虛擬軌道列車智能運維平臺設(shè)計

中車長春軌道客車股份有限公司 吳洪霞 石海明

隨著城市人口的增加、交通壓力的上升，虛擬軌道列車成為了緩解城市交通壓力的新嘗試。虛擬軌道列車是以地面虛擬軌道為導(dǎo)向運行的公路列車，因其軌道不是傳統(tǒng)鋼軌而是采用特殊材料在地面上鋪設(shè)的感應(yīng)標(biāo)識而得名。虛擬軌道列車屬于新型城市軌道交通工具，集合了公共汽車、有軌電車和輕動車組的部分特點，是汽車、列車和火車的特殊融合物。目前我國在軌道交通技術(shù)行業(yè)中列車的運營維護(hù)往往還在采用傳統(tǒng)的、獨立的運維方式。

傳統(tǒng)的運維方式是主要包括對列車的維修采用故障修和定期檢修的方式。故障修是指在列車發(fā)生故障后再針對故障發(fā)生的地方進(jìn)行針對性的專項維修，但是對列車故障產(chǎn)生的影響卻是不可知、不可控的，甚至可能產(chǎn)生車毀人亡等重大事故。定期檢修是根據(jù)預(yù)先制定的維修計劃進(jìn)行定期檢查維修，可以提前發(fā)現(xiàn)列車的安全隱患，及時排除危險，但是這種的維修方式需要進(jìn)行無差別的全面檢查，造成工作量與成本的大幅度提升。

獨立的運維方式是指在列車的運維中，不同的公司，工段甚至零部件之間的維修往往是相互獨立的，但是列車包括線路卻是一個耦合的整體，某個零部件的異?？赡茉谄渌悴考嫌懈嗟谋碚?。并且不同公司維修的經(jīng)驗與技術(shù)往往是獨立的，這需要一個漫長的積累過程，就使得一些故障不能及時排除，同樣也可能埋下安全隱患。

因此，針對上述虛擬軌道列車的發(fā)展和目前的軌道交通運維特點，本文提出了虛擬軌道列車智能運維平臺的設(shè)計。通過智能運維平臺的設(shè)計，希望能夠改善列車故障后維修的被動運維的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行精確維修，減少故障的發(fā)生和降低運營維護(hù)的成本。

1 虛擬軌道列車智能運維

1.1 運維與智能運維

運維有運行和維保兩重含義，城市軌道交通運維工作的目的在于確保城市軌道交通安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)地運營。運營是指為城市軌道交通線路提供正常運營服務(wù)，以及從運營服務(wù)中獲取相應(yīng)收入的活動；維保則是為了保持和恢復(fù)裝備或設(shè)備的良好工作狀態(tài)而進(jìn)行的活動，是保障城市軌道交通安全運營的基礎(chǔ)。

智能運維是指將大數(shù)據(jù)與智能技術(shù)運用到“運維”服務(wù)中，主要是對于軌道列車的關(guān)鍵零部件和主要設(shè)備進(jìn)行在線檢測，診斷以及預(yù)警的過程。在智能運維服務(wù)的過程中，會應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集、移動通訊、定位監(jiān)管、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等智能技術(shù)。對軌道列車的全壽命周期運維實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理，以達(dá)到保障人車安全，提高運維技術(shù)、改善乘客舒適度，減少維修成本和人力資源的目的。

1.2 智能運維的主要支撐技術(shù)

虛擬軌道列車智能運維主要作用是保證列車的正常的運行和設(shè)備、零部件的維護(hù)保障，其具體的主要支撐技術(shù)包括列車數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)兼容與擴(kuò)展技術(shù)、列車健康管理與故障預(yù)警技術(shù)、列車運營調(diào)度管理技術(shù)等。

（1）列車數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)：虛擬軌道列車的實時數(shù)據(jù)中包含大量信息，通過對虛擬軌道列車在線數(shù)據(jù)的采集、傳輸并進(jìn)行實時分析，能夠在列車發(fā)生故障的早期進(jìn)行判斷并進(jìn)行預(yù)警，及時更換與維修，避免災(zāi)難的發(fā)生。

（2）數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)兼容與擴(kuò)展技術(shù)：虛擬軌道列車運維專業(yè)知識數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)虛軌列車智能運維平臺構(gòu)建的關(guān)鍵，其主要起到為虛擬軌道列車的故障維修和日常檢修提供專家知識支持的作用，因此就需要大量的數(shù)據(jù)實現(xiàn)可兼容性與數(shù)據(jù)庫的可擴(kuò)展性。

（3）列車健康管理與故障預(yù)警技術(shù)：在經(jīng)過前期不斷檢測，形成了一定規(guī)模的監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障信息后，通過對信息的分析與提取對列車的健康壽命進(jìn)行評估與故障診斷。

（4）列車運營調(diào)度管理技術(shù)：這一關(guān)鍵技術(shù)旨在解決虛擬軌道列車的運營管理，通過以往的運營數(shù)據(jù)，對列車的各個方面進(jìn)行綜合性管理，保證列車的正常運營以及緊急情況下的調(diào)度，保證虛擬軌道列車的運營連續(xù)性。

圖1 智能運維平臺運行機(jī)理圖

圖2 虛擬軌道列車智能運維平臺的設(shè)計圖

2 虛擬軌道列車智能運維數(shù)據(jù)流

根據(jù)虛擬軌道列車的智能運維的關(guān)鍵技術(shù)，其智能運維平臺數(shù)據(jù)流如圖1所示。圖中專業(yè)知識數(shù)據(jù)庫是智能運維平臺構(gòu)建的核心基礎(chǔ)，可以對虛擬軌道列車提供數(shù)據(jù)儲存與調(diào)用，并通過云計算等進(jìn)行分析，為虛擬軌道列車的運維提供專業(yè)知識數(shù)據(jù)與專家指導(dǎo)。

其中列車數(shù)據(jù)的采集是填充數(shù)據(jù)庫的前提，將虛擬軌道列車的在線檢測數(shù)據(jù)，歷史檢修數(shù)據(jù)等上傳的專業(yè)知識庫中，為數(shù)據(jù)庫提供基礎(chǔ)的知識與處理對象。數(shù)據(jù)兼容與擴(kuò)展是對數(shù)據(jù)庫技術(shù)層面的支持，要對龐大的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先就要對其進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范，做到各種數(shù)據(jù)的兼容通用，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供方便，對此可以采用元數(shù)據(jù)技術(shù)來達(dá)到數(shù)據(jù)的兼容性；數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)容技術(shù)，為數(shù)據(jù)的不斷更新與存儲提供了空間上的可行性。

在數(shù)據(jù)在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)處理后存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過庫中的數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)的對比，可以對列車的健康狀況，預(yù)計壽命，零件故障進(jìn)行判斷，對可能出現(xiàn)的故障給出預(yù)警；同樣，也可以通過數(shù)據(jù)的參考對虛擬軌道列車進(jìn)行相應(yīng)的運營管理，來實現(xiàn)合理的運營調(diào)度。

3 虛擬軌道列車智能運維平臺

3.1 虛擬軌道列車智能運維平臺的構(gòu)建

在虛擬軌道列車運維關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，在前文中的智能運維平臺數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上，進(jìn)行虛擬軌道列車智能運維平臺的設(shè)計如圖2所示。在圖中，將智能運維平臺設(shè)計主要分成三個層次，分別是交互前端、技術(shù)平臺和后臺管理，平臺通過交互前端為使用對象提供服務(wù)。

本平臺的使用對象主要分為幾類，一是管理團(tuán)隊，作為虛擬軌道列車智能運維的管理團(tuán)隊，需要隨時掌握列車的各種運維信息及狀態(tài)，來對虛擬軌道列車的運維及時做出調(diào)整；二是維修檢修團(tuán)隊，虛擬軌道列車智能運維平臺的設(shè)計初衷就是為了對虛擬軌道列車提供檢修維修上的方便，檢修團(tuán)隊通過此平臺可以提前預(yù)警故障和為故障維修提供指導(dǎo)；三是隨車人員，隨車人員可以根據(jù)列車的數(shù)據(jù)狀態(tài)，做出靈活的應(yīng)變與指揮。

交互前端可以將虛擬軌道列車運維提供數(shù)字化、圖像化的技術(shù)服務(wù)。其中主要包括的幾個區(qū)域為故障預(yù)警及報警界面，列車調(diào)度界面，列車履歷、檢修、計劃查詢界面，故障及維修手冊查詢，管理系統(tǒng)界面，狀態(tài)顯示及數(shù)據(jù)查詢界面。交互前端是連接運維平臺與使用對象的通道，用戶可以根據(jù)自身的需要選擇不同的界面信息的查詢。其中故障預(yù)警界面擁有最高級，當(dāng)平臺發(fā)出故障警報時，此界面會進(jìn)行優(yōu)先展示，以提醒工作人員及時進(jìn)行故障處理，并且交互前端各界面同樣需要計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等軟、硬件技術(shù)的支持。

技術(shù)平臺是虛擬軌道列車運維平臺的核心，數(shù)據(jù)庫是交互界面的支撐者，交互界面中的各項數(shù)據(jù)信息以及預(yù)測都是來源于專業(yè)知識庫的儲存與運算。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過數(shù)據(jù)輸入端并由管理者進(jìn)行提供的。對于技術(shù)平臺構(gòu)建的中心是搭建專業(yè)數(shù)據(jù)庫。專業(yè)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建需要在硬件和軟件的支撐下，其中硬件部分包括對數(shù)據(jù)采集的傳感器、進(jìn)行列車定位的衛(wèi)星定位設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)設(shè)施、以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示的計算機(jī)設(shè)備等；軟件部分包括列車數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范、平臺的良好操作性、數(shù)據(jù)服務(wù)器的可擴(kuò)容性和保證系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全的技術(shù)等。專業(yè)數(shù)據(jù)庫的工作過程按照前文虛擬軌道智能運維平臺數(shù)據(jù)流進(jìn)行工作。

虛擬軌道列車智能運維平臺只有在合理的管理下才能有效的運行，管理后臺主要負(fù)責(zé)：①對虛擬軌道列車運維平臺交互界面的規(guī)劃、調(diào)整；②對于專業(yè)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的錄入、儲存和數(shù)據(jù)庫的管理；③對于數(shù)據(jù)庫硬件支撐設(shè)備的管理、維修等；④對于虛擬軌道列車數(shù)據(jù)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整等；⑤對于虛擬軌道列車智能運維平臺提供網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)定性保障。

3.2 虛擬軌道列車智能運維平臺的功能介紹

根據(jù)虛擬軌道列車智能運維平臺的框架，其可以實現(xiàn)的功能模塊構(gòu)建如圖3所示，其中各個模塊的功能模塊包括：列車數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)分析、運維電子書、檢修指導(dǎo)、壽命評估、列車調(diào)度管理、人員管理以及舒適性評價。在虛擬軌道列車智能運維平臺的管理下，各功能模塊既能單獨展示，又能夠形成一個有機(jī)的良性循環(huán)，為虛擬軌道列車的運維提供了更加有效的管理模式。

虛擬軌道列車智能運維平臺通過對于列車在線運行數(shù)據(jù)和軌旁定點監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析，可以直觀的展示在平臺相應(yīng)界面，以供維修與管理人員進(jìn)行運維參考，并結(jié)合歷史運維數(shù)據(jù)故障特征的分析與提取，對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷其發(fā)展趨勢是否與歷史故障特征相似，從而對列車進(jìn)行故障識別與診斷。

圖3 虛擬軌道列車智能運維平臺系統(tǒng)功能模塊

在虛擬軌道列車的運維過程中，對虛擬軌道列車的各種檢修計劃以及故障維修方法進(jìn)行梳理，將虛擬軌道列車在運維上的計劃形成文檔的模式，為虛擬軌道列車的智能運維提供文件化的指導(dǎo)，其中包括對于列車檢修的指導(dǎo)、列車壽命的評估及列車調(diào)度的合理指導(dǎo)。通過形成運維電子書的形式也利于工作人員的查閱和對其它行業(yè)運維的模式指導(dǎo)。

通過對虛擬軌道列車全壽命周期的監(jiān)測與跟蹤，形成虛擬軌道列車的列車檔案，其中包括列車的檢修信息、調(diào)度使用信息、人員配置、路況信息等等，這對于列車壽命的評估極其重要，更能有效的保證乘客的安全。在列車各種先驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)下，對列車的調(diào)度管理形成文件，以應(yīng)對虛擬軌道列車在各種情況下的調(diào)度，為虛擬軌道列車的合理運行和成本控制提供參考，并且可提高乘客的舒適性體驗。

結(jié)語：通過搭建虛擬軌道列車運維平臺為虛擬軌道列車的運維管理提供了參考案例；通過故障預(yù)警提前發(fā)現(xiàn)問題，降低了故障發(fā)生的概率和人員傷亡的幾率；通過數(shù)據(jù)的采集與融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，為故障的處理提供了更多的解決方法，提高了工作效率；可以為管理者提供更加合理的調(diào)度方案，實現(xiàn)成本的有效控制。虛擬軌道列車運維平臺的設(shè)計能夠極大促進(jìn)虛擬軌道列車以及城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展。