城軌智能運(yùn)維APP設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法

賴凱，江現(xiàn)昌，楊旭生，譚軍祥

（1.南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，江西 南昌 330072；2.株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲412000）

0 引言

據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到2017年末，中國(guó)大陸地區(qū)共34個(gè)城市開(kāi)通了城市軌道交通運(yùn)營(yíng)，共計(jì)165條線路，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度達(dá)到5033公里。但據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年共發(fā)生5分鐘及以上延誤事件1749次，平均5分鐘及以上延誤率0.018次/百萬(wàn)車公里，列車退出正線故障共計(jì)8027次，平均退出正線運(yùn)營(yíng)故障率0.025次/萬(wàn)車公里。可見(jiàn)如何保證城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性、可靠性、提高故障響應(yīng)和處置的效率是一項(xiàng)艱巨而重要的任務(wù)。

目前軌道交通列車的故障診斷、處置和響應(yīng)措施在很大程度上還依賴于簡(jiǎn)單的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交互。大部分系統(tǒng)故障的處理依賴于車輛回庫(kù)后進(jìn)行離線的數(shù)據(jù)下載和分析，在時(shí)間響應(yīng)效率方面存在嚴(yán)重的滯后性，在數(shù)據(jù)完整性方面也存在紕漏。另外，這些分析大多是依賴于對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行初步分析和可視化呈現(xiàn)，缺少對(duì)整車邏輯的梳理和對(duì)系統(tǒng)、部件級(jí)故障的診斷和預(yù)測(cè)能力以及故障發(fā)生后的分級(jí)響應(yīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

基于上述軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，以南昌市地鐵1號(hào)線為研究對(duì)象，借鑒項(xiàng)目開(kāi)發(fā)單位的關(guān)于列車健康管理和搶險(xiǎn)救援技術(shù)及工程經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展城軌智能運(yùn)維APP設(shè)計(jì)研究，將能夠?yàn)?號(hào)地鐵運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供解決方案和技術(shù)支持，為地鐵安全運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)保障。

1 概述

1.1 城軌智能運(yùn)維APP

城軌智能運(yùn)維APP基于車載網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)列車控制與智能信息網(wǎng)與車載數(shù)據(jù)處理中心通信，實(shí)現(xiàn)車載與地面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互，實(shí)現(xiàn)車載各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)算法的靈活調(diào)用，在實(shí)現(xiàn)整車數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，新增了故障聯(lián)合分析、基于故障樹的故障診斷以及基于數(shù)據(jù)模型的故障診斷、實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)響應(yīng)和基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的故障分級(jí)應(yīng)急指揮響應(yīng)系統(tǒng)，系統(tǒng)以信息技術(shù)為技術(shù)手段，對(duì)列車各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)、分析，實(shí)現(xiàn)車輛的在線監(jiān)測(cè)、故障診斷、應(yīng)急響應(yīng)等功能[1-2]。

1.2 設(shè)計(jì)目地

城軌智能運(yùn)維APP主要實(shí)現(xiàn)以下目地：（1）實(shí)現(xiàn)線路車輛在線監(jiān)測(cè)，為日常的維護(hù)提供車輛狀態(tài)信息（2）實(shí)現(xiàn)車輛故障診斷，APP運(yùn)行時(shí)能實(shí)時(shí)接收故障信息，提高故障應(yīng)急處置的效率（3）實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)，掌握需要處置的應(yīng)急事件，包括事件基本信息、事件處置剩余時(shí)間、事件參考處置步驟、當(dāng)前司機(jī)臺(tái)控制按鈕信信號(hào)，并提供快速處置操作功能，指導(dǎo)司機(jī)快速故障應(yīng)急處置。（4）實(shí)現(xiàn)主要部件的健康管理，包括牽引變流器，制動(dòng)系統(tǒng)等。

2 城軌智能運(yùn)維APP設(shè)計(jì)原則

（1）實(shí)時(shí)性。APP應(yīng)保證在線車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，即能夠正確提供實(shí)時(shí)的車輛列車運(yùn)行工況，確保能為決策者提供的正確，實(shí)時(shí)信息。

（2）安全性。APP應(yīng)能通過(guò)安全保護(hù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶的安全保障，制定嚴(yán)格的安全可靠性管理措施。

（3）高效性。APP應(yīng)能提供高效的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，為司機(jī)、調(diào)度、技術(shù)人員、管理人員各級(jí)人員決策提供應(yīng)急參考信息，完成列車故障和非列車故障導(dǎo)致的緊急事件的應(yīng)急響應(yīng)和處置流程智能化[3]，見(jiàn)圖1。

3 城軌智能運(yùn)維APP功能設(shè)計(jì)

3.1 在線監(jiān)測(cè)

列車控制由列車通信網(wǎng)絡(luò)和列車硬線聯(lián)合完成，優(yōu)先采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，列車級(jí)總線和車輛級(jí)總線均采用雙通道冗余的EMD通信介質(zhì)的MVB多功能車輛總線。負(fù)責(zé)將車載設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換接入MVB網(wǎng)絡(luò)。MVB通信接口采用MVB專用總線接連器，列車通過(guò)總線連接器或I/O接口等與各子設(shè)備相連，傳遞控制數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)，控制各子系統(tǒng)完成相應(yīng)功能。

實(shí)時(shí)監(jiān)視功能覆蓋了列車的各大系統(tǒng)，對(duì)在線列車的關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視，如牽引系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、空氣制動(dòng)系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等，地面人員可實(shí)時(shí)掌握列車運(yùn)行工況。地面展示數(shù)據(jù)包括：列車的在線診斷狀態(tài)MVB總線上所有子系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、子系統(tǒng)故障報(bào)警[3-4]。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包部分包含MVB上所有實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)，覆蓋地鐵列車DCU、BCU、SIV、EDCU、ATC、PIS、HAVC等所有子系統(tǒng)。

支持以下采集方式：

圖1 APP總體結(jié)構(gòu)Fig.1 APP overall structure

（1）定時(shí)傳輸由時(shí)間觸發(fā)，傳輸周期可設(shè)置，傳輸內(nèi)容包括關(guān)鍵的列車狀態(tài)信息與基本信息，包括列車速度、工況、列車位置、列車號(hào)、車次等信息；

（2）故障信息傳輸由故障事件觸發(fā)，傳輸?shù)膬?nèi)容應(yīng)包括列車故障和相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)；

（3）數(shù)據(jù)點(diǎn)播傳輸由地面遠(yuǎn)程觸發(fā)，根據(jù)地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)的指令傳輸相應(yīng)類型的列車數(shù)據(jù)；

（4）事件觸發(fā)方式，事件發(fā)生時(shí)，傳輸?shù)膬?nèi)容應(yīng)包括事件的相關(guān)信息、關(guān)鍵的列車狀態(tài)信息與基本信息，包括列車速度、工況、列車位置、列車號(hào)、車次等信息。

3.2 故障診斷

城軌智能運(yùn)維系統(tǒng)具有故障診斷，故障信息能通過(guò)列車網(wǎng)絡(luò)控制MVB將故障信息發(fā)送給車載云平臺(tái)主機(jī)，主機(jī)安裝于地鐵列車TC1車、TC2車，采用天線利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面系統(tǒng)服務(wù)器，地面系統(tǒng)服務(wù)器利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至手機(jī)APP[5-6]。

利用對(duì)系統(tǒng)診斷的成果，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，計(jì)算各個(gè)列車的實(shí)時(shí)狀態(tài)，判斷列車當(dāng)前狀態(tài)是否正常，當(dāng)列車出現(xiàn)停車、故障等狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，提供分析結(jié)果展示和推薦處置方案。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖Fig.2 System data flow chart

選擇故障點(diǎn)后，基于故障樹、診斷算法進(jìn)行故障分析與診斷，實(shí)現(xiàn)故障原因的快速定位。根據(jù)診斷結(jié)果，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)提供故障處置意見(jiàn)，并在列車原理圖中標(biāo)注故障發(fā)生位置，提高故障處理效率。同時(shí)可查看該類故障的歷史反饋結(jié)果，提供參考。故障處置完成后，進(jìn)行情況反饋，實(shí)現(xiàn)處置閉環(huán)[7]。

3.3 應(yīng)急響應(yīng)

應(yīng)急響應(yīng)模塊將車載數(shù)據(jù)處理中心下發(fā)的應(yīng)急響應(yīng)事件報(bào)文下發(fā)至地面應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行展示，包括事件基本信息、事件處置剩余時(shí)間、事件參考處置步驟、當(dāng)前司機(jī)臺(tái)控制按鈕信信號(hào)，并提供快速處置操作功能。

司機(jī)、調(diào)度、技術(shù)人員、管理各級(jí)人員可在手機(jī)APP等終端設(shè)備查看到應(yīng)急響應(yīng)事件的詳細(xì)信息，并協(xié)助指導(dǎo)應(yīng)急處置時(shí)司機(jī)動(dòng)作、車輛狀態(tài)，評(píng)估應(yīng)急處置效率。

應(yīng)急響應(yīng)輔助各級(jí)人員在處置應(yīng)急事件時(shí)做出高效正確的決策，實(shí)現(xiàn)列車分級(jí)應(yīng)急指揮聯(lián)動(dòng)，為司機(jī)、調(diào)度、技術(shù)人員、管理人員各級(jí)人員決策提供應(yīng)急參考信息，完成列車故障和非列車故障導(dǎo)致的緊急事件的應(yīng)急響應(yīng)和處置流程智能化[8]。

4 結(jié)論

城軌智能運(yùn)維APP的實(shí)現(xiàn)構(gòu)建車輛故障診斷和應(yīng)急響應(yīng)的云端解決方案，提高了地鐵列車的故障處置速度、提升響應(yīng)能力、降低因故障和外部因素導(dǎo)致的非正常停車和清客救援事故發(fā)生概率，同時(shí)具有工程推廣價(jià)值[9]。