城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)探索與分析

劉艷玲

摘 要：隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，安全高效網(wǎng)絡(luò)化的城市軌道交通運營需求日益增長。針對城市軌道交通車輛實際運營需求， 搭建智能運維系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展方向，以期為城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的發(fā)展提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;智能交通;車輛運維系統(tǒng)

1 智能運維系統(tǒng)概述

車輛智能檢修系統(tǒng)可對城市軌道交通車輛的車底、車側(cè)、車體外觀以及輪對狀態(tài)進行智能檢測;車廠智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)用于智能管理車輛狀態(tài)，智能排布運營日計劃，實現(xiàn)設(shè)備的自動定位以及對施工工單進行智能沖突檢測;車輛智能專家診斷系統(tǒng)運用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)手段及模糊邏輯等推理算法，對車輛運行狀態(tài)進行監(jiān)測和故障預(yù)測，評估車輛健康狀態(tài)，并結(jié)合維修基地的維修資源情況，給出合適的維修決策，以實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和部件的預(yù)測性維修，保證車輛高質(zhì)量的運營。

2 基于大數(shù)據(jù)的信息化技術(shù)應(yīng)用思路

2.1 總體應(yīng)用思路

大數(shù)據(jù)是泛指規(guī)模巨大，在采集、存儲、分析、挖掘、管理方面遠遠超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等能力范圍的數(shù)據(jù)集合，其關(guān)鍵意義就是對數(shù)據(jù)的專業(yè)化處理?，F(xiàn)階段大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)在軌道交通運營維護方面的應(yīng)用有物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能支付、GIS和BIM等，基本應(yīng)用思路主要是在總體設(shè)計上遵循數(shù)據(jù)獲取、存儲、處理、分析及應(yīng)用的邏輯順序，在應(yīng)用框架上可以分為數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層、管理層、決策層和應(yīng)用層等。其邏輯思路能夠概括為以下兩種：第一種思路為從底向上，首先從采集數(shù)據(jù)源出發(fā)，利用智能化的數(shù)據(jù)采集設(shè)備實現(xiàn)運維工作的數(shù)據(jù)化，而后建立規(guī)模龐大并不斷更新的數(shù)據(jù)庫資源，最后在各種設(shè)備的維保業(yè)務(wù)中將數(shù)據(jù)加以應(yīng)用。這一思路具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為明確、系統(tǒng)性好、完整性強的優(yōu)點，有利于維保數(shù)據(jù)的共享和調(diào)用。具體應(yīng)用實例有京投公司的北京軌道交通資產(chǎn)管理系統(tǒng)、京港地鐵的運營資產(chǎn)全生命周期管理理念等。第二種思路為從頂向下，主要利用數(shù)據(jù)相關(guān)性來決策實際問題和相應(yīng)的管理需求，根據(jù)不同的運維業(yè)務(wù)和運維場景，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)化立體模型，最終形成包含各類維護信息的數(shù)據(jù)資源。具有目標(biāo)較為明確、能夠以需求為導(dǎo)向的特點，并能很快體現(xiàn)出信息化應(yīng)用對維保業(yè)務(wù)和管理決策的支持作用。

2.2 應(yīng)用架構(gòu)

對于設(shè)備運維信息化應(yīng)用思路，其應(yīng)用原則具有一致性，也就是首先獲取數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)的處理分析，最后進行應(yīng)用。根據(jù)這一邏輯關(guān)系構(gòu)建出基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層的三層架構(gòu)體系。其中，基礎(chǔ)層主要負責(zé)數(shù)據(jù)獲取和存儲，具體可以分為底層硬件基礎(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)環(huán)境以及數(shù)據(jù)源采集。通過搭建智能監(jiān)測設(shè)備、智能采集設(shè)備、低容量存儲設(shè)備、低能耗網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備等硬件基礎(chǔ)體系以保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境的安全性等。并能利用各種平臺將基礎(chǔ)信息、維修記錄、故障數(shù)據(jù)等錄入系統(tǒng)。數(shù)據(jù)層分為數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)更新三部分，能夠?qū)⒒A(chǔ)層獲得的全部信息進行集中，將數(shù)據(jù)分類、轉(zhuǎn)換格式，并整理非結(jié)構(gòu)化與半結(jié)構(gòu)化，而后根據(jù)運維場景分類，對不同場景下的數(shù)據(jù)進行應(yīng)用性分析、經(jīng)濟性分析、數(shù)據(jù)化分析等，主要包括設(shè)備健康曲線、故障曲線、趨勢圖、等方面，最后根據(jù)時間順序?qū)?shù)據(jù)進行迭代更新并多備份存儲。應(yīng)用層從頂向下可以分為數(shù)據(jù)決策層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)接口層四個層級，數(shù)據(jù)決策層主要提供企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略、績效成本等。數(shù)據(jù)管理層主要包括資產(chǎn)管理和人力資源管理，能夠管理資產(chǎn)的核算、更新、改造、報廢，人員的考勤、排班和資質(zhì)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層主要包括設(shè)備管理、作業(yè)管理、維修計劃、標(biāo)準(zhǔn)管理、物資管理等方面，各個業(yè)務(wù)部門可以根據(jù)以上內(nèi)容開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)及平臺。數(shù)據(jù)接口層預(yù)留了設(shè)施設(shè)備運維管理與列車實時監(jiān)控、客運組織、應(yīng)急防災(zāi)決策、信息發(fā)布等應(yīng)用的接口，以便于數(shù)據(jù)資源的共享，以及促進不同業(yè)務(wù)和專業(yè)的信息交流。

3 城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)應(yīng)用展望

3.1 確定關(guān)鍵部件健康管理特征量

根據(jù)關(guān)鍵部件的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)及經(jīng)驗，確定關(guān)鍵部件健康管理的特征量。一般地，若一個狀態(tài)監(jiān)測量與該部件物理失效機理直接相關(guān)，則以該狀態(tài)監(jiān)測量作為該關(guān)鍵部件的健康管理特征量;若該關(guān)鍵部件過于復(fù)雜，無法或很難測定與部件失效機理直接相關(guān)的物理量，則可通過對多種狀態(tài)監(jiān)測量融合來建立該部件的虛擬健康管理特征量。通過在城市軌道交通車輛關(guān)鍵部件加裝多種微型復(fù)合傳感器，如溫度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器等獲取實時數(shù)據(jù)，在傳感器采集到數(shù)據(jù)后傳到隨車的數(shù)據(jù)中心，隨車數(shù)據(jù)中心利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)融合算法對數(shù)據(jù)預(yù)處理，簡化后續(xù)數(shù)據(jù)處理難度，隨后通過車地通信系統(tǒng)將預(yù)處理后的關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸給地面數(shù)據(jù)處理中心;地面數(shù)據(jù)處理中心利用數(shù)據(jù)融合算法提取數(shù)據(jù)特征，通過對特征提取后的數(shù)據(jù)進一步分析實現(xiàn)對各關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測，并將這一數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，與此同時，對特征提取后的數(shù)據(jù)利用人工智能判斷其是否出現(xiàn)故障，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及產(chǎn)品參數(shù)模型等預(yù)測故障的部位、類型等，隨后系統(tǒng)內(nèi)部及時修訂維修計劃，調(diào)配備品備件及相關(guān)人員對故障車輛保障維修;若系統(tǒng)控制中心判斷未出現(xiàn)故障情況，則系統(tǒng)進入下一個循環(huán)。

3.2 確定安裝傳感器的種類和位置

根據(jù)已確定的關(guān)鍵部件健康管理特征量來確定應(yīng)布置在各關(guān)鍵部件的傳感器種類及位置。作為承擔(dān)城市公共交通主干運輸?shù)某鞘熊壍澜煌ㄜ囕v，其對安全性要求苛刻，這導(dǎo)致傳感器安裝位置要求隨之提高。例如，對于車輛轉(zhuǎn)向架，城市軌道交通車輛生產(chǎn)商多要求不能隨意鉆孔，以保證其安全性能，故安裝在轉(zhuǎn)向架的傳感器多采用強力膠貼在構(gòu)架上。其次，車上監(jiān)測系統(tǒng)布置需考慮車輛實際運行環(huán)境，不能出現(xiàn)脫落等現(xiàn)象影響車輛運行。最后，應(yīng)考慮各關(guān)鍵部件實際工作環(huán)境，選擇與之相應(yīng)的經(jīng)濟方案。

3.3 確定數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳輸方式分為兩類，一類為車上監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸方式，一類為車地間數(shù)據(jù)傳輸方式。對于車上檢測系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸方式，可選擇采用新增以太網(wǎng)的方式，將加裝的數(shù)據(jù)與車上原有網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對接，實現(xiàn)車輛在線故障預(yù)警和智能診斷。對于車地間數(shù)據(jù)傳輸，可通過車輛離線后人工數(shù)據(jù)下載、無線通信數(shù)據(jù)傳輸或軌旁電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)确绞綄㈩A(yù)處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心。建議對于關(guān)鍵部件的關(guān)鍵特征量，利用5G通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸;對于數(shù)據(jù)量較大的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其相關(guān)的環(huán)境參數(shù)可通過車輛離線后人工數(shù)據(jù)下載的方法傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心。在前述步驟完成的前提下，建議建立地面數(shù)據(jù)處理中心。該中心為城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的核心，可對傳輸?shù)皆撝行牡臄?shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)處理，開展數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘和深度學(xué)習(xí)等工作，是實現(xiàn)關(guān)鍵部件健康管理的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

城市軌道交通在帶給城市諸多效益的同時，圍繞著建設(shè)安全可靠、高效集約、網(wǎng)絡(luò)化的城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，也使得城市軌道交通的建設(shè)與運營部門面臨著巨大挑戰(zhàn)，滿足環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的同時提升城市軌道交通設(shè)備智能化管理水平，越來越成為研究的熱點。

參考文獻

[1]李聰.地鐵信號系統(tǒng)智能運維方案設(shè)計[J].鐵道通信信號，2019，55（02）：86-90.