智能運(yùn)維系統(tǒng)在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

徐璠 柏長(zhǎng)勝

摘 要：信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行為列車運(yùn)行提供保障，利用子系統(tǒng)設(shè)備工作原理，對(duì)關(guān)鍵安全設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)采集，綜合大數(shù)據(jù)邏輯分析，有效預(yù)防設(shè)備隱患。在故障情況下，通過(guò)系統(tǒng)故障定位，降低故障對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響。針對(duì)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維保障技術(shù)問(wèn)題，提出構(gòu)建信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維保障體系，介紹系統(tǒng)功能特點(diǎn)，系統(tǒng)可以為信號(hào)設(shè)備故障排除提供支持，提高設(shè)備維護(hù)效率。

關(guān)鍵詞：智能運(yùn)維系統(tǒng);軌道交通;信號(hào)系統(tǒng)

城軌交通是城市交通現(xiàn)代化建設(shè)的重要部分，隨著地鐵客流增加，需要不斷壓縮運(yùn)維窗口時(shí)間。城軌交通信號(hào)系統(tǒng)工作要求保持安全性。發(fā)改委關(guān)于印發(fā)增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃的通知，提出圍繞軌道交通安保強(qiáng)化過(guò)程，增強(qiáng)主動(dòng)檢測(cè)能力。城軌交通系統(tǒng)安全國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維體系研發(fā)，通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)主要城市信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維保障技術(shù)存在功能模式分散，系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力不足，未充分利用采集數(shù)據(jù)等問(wèn)題。信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)異常會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)癱瘓，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量要求不斷提高，對(duì)設(shè)備運(yùn)維狀態(tài)監(jiān)測(cè)成為當(dāng)下面臨的主要問(wèn)題。

1 軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)的研究

隨著軌道交通線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)模擴(kuò)大，面對(duì)技術(shù)水平差異化，客流量持續(xù)增加及需要高效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的局面，對(duì)設(shè)施可靠性安全性提出更高的要求。智慧運(yùn)維是近幾年軌道交通行業(yè)發(fā)展的新運(yùn)維模式，有利于提升城軌交通裝備智能化管理水平，其核心是利用傳感器裝置獲取車輛設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，借助云計(jì)算等技術(shù)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)故障診斷。如何保障軌道交通系統(tǒng)安全可靠運(yùn)營(yíng)降低維修成本，提升軌道交通設(shè)備智能化管理水平，成為軌道交通行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要城市信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維模式存在許多問(wèn)題，目前運(yùn)維保障技術(shù)僅從信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，信息傳遞依賴人工進(jìn)行，對(duì)故障下綜合調(diào)度缺乏自動(dòng)化分析[1]。對(duì)采集數(shù)據(jù)僅限于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)記錄等，不利于系統(tǒng)安保能力提升，人員標(biāo)準(zhǔn)化操作等方面工作。不同廠家提供維護(hù)系統(tǒng)存人機(jī)界面不兼容，為運(yùn)營(yíng)單位設(shè)備維護(hù)帶來(lái)不便。目前列車自動(dòng)控制系統(tǒng)CBTC為正線信號(hào)系統(tǒng)城軌交通線路，采用ATS進(jìn)行信號(hào)設(shè)備監(jiān)測(cè)，無(wú)法全面監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。既有城軌交通信號(hào)制式不統(tǒng)一，各線路監(jiān)測(cè)采集信息完整性參差不齊，采樣數(shù)據(jù)來(lái)源單一，數(shù)據(jù)分析依賴人工經(jīng)驗(yàn)，難以滿足狀態(tài)維修的要求。

智能運(yùn)維系統(tǒng)大幅度提高維修保障效率[2]。車輛運(yùn)維系統(tǒng)是以狀態(tài)維修模式為主要發(fā)展目標(biāo)的數(shù)字化系統(tǒng)，依托人工智能與健康管理等新技術(shù)，借助實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，分析城軌交通車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，診斷設(shè)備運(yùn)用健康狀態(tài)，指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)智能化管理。

2 軌道交通信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)維體系設(shè)計(jì)

車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)確保運(yùn)營(yíng)可靠性，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、PHM等新技術(shù)，通過(guò)匯集線網(wǎng)車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、離線文件數(shù)據(jù)及音視頻文件等數(shù)據(jù)，給應(yīng)用層數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。信號(hào)設(shè)備維護(hù)監(jiān)測(cè)模式分為子系統(tǒng)分立式與ATS為主題維護(hù)監(jiān)測(cè)模式。系統(tǒng)由車站信息采集傳感器、采集終端及遠(yuǎn)程維護(hù)終端等組成。車站信息采集傳感器將處理采集信息，部分經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上傳至中心服務(wù)器，中心通過(guò)維護(hù)終端，24 h監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

建設(shè)年限較早的城軌交通線路中，先后系統(tǒng)維護(hù)監(jiān)測(cè)體系分散設(shè)置，設(shè)有自動(dòng)列車監(jiān)控系統(tǒng)ATS，聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)SDM，維護(hù)支持系統(tǒng)MSS等。分立式維護(hù)監(jiān)測(cè)提供部分分析功能，存在在線感知覆蓋面不足等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨越專業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)分析診斷。針對(duì)當(dāng)前城軌交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維技術(shù)問(wèn)題，對(duì)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維體系需求分析。要求提供操作數(shù)據(jù)采集技術(shù)，集中信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)監(jiān)測(cè)診斷。通過(guò)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備智能診斷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，提升軌道交通運(yùn)營(yíng)安全[3]。對(duì)信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析，更好地了解信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有助于信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備檢修決策。制定統(tǒng)一行業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，使得廠家提供系統(tǒng)功能及操作方式等兼容。

智能運(yùn)維采用先進(jìn)技術(shù)，將傳統(tǒng)運(yùn)維管理變?yōu)樾畔⒒悄苓\(yùn)維管理，軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)涉及各級(jí)線路信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、屏蔽門(mén)系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等。某條線路中系統(tǒng)內(nèi)外部有很高關(guān)聯(lián)度，某系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)影響其他系統(tǒng)，造成線路部分功能癱瘓。軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)是運(yùn)營(yíng)核心支持系統(tǒng)，是典型兩化融合技術(shù)的應(yīng)用。城軌交通信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維需求包括智能分析、運(yùn)維管理等方面。

3 城軌交通信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)

城軌交通信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)由平臺(tái)層，服務(wù)層技術(shù)架構(gòu)組成，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)功能為目的，包括系統(tǒng)配置層次結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)為二級(jí)架構(gòu)管理，二級(jí)管理為線網(wǎng)級(jí)運(yùn)維管理，系統(tǒng)通過(guò)采用數(shù)據(jù)挖掘，統(tǒng)一運(yùn)維信息接口等方式對(duì)信號(hào)設(shè)備智能診斷，健康狀況管理。

線網(wǎng)運(yùn)維保障平臺(tái)利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，通過(guò)專家故障診斷及評(píng)估體系等策略，對(duì)設(shè)備健康狀況管理，將分析結(jié)果等以圖形化界面形式展示，將維修任務(wù)發(fā)送至運(yùn)維部門(mén)終端設(shè)備，平臺(tái)由服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器等組成。功能模塊包括數(shù)字化模式，應(yīng)急處置模塊，可靠性評(píng)估模塊等[4]。數(shù)字化模塊用于對(duì)信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)數(shù)字化處理，應(yīng)急處置模塊對(duì)信號(hào)系統(tǒng)報(bào)警信息進(jìn)行專家診斷;根據(jù)各線中信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)可靠性分析;維修數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在LIMS系統(tǒng)中已有數(shù)據(jù)可自動(dòng)同步到信號(hào)運(yùn)維保障管理平臺(tái)維修分析模塊。

線路級(jí)運(yùn)維保障系統(tǒng)劃分為車站級(jí)設(shè)備、控制中心與沿線各信。線路級(jí)運(yùn)維保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致，原運(yùn)維保障系統(tǒng)中心級(jí)處理由線網(wǎng)統(tǒng)一建設(shè)。智慧運(yùn)維目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備智能化管理，包括設(shè)備智能診斷，全壽命周期分析等，確定設(shè)備維修工作內(nèi)容，對(duì)設(shè)備購(gòu)置投資，維修支出資產(chǎn)壽命周期進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)維修管理信息化。信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維體系增加設(shè)備可視化信息管理功能，智能診斷預(yù)測(cè)農(nóng)，更好地檢修決策。智慧運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)城軌交通信號(hào)設(shè)備全覆蓋監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔、外電網(wǎng)、數(shù)字音頻軌道電路等非智能設(shè)備的監(jiān)測(cè)[5]。利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，從海量數(shù)據(jù)中篩選信號(hào)設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)，濾除突變干擾后，出現(xiàn)異常趨勢(shì)及時(shí)給出預(yù)警建議。為設(shè)備預(yù)防修檢修決策等維護(hù)計(jì)劃提供依據(jù)，提升系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

4 結(jié)語(yǔ)

信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維系統(tǒng)為城軌交通信號(hào)維護(hù)提供解決方案，平臺(tái)砼智能診斷功能，得到設(shè)備性能變化趨勢(shì)，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，做到狀態(tài)維修。地鐵信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)依托集成化、智能化優(yōu)勢(shì)，在降低維護(hù)成本等方面產(chǎn)生顯著效益。鄭州地鐵規(guī)劃將線路信號(hào)系統(tǒng)納入智慧運(yùn)維保障體系，運(yùn)維保障平引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備全生命周期科學(xué)管理，提高信號(hào)設(shè)備維護(hù)質(zhì)量，降低運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為城軌交通系統(tǒng)運(yùn)行提供支持。

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