng)模式的各種問題，有利于提高供電運維管理效率和信息化水平。

4.6 非同源設備狀態(tài)采集

斷路器、隔離刀閘通常通過輔助節(jié)點獲取分、合位置狀態(tài)，而本系統(tǒng)采用完全不同的原理及技術，實現(xiàn)斷路器、隔離刀閘的第二套位置采集方案，即非同源設備狀態(tài)采集[9]。在系統(tǒng)進行智能程序化控制時，將兩種方式獲取的設備位置進行邏輯比較，僅兩者狀態(tài)一致時才認為設備確已變位，方能判定操作成功，從而有效保證了智能控制的安全性和準確性。

4.7 一鍵停送電智能操作

地鐵檢修只能在晚上停運的短短幾個小時內實施，還要進行停送電、安全措施部署等作業(yè)準備工作，所以有效檢修的時間更少。隨著近幾年可視化接地技術的普及應用，全線電氣設備已全部具備遙控操作條件，壓板、空開等二次設備也可實現(xiàn)遠程控制，實現(xiàn)了全線供電倒閘操作的智能程序化控制，大大縮短了停送電及安全措施部署時間，為地鐵檢修提供了更多有效作業(yè)時間。

本系統(tǒng)研究一鍵停送電智能操作技術，包括操作票預制、操作任務生成、設備狀態(tài)自動判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動、操作過程自動執(zhí)行、順序控制、并行接地等內容，一鍵即可自動完成全線停送電及安全措施部署，采用非同源設備狀態(tài)、雙因子權限驗證、操作前后條件判斷、獨立防誤校驗、聯(lián)動視頻監(jiān)視等技術，保證一鍵操作的安全性[10]，其操作流程如圖4 所示。

圖4 供電倒閘一鍵停送電智能操作流程Fig. 4 Intelligent operation process of one-button power outage or power transmission

4.8 供電運維智能聯(lián)控

系統(tǒng)充分發(fā)揮了管控平臺資源共享、深度融合的優(yōu)勢，實現(xiàn)了供電運維多種智能聯(lián)控功能。當某個點出現(xiàn)報警或異常時，聯(lián)動控制其他相關模塊或子系統(tǒng)，自動跟蹤、快速應對，提高了供電系統(tǒng)運維的安全性和應急管理水平。智能聯(lián)控實現(xiàn)的功能很多，如：操作、告警、環(huán)境異常聯(lián)動視頻監(jiān)視及錄像，現(xiàn)場溫度、氣體監(jiān)測、水位異常自動啟動空調控制、通風、排水，消防報警自動啟動滅火裝置、解除門禁、報警信息移動終端自動推送，等等。

5 結語

國內城市軌道交通目前處于高速發(fā)展時期，傳統(tǒng)人工運維方式已不能滿足日益發(fā)展的軌道交通運維需求，預知性維修是未來主流維修模式。城市軌道交通供電運維智能管控系統(tǒng)符合國家和行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，創(chuàng)新性地應用智能傳感、大數(shù)據(jù)、軟件集成、人工智能、視頻分析、虛擬現(xiàn)實等前沿技術，在保證運維作業(yè)安全的前提下，為城市軌道交通運營單位帶來顯著的經濟效益和工作效率的提升，具有廣闊的市場前景。