地鐵接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)建設(shè)的規(guī)劃探討

王瑞鋒，賴聲鋼，蔣中志

（1. 成都唐源電氣股份有限公司，成都 610072；2. 廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510330）

近年來，城市軌道交通快速發(fā)展，運(yùn)營線路劇增，導(dǎo)致運(yùn)維工作量大、時(shí)間長、費(fèi)用高，發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維技術(shù)刻不容緩[1]。

根據(jù)城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合接觸網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境與設(shè)備故障模型間的關(guān)系，對接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，并借助深度學(xué)習(xí)和時(shí)間預(yù)測算法模型，預(yù)測、監(jiān)控和管理接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)[2-3]。充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，開發(fā)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備——故障預(yù)測與健康管理(prognostic and health management，PHM)平臺(tái)，其目的是對表征接觸網(wǎng)運(yùn)行過程的全維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，自動(dòng)形成接觸網(wǎng)系統(tǒng)及零部件的維修策略[4-5]，全面提高接觸網(wǎng)維修效率，提升運(yùn)行可靠性，降低維護(hù)成本[6]。

1 接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備概述

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)是以大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心，以接觸網(wǎng)維護(hù)管理信息和接觸網(wǎng)設(shè)備檢測數(shù)據(jù)為支撐，按照地鐵運(yùn)營公司-車輛段兩級(jí)管理架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)的[7-8]。接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)主要如下：

1) 建立接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。利用云計(jì)算技術(shù)，申請廣州地鐵云平臺(tái)服務(wù)器資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源，并對云平臺(tái)資源進(jìn)行虛擬化整合，形成低成本、高性能、高可用、高可靠、高擴(kuò)展的可動(dòng)態(tài)管理調(diào)度的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施資源池，為接觸網(wǎng)設(shè)備故障診斷和性能預(yù)測的數(shù)據(jù)分析處理提供硬件基礎(chǔ)。

2) 提供接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM算法框架?；诮佑|網(wǎng)檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)、維修臺(tái)賬等信息，對地鐵線路各區(qū)段進(jìn)行健康綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)計(jì)算的健康度，可判斷在役接觸網(wǎng)狀態(tài)所處的等級(jí)。借助深度學(xué)習(xí)和時(shí)間預(yù)測算法構(gòu)建模型，在限定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，根據(jù)運(yùn)行工況、外部環(huán)境，以及已發(fā)現(xiàn)的零部件故障或參數(shù)異常等信息，推斷所關(guān)注的設(shè)備及零部件發(fā)生故障的概率；然后根據(jù)預(yù)測的概率大小，并考慮故障引發(fā)弓網(wǎng)事故的可能性，明確特定范圍內(nèi)預(yù)防性維修時(shí)的檢查重點(diǎn)。

3) 提供接觸網(wǎng)設(shè)備PHM業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在云計(jì)算設(shè)施的基礎(chǔ)上，開發(fā)部署接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)，接入檢測數(shù)據(jù)中心和接觸網(wǎng)管理信息的數(shù)據(jù)。通過PHM算法，對接觸網(wǎng)健康狀態(tài)和零部件特性進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)故障診斷和剩余壽命估計(jì)，進(jìn)而為接觸網(wǎng)運(yùn)檢修管理提供決策參考報(bào)告和直觀豐富的可視化呈現(xiàn)。

2 PHM平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)接觸網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行維修管理的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)平臺(tái)技術(shù)框架，構(gòu)建接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)的技術(shù)體系。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)主要由3個(gè)層面構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)架構(gòu)Figure 1 PHM platform architecture of catenary’s key equipment

2.1.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層的職責(zé)是收集接觸網(wǎng)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)，包括接觸網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、6C系統(tǒng)檢測監(jiān)測以及PDA/人工采集的各類檢修、零部件檢驗(yàn)、各種環(huán)境參數(shù)和運(yùn)行工況等數(shù)據(jù)，并將其引入到接觸網(wǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)中，供發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)換和訪問。

數(shù)據(jù)采集層又包括3個(gè)子層：裝置設(shè)備層、轉(zhuǎn)換判別層和存儲(chǔ)處理層。裝置設(shè)備層是通過 1C～6C裝置、PDA及電子標(biāo)簽、零部件振動(dòng)/疲勞試驗(yàn)臺(tái)、環(huán)境監(jiān)測儀等，采集接觸網(wǎng)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換判別層是通過專用的軟件系統(tǒng)或技術(shù)人員將各類數(shù)據(jù)尤其是多媒體數(shù)據(jù)(如圖像、視頻的空間關(guān)系和底層特征等)轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)處理層可讀取的數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)處理層包括6C數(shù)據(jù)中心和接觸網(wǎng) MIS，用來存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)并創(chuàng)建描述各類數(shù)據(jù)源的描述信息，支持查詢和基本的統(tǒng)計(jì)分析。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層的職責(zé)是實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng) PHM 的高級(jí)功能，通過數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)處理方法，滿足接觸網(wǎng)系統(tǒng)健康管理的要求，同時(shí)提供使用的資源和服務(wù)。數(shù)據(jù)處理層以大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)為核心，以接觸網(wǎng)管理信息系統(tǒng)和6C數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)為支撐，提供應(yīng)用服務(wù)。

2.1.3 數(shù)據(jù)消費(fèi)層

數(shù)據(jù)消費(fèi)層的職責(zé)是通過數(shù)據(jù)處理層提供的接口按需訪問信息，為接觸網(wǎng)維修決策人員提供可視的及事后可查的交互，并將輔助維修策略反饋至接觸網(wǎng)管理信息系統(tǒng)。

PHM系統(tǒng)扮演的角色是數(shù)據(jù)處理層，由框架提供者和應(yīng)用提供者兩部分組成?？蚣芴峁┱甙ɑA(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)、處理框架、信息交互/通信和資源管理5個(gè)活動(dòng)，應(yīng)用提供者包括數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、分析處理、可視化和訪問5個(gè)活動(dòng)。

2.2 資源需求

2.2.1 數(shù)據(jù)需求

地鐵接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)的核心思想是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)地鐵運(yùn)營的實(shí)際狀況，所需數(shù)據(jù)主要有4類：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。

1) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。包括線路對應(yīng)的地理位置信息，所屬的責(zé)任部門以及零部件和關(guān)鍵設(shè)備的固有技術(shù)參數(shù)，具體參數(shù)類型如表1所示。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Basic data

2) 檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)獲取途徑，可大致分為6C數(shù)據(jù)和人工數(shù)據(jù)，提供這兩類數(shù)據(jù)時(shí)都必須明確其采集時(shí)的地理位置，具體數(shù)據(jù)特點(diǎn)如表2所示。

表2 檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 2 Detection and monitoring datasheet

3) 維修數(shù)據(jù)。必須提供維修的日期，其目的是通過分析，降低或提升不同區(qū)段接觸網(wǎng)的維修層次，調(diào)整維修頻率，具體數(shù)據(jù)情況如表3所示。

表3 維修數(shù)據(jù)Table 3 Maintenance datasheet

4) 故障數(shù)據(jù)。對其進(jìn)行分類，應(yīng)估計(jì)或準(zhǔn)確定義是內(nèi)因故障還是外因故障；應(yīng)提供故障發(fā)生的地理位置與發(fā)生故障的零部件或設(shè)備種類，同時(shí)應(yīng)對故障狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)字典，具體數(shù)據(jù)類型如表4所示。

表4 故障數(shù)據(jù)Table 4 Fault datasheet

2.2.2 數(shù)據(jù)量分析

接觸網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)是接觸網(wǎng)運(yùn)維管理的核心系統(tǒng)，包含了大量的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及建設(shè)資料、運(yùn)行狀態(tài)、維修檢修等海量數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)的明細(xì)如表5所示。

表5 數(shù)據(jù)量明細(xì)Table 5 Details of data volume

2.3 硬件需求

建設(shè)基于云計(jì)算的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，為接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)提供計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)交互能力。通過云計(jì)算技術(shù)，將基礎(chǔ)設(shè)施整合到統(tǒng)一的資源池中，可以為接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用提供超大規(guī)模的計(jì)算能力、高可靠性的業(yè)務(wù)保障；同時(shí)云計(jì)算技術(shù)支持的高可擴(kuò)展性，也能根據(jù)接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)的實(shí)際需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)伸縮，可節(jié)省用戶投資。

根據(jù)本文第2.2.2節(jié)中的數(shù)據(jù)量需求分析，本平臺(tái)的計(jì)算及存儲(chǔ)資源需求如下：存儲(chǔ)為1年26.3 TB，5年約 135 TB；批量計(jì)算為 10 000條/s；實(shí)時(shí)計(jì)算為5 000條/s；數(shù)據(jù)訪問查詢時(shí)間小于1 s，實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)間小于3 s。

綜上所述，與廣州地鐵現(xiàn)有接觸網(wǎng)監(jiān)測管理系統(tǒng)(CMMS)緊密結(jié)合，整合服務(wù)器和存儲(chǔ)資源，設(shè)計(jì)服務(wù)器及存儲(chǔ)方案，如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)硬件方案Figure 2 The hardware scheme of PHM platform for catenary’s key equipment

既有硬件包括2臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)器，1臺(tái)接口服務(wù)器，2臺(tái)Web應(yīng)用服務(wù)器，2臺(tái)視頻圖像及分析服務(wù)器，1套800 TB存儲(chǔ)設(shè)備?？烧?4核CPU，256 GB內(nèi)存和800 TB存儲(chǔ)。為滿足計(jì)算要求，該系統(tǒng)需CPU170核、576 GB內(nèi)存和83 TB儲(chǔ)存。需增加4臺(tái)服務(wù)器，其中CPU為2顆10核，內(nèi)存256 GB，硬盤600 GB×2，網(wǎng)卡為千兆網(wǎng)卡×2，HBA卡為16 GB單口×2，電源 1 100W×2。本方案對系統(tǒng)資源進(jìn)行整體規(guī)劃，投資減少，資源利用率高。

3 平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 故障診斷分析

3.1.1 功能描述

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)根據(jù)接觸網(wǎng)構(gòu)成邏輯，提供基于故障樹和貝葉斯推理的零部件故障診斷功能，主要步驟如下：確定節(jié)點(diǎn)，建立有向無環(huán)圖；確定條件概率表和先驗(yàn)概率；采用近似或精確推理推斷。

系統(tǒng)可根據(jù)接觸網(wǎng)零部件結(jié)構(gòu)形式、故障路徑、故障原因等，生成接觸網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹模型，功能如下：

1) 分析零部件重要度、零部件關(guān)聯(lián)關(guān)系及零部件間的影響程度，對零部件級(jí)故障概率進(jìn)行預(yù)測，確定重點(diǎn)維修對象。

2) 診斷接觸網(wǎng)的關(guān)鍵與薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合零部件抽檢試驗(yàn)，對關(guān)鍵零部件剩余壽命進(jìn)行估計(jì)。

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)通過故障診斷功能，提供對零部件故障的影響程度、故障率的評(píng)判，為用戶確定重點(diǎn)維修對象提供參考。

3.1.2 功能實(shí)現(xiàn)

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備PHM平臺(tái)在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)中，建立并保存可配置的接觸網(wǎng)系統(tǒng)和各子系統(tǒng)/零部件的故障樹模型與貝葉斯推理模型。系統(tǒng)在通過接口獲取到接觸網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行的缺陷數(shù)據(jù)后，累加到歷史數(shù)據(jù)中；系統(tǒng)大數(shù)據(jù)模塊將診斷周期內(nèi)的所有缺陷數(shù)據(jù)發(fā)生的頻率、次數(shù)以及時(shí)間等作為參數(shù)，傳遞給大數(shù)據(jù)平臺(tái)；調(diào)用故障樹或貝葉斯推理模型，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)和設(shè)備故障概率及剩余壽命，得出診斷結(jié)果和準(zhǔn)確率，并通過界面向用戶反饋[9]。

以2012—2018《廣州地鐵接觸網(wǎng)故障報(bào)告》(含故障原因)為例，構(gòu)建支持裝置的貝葉斯推理模型，如圖3所示?？梢缘玫街饕到y(tǒng)元件及其故障概率，如表6所示。

表6 主要元件故障概率Table 6 Failure probability of main components

圖3 支持裝置的貝葉斯推理模型Figure 3 Bayesian inference model of a support device

3.2 健康綜合評(píng)價(jià)

3.2.1 功能描述

利用數(shù)據(jù)中心和管理信息系統(tǒng)中收集到的海量動(dòng)靜態(tài)檢測、監(jiān)測、檢修、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過集成深度學(xué)習(xí)算法模型分析，提供接觸網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)的性能預(yù)測功能。

PHM平臺(tái)可以分段、分區(qū)評(píng)估接觸網(wǎng)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，綜合多源、多維的歷史數(shù)據(jù)信息，擬合演變趨勢，其功能主要包括：

1) 對接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康狀態(tài)的評(píng)估。根據(jù)檢測及維修數(shù)據(jù)，分類、分區(qū)、分段評(píng)估出接觸網(wǎng)系統(tǒng)的健康狀態(tài)(健康、亞健康、輕微病態(tài)、中度病態(tài)和嚴(yán)重病態(tài)以及失效)，并且給出量化的評(píng)價(jià)分值。

2) 接觸網(wǎng)設(shè)備和零部件質(zhì)量的鑒定。對單項(xiàng)設(shè)備、整體設(shè)備及零部件狀態(tài)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，掌握設(shè)備整體的技術(shù)狀態(tài)。

3.2.2 功能實(shí)現(xiàn)

在接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)中，建立并存儲(chǔ)接觸網(wǎng)系統(tǒng)健康值量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)采用層次分析法(AHP)和熵權(quán)法組合賦權(quán)的方式[10]，根據(jù)接觸網(wǎng)構(gòu)成，逐級(jí)對設(shè)備零部件、支柱、線路進(jìn)行健康評(píng)分。根據(jù)當(dāng)前接觸網(wǎng)系統(tǒng)的零部件缺陷、系統(tǒng)性能缺陷以及潛在隱患情況，健康值評(píng)估程序?qū)⒆詣?dòng)分析，計(jì)算系統(tǒng)的健康狀態(tài)，并量化分值；同時(shí)系統(tǒng)通過反向的可視化逐層分析方式，向用戶呈現(xiàn)系統(tǒng)健康狀態(tài)和剩余維修時(shí)間的估計(jì)情況。健康狀態(tài)評(píng)估流程如圖4所示。

圖4 健康狀態(tài)評(píng)估流程Figure 4 Health status assessment process

在健康度計(jì)算的基礎(chǔ)上，線路多維度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如圖5所示。

圖5 線路多維度評(píng)價(jià)Figure 5 Multi-dimensional evaluation of routes

3.3 維修前剩余時(shí)間

3.3.1 功能描述

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)通過對接觸網(wǎng)的檢測、監(jiān)測、檢查、零部件檢驗(yàn)等，統(tǒng)計(jì)分析情況，結(jié)合故障診斷及性能預(yù)測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)量評(píng)價(jià)、質(zhì)量鑒定，提供對接觸網(wǎng)系統(tǒng)的全面綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的閉環(huán)健康管理，其功能主要包括：

1) 對接觸網(wǎng)系統(tǒng)級(jí)剩余維修時(shí)間的評(píng)估。根據(jù)歷史綜合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，同時(shí)基于系統(tǒng)當(dāng)前的健康值，給出當(dāng)前狀態(tài)下接觸網(wǎng)系統(tǒng)的剩余維修時(shí)間。

2) 接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)。通過健康管理功能，幫助接觸網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)單位實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、維修雙閉環(huán)管理，為全壽命周期(生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維)的質(zhì)量控制提供指導(dǎo)意見。

3.3.2 功能實(shí)現(xiàn)

如上所述，根據(jù)接觸網(wǎng)系統(tǒng)評(píng)估的健康度H，可以將系統(tǒng)劃分為6個(gè)健康等級(jí)，每個(gè)健康等級(jí)表示接觸網(wǎng)系統(tǒng)處于一種服役狀態(tài)。{H(t),t=1, …, 6}表示不同健康等級(jí)下評(píng)估的健康度，接觸網(wǎng)系統(tǒng)在6個(gè)狀態(tài){S(t),t=1, …, 6}之間轉(zhuǎn)換。在健康等級(jí)t下，健康度H(t)僅依賴于狀態(tài)S(t)，與其他狀態(tài)和健康度無關(guān)；同時(shí)，t時(shí)段的狀態(tài)S(t)僅依賴于上一時(shí)段的狀態(tài)S(t-1)。若假設(shè)接觸網(wǎng)系統(tǒng)下一時(shí)段的狀態(tài)僅由當(dāng)前狀態(tài)決定，不依賴于以往的任何狀態(tài)，則可以將接觸網(wǎng)系統(tǒng)健康狀態(tài)、功能降低狀態(tài)、失效理解為馬爾科夫鏈(HMM)?；谶@種依賴關(guān)系，所有接觸網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)的聯(lián)合概率分布為

通過歷史數(shù)據(jù)，確定馬爾科夫鏈的參數(shù)矩陣。

1) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣：是模型在各個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的概率，有

2) 輸出評(píng)估概率：模型根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，獲得各個(gè)評(píng)估健康度的概率，有

3) 初始狀態(tài)概率：模型在初始時(shí)段各狀態(tài)出現(xiàn)的概率為

然而，對于HMM模型，接觸網(wǎng)系統(tǒng)某狀態(tài)停留一定時(shí)間的概率隨時(shí)間的推移呈指數(shù)下降，這與實(shí)際情況不符。隱半馬爾可夫模型(HSMM)是考慮狀態(tài)駐留概率分布為顯式的一種 HMM[11]。在接觸網(wǎng)系統(tǒng)的HSMM中，一個(gè)狀態(tài)對應(yīng)估計(jì)的健康度。因此，接觸網(wǎng)系統(tǒng)的HSMM可以定義為

式中，D表示最大駐留時(shí)間，π、a、b與馬爾科夫鏈定義相同。

HSMM 的基本算法有前向-后向算法、Viterbi算法。若假設(shè)駐留時(shí)間服從高斯分布，則可得到狀態(tài)駐留時(shí)間的均值μ(S(t))和方差σ2(S(t))，那么狀態(tài)駐留時(shí)間為

則接觸網(wǎng)系統(tǒng)處于某個(gè)健康狀態(tài)下，系統(tǒng)維修前的剩余時(shí)間(RUL)為

3.4 可視化功能呈現(xiàn)

3.4.1 功能描述

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM 平臺(tái)是基于大數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測系統(tǒng)，海量接觸網(wǎng)基礎(chǔ)信息、狀態(tài)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的展示和呈現(xiàn)，需要借助于可視化手段直觀地傳達(dá)關(guān)鍵特征。

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)的可視化功能，通過靈活、易用、高性能的可視化分析能力，可以讓用戶更直觀地洞察接觸網(wǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題并采取行動(dòng)。

3.4.2 功能實(shí)現(xiàn)

接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備健康管理系統(tǒng)通過可視化圖表和綜合儀表臺(tái)等形式，呈現(xiàn)接觸網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行的健康狀態(tài)；以樹形或分層模式，呈現(xiàn)接觸網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備和零部件的狀態(tài)；根據(jù)接觸網(wǎng)構(gòu)成和定位數(shù)據(jù)，提供基于示意圖或GIS地圖的接觸網(wǎng)設(shè)備和零部件的呈現(xiàn)，并展示故障缺陷部件的具體位置。

1) 接觸網(wǎng)營運(yùn)監(jiān)控的可視化管理界面。圖6是廣州地鐵3號(hào)線與8號(hào)線系統(tǒng)的管理界面，可以總覽線路的整體健康狀態(tài)和缺陷趨勢。

圖6 廣州地鐵3、8號(hào)線的界面展示Figure 6 Interface display of Guangzhou Metro Line 3 and Line 8

2) 接觸網(wǎng)健康管理功能。圖7所示為線路健康管理界面，可以直觀地看到線路的整體健康狀態(tài)，以及線路中各區(qū)間的健康度排名。點(diǎn)擊線路健康度柱狀圖，可顯示該線路整體健康度隨時(shí)間的變化趨勢。

圖7 健康管理功能界面Figure 7 Health management function interface

3) 接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能。圖8所示為接觸網(wǎng)統(tǒng)計(jì)分析界面，對數(shù)據(jù)庫中重點(diǎn)設(shè)備參數(shù)異常的記錄和缺陷記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可在不同時(shí)間尺度(年、季度、月)與空間尺度(線路、區(qū)間、錨段)，展示關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)異常率的趨勢。

圖8 接觸網(wǎng)統(tǒng)計(jì)分析界面Figure 8 Statistical analysis interface of catenary

4 結(jié)語

以地鐵運(yùn)營業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)為前提，運(yùn)用云計(jì)算等技術(shù)，對接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備 PHM平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對地鐵接觸網(wǎng)狀態(tài)的全面實(shí)時(shí)監(jiān)測和狀態(tài)預(yù)測。這有助于將運(yùn)營維修從故障修升級(jí)到狀態(tài)修，降低運(yùn)營成本，提高運(yùn)營質(zhì)量，為全面提高城市軌道交通運(yùn)行安全和運(yùn)營管理水平提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障。