宋小鵬

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100036）

0 引 言

《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中指出智慧城軌藍(lán)圖根據(jù)“1-8-1-1”的布局結(jié)構(gòu)鋪畫，即繪制智能城市軌道交通的發(fā)展藍(lán)圖，建立智能客運(yùn)服務(wù)、智能交通機(jī)構(gòu)、智能能源系統(tǒng)、智能列車運(yùn)營(yíng)、智能技術(shù)與設(shè)備、智能基礎(chǔ)設(shè)備、智能運(yùn)維安全以及智能網(wǎng)絡(luò)管理等8個(gè)系統(tǒng)，建設(shè)城市軌道云和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，擬定整套屬于我國(guó)的智能城市軌道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)[1]。在8大系統(tǒng)中，智能運(yùn)維保障系統(tǒng)的建立目標(biāo)是在保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定的同時(shí)，平穩(wěn)提高運(yùn)維智能化和安全化運(yùn)行的水平。一是需建設(shè)信號(hào)系統(tǒng)自身的智能運(yùn)維體系；二是建立與智能調(diào)度系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行保障體系，通過(guò)資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、完善配置、精確調(diào)度以及協(xié)同運(yùn)行提高城市軌道交通的運(yùn)行效率與安全控制水平；三是開(kāi)發(fā)互聯(lián)智能運(yùn)維分析決策體系，將設(shè)備故障預(yù)估和健康管理相結(jié)合，完成設(shè)備全壽命周期管理，提高設(shè)備安全運(yùn)行能力。

1 信號(hào)運(yùn)維難點(diǎn)分析

大型城市軌道交通建設(shè)具備網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，即線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景復(fù)雜、客流特征復(fù)雜、運(yùn)行交路復(fù)雜、客流短時(shí)沖擊強(qiáng)以及設(shè)備服役負(fù)荷強(qiáng)等，由此帶來(lái)超高的需求，體現(xiàn)在安全保障要求高、乘客服務(wù)需求高以及企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本高。上述特點(diǎn)為城市軌道交通的進(jìn)一步高質(zhì)量發(fā)展帶來(lái)諸多難題，具體如下。

1.1 安全管控閉環(huán)難

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下，地鐵系統(tǒng)存在巨量設(shè)備設(shè)施、客流密度大、隨機(jī)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)因素耦合關(guān)系以及豐富的風(fēng)險(xiǎn)傳播途徑等問(wèn)題，造成風(fēng)險(xiǎn)因素的早期感知、提前辨別、預(yù)測(cè)和警示能力不夠。特殊情況依靠被動(dòng)報(bào)告，主動(dòng)防御控制能力還需進(jìn)一步提高，運(yùn)行安全“知-辨-治-控-救”的閉環(huán)管理模式很難達(dá)到，易形成“小故障、大影響”的局面。

1.2 系統(tǒng)運(yùn)維協(xié)同難

由于傳統(tǒng)線路“一線一中心”的設(shè)計(jì)建設(shè)模式，不同專業(yè)系統(tǒng)的煙囪式分散建立，信號(hào)系統(tǒng)自身故障信息封閉，信息傳輸依賴于人工操作，對(duì)于故障下整體運(yùn)營(yíng)和綜合調(diào)度所產(chǎn)生的影響，缺乏自主分析和處理，不便于整體軌道交通的順利安全運(yùn)營(yíng)[2]。

1.3 巨型系統(tǒng)維護(hù)難

在運(yùn)營(yíng)和維護(hù)方面，地鐵擁有大量的設(shè)備和設(shè)施，在狀況檢驗(yàn)、維修處理等方面仍然主要依靠人工作業(yè)，智能化程度較低，缺乏對(duì)維修數(shù)據(jù)的深度挖掘及分析能力，難以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的預(yù)測(cè)預(yù)警和全壽命周期維修策略的優(yōu)化。維修模式仍以“故障修+計(jì)劃修”為主，且設(shè)備運(yùn)維與資產(chǎn)管理聯(lián)動(dòng)不足，資產(chǎn)價(jià)值屬性與物理屬性不一致，難以支撐資產(chǎn)管理。上述問(wèn)題導(dǎo)致企業(yè)維修成本較高、維修資源共享低、維修資產(chǎn)與需求無(wú)聯(lián)動(dòng)、維修模式難以由“周期修”和“故障修”向“網(wǎng)絡(luò)化集約化狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變。

1.4 可視界面統(tǒng)一難

功能和模式分散、標(biāo)準(zhǔn)不同，這些都是維修工作人員對(duì)系統(tǒng)實(shí)行維修時(shí)重要的不利因素。各個(gè)廠家供應(yīng)的維修系統(tǒng)在功能、人機(jī)界面、操作方式等方面不能夠兼容，這就為運(yùn)行部門的設(shè)施維修以及對(duì)工作人員的分工和培訓(xùn)造成了一定的阻礙。

2 信號(hào)智能運(yùn)維功能規(guī)劃

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的發(fā)展模式，將新一代發(fā)展思想理念和智慧技術(shù)引入地鐵，構(gòu)建信號(hào)智能運(yùn)維體系。智能化運(yùn)維是實(shí)現(xiàn)智能地鐵的關(guān)鍵，以預(yù)測(cè)與健康管理（Prognostic and Health Management，PHM）等技術(shù)為基礎(chǔ)，完成地鐵設(shè)備設(shè)施的自我感知、自我診斷及自我決策，準(zhǔn)確、精細(xì)、精準(zhǔn)地掌控狀態(tài)惡化機(jī)理和演化規(guī)律，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)掌控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、維護(hù)評(píng)估與資產(chǎn)控制的封閉鏈，在整個(gè)生命周期內(nèi)維持可靠性，并減少運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本[3-6]。智能化運(yùn)維的關(guān)鍵性能包括智能傳感診斷、智能分析預(yù)警、智能運(yùn)維操作以及智能資產(chǎn)聯(lián)動(dòng)，完成維護(hù)管理從經(jīng)驗(yàn)支持向數(shù)據(jù)支持的轉(zhuǎn)化，維修模式從“故障維修”、“計(jì)劃維修”轉(zhuǎn)為“狀態(tài)維修”、“預(yù)測(cè)修”，形成軌道交通網(wǎng)絡(luò)集約維護(hù)新模式。

2.1 智能感知診斷

智能感知診斷通過(guò)視頻分析、圖像智能識(shí)別、邊緣計(jì)算等技術(shù)對(duì)設(shè)備服役數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，包含運(yùn)行健康感知、身份感知、位置感知以及運(yùn)行環(huán)境感知等。在此基礎(chǔ)上，自動(dòng)辨識(shí)評(píng)價(jià)設(shè)備設(shè)施健康狀態(tài)、主動(dòng)診斷報(bào)警設(shè)備設(shè)施的故障病害，并通過(guò)建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，BIM）技術(shù)等實(shí)現(xiàn)可視化管理與狀態(tài)的可視化查看，及時(shí)了解設(shè)施的健康狀況，為智能維護(hù)奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2 智能分析預(yù)警

智能分析警告是基于感知和診斷信息的深度發(fā)現(xiàn)，從故障數(shù)量、位置、頻次等維度分析狀態(tài)演化機(jī)理與規(guī)律，將設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)與行車數(shù)據(jù)、客流數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及不同設(shè)備設(shè)施狀態(tài)間數(shù)據(jù)等進(jìn)行多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，分析劣化趨勢(shì)、預(yù)測(cè)健康狀態(tài)、評(píng)估使用壽命、辨識(shí)與預(yù)警安全風(fēng)險(xiǎn)并建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)維修策略、維修計(jì)劃等進(jìn)行智能編制與優(yōu)化，掌握設(shè)備設(shè)施劣化機(jī)理與規(guī)律，分析故障原因，提高維修決策水平，為預(yù)防性維修作業(yè)提供參考。

2.3 智慧維修作業(yè)

智慧維修評(píng)價(jià)基于設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、健康狀態(tài)分析預(yù)警數(shù)據(jù)以及維修決策數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一鍵故障報(bào)修、電子作業(yè)派發(fā)、維修資源綜合配置優(yōu)化以及遠(yuǎn)程維修處置與監(jiān)視等功能，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維的物料管理、工單管理、故障代碼管理、設(shè)備履歷管理、人員崗位管理以及工藝標(biāo)準(zhǔn)管理等，提高運(yùn)維效率和質(zhì)量。維修作業(yè)完成后，管理人員可根據(jù)作業(yè)后的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行跟蹤與評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制管理[7-10]。

2.4 智能資產(chǎn)聯(lián)動(dòng)

智能資產(chǎn)聯(lián)動(dòng)統(tǒng)一材料、設(shè)備的粒度和資產(chǎn)管理，建立相應(yīng)的編碼，有效支撐物資的采購(gòu)、訂單管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、供應(yīng)商管理、物料管理以及需求領(lǐng)用管理，高效支持資產(chǎn)在整個(gè)生命周期內(nèi)的購(gòu)買、使用、庫(kù)存、折舊、報(bào)廢以及更新改造等精細(xì)化管理需求，實(shí)現(xiàn)零部件智能化跟蹤優(yōu)化、資產(chǎn)革新改良措施智能化編制與完善等，為企業(yè)資產(chǎn)保值、增值創(chuàng)造條件。

3 信號(hào)智能運(yùn)維平臺(tái)架構(gòu)

3.1 線網(wǎng)級(jí)

信號(hào)在線監(jiān)測(cè)包括運(yùn)維保障一體化綜合管理、車載運(yùn)維數(shù)據(jù)分析診斷、道岔健康監(jiān)測(cè)管理以及關(guān)鍵設(shè)備和接口的檢測(cè)（例如ATP/ATO設(shè)備（圖1、圖2）、ATS設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、測(cè)速儀等）。通過(guò)開(kāi)展關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析，挖掘設(shè)備隱患，評(píng)估系統(tǒng)可靠性，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警和應(yīng)急處理，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)維綜合管理一體化，降低運(yùn)行和維護(hù)成本，提升設(shè)備可靠性。

圖1 ATO設(shè)備

圖2 ATP結(jié)構(gòu)

在云端配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，包括各線路信號(hào)狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬量數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)等。在云端配置應(yīng)用服務(wù)器，用于承擔(dān)線網(wǎng)核心數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)。在云端配置線路接口服務(wù)器，用于與信號(hào)相關(guān)子系統(tǒng)、站機(jī)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)接口對(duì)接，承擔(dān)線路數(shù)據(jù)預(yù)處理等相關(guān)業(yè)務(wù)。配置一臺(tái)線網(wǎng)級(jí)運(yùn)維保障操作終端，為用戶提供線網(wǎng)級(jí)交互終端，用于人機(jī)交互。此外，為滿足信息安全等級(jí)保護(hù)的要求，配置相應(yīng)防火墻。

3.2 線路級(jí)

在設(shè)備集中站、車輛段/停車場(chǎng)設(shè)置智能運(yùn)維站機(jī)系統(tǒng)，與道岔缺口監(jiān)測(cè)、電源屏、計(jì)軸、全電子聯(lián)鎖、微機(jī)監(jiān)測(cè)以及視頻監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，以獲取所需數(shù)據(jù)。在控制中心設(shè)置線路服務(wù)器，與控制中心電源屏接口進(jìn)行連接，獲取控制中心電源屏數(shù)據(jù)；與控制中心網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)接口進(jìn)行連接，獲取控制中心視頻錄像數(shù)據(jù)；與控制中心環(huán)境監(jiān)測(cè)接口進(jìn)行連接，獲取控制中心環(huán)境數(shù)據(jù)。通過(guò)線路服務(wù)器對(duì)本線路所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并通過(guò)防火墻與線網(wǎng)信號(hào)智能運(yùn)維平臺(tái)進(jìn)行連接，上傳平臺(tái)所需的線路運(yùn)維數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 論

利用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)對(duì)線網(wǎng)進(jìn)行智能運(yùn)維控制是城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)，這一運(yùn)維模式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)備人工控制的不足，在運(yùn)行模式上實(shí)現(xiàn)了較大的突破。實(shí)踐證明，通過(guò)該方式對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，能夠自動(dòng)檢測(cè)該設(shè)備出現(xiàn)故障的具體位置，既提高了精確度，又提升了運(yùn)維效率。由此可知，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)全新的發(fā)展。