基于智能分析的城鐵信號(hào)系統(tǒng)主動(dòng)維保模式分析研究

孫毅、鄧瑛

（無錫地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

基于當(dāng)前城鐵信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展需求，通過對(duì)大量城鐵信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集和整理，提出綜合分析和主動(dòng)維護(hù)的應(yīng)用方案，以提高維護(hù)工作的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生前執(zhí)行故障警告操作，在預(yù)警后及時(shí)實(shí)施預(yù)防性維修，對(duì)提高城鐵運(yùn)營(yíng)質(zhì)量具有良好的現(xiàn)實(shí)意義，也為今后城鐵信號(hào)檢測(cè)設(shè)備的維修率和國(guó)內(nèi)城鐵的維修模式提供了參考。

1 研究背景和意義

在新技術(shù)、新信息快速發(fā)展的今天，城鐵中的各個(gè)系統(tǒng)也隨之更新迭代。就信號(hào)系統(tǒng)而言，城鐵的信號(hào)系統(tǒng)關(guān)系到諸多信號(hào)設(shè)備，設(shè)備與設(shè)備之間具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的關(guān)系，因此信號(hào)設(shè)備的使用與維修問題異常重要。

目前，信號(hào)設(shè)備的維修基于被動(dòng)維保，在發(fā)生問題之后，由維保人員進(jìn)行故障分析，制定措施，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，與供應(yīng)商協(xié)商解決方案。這種解決辦法耗時(shí)長(zhǎng)、工作流程繁雜、信息的接收與處理容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響了城鐵的運(yùn)營(yíng)。因此，探討主動(dòng)維保方式尤為重要。主動(dòng)維保方式是一種預(yù)防措施，在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)判，將被動(dòng)維保中的等待維修變成主動(dòng)預(yù)防。被動(dòng)維保容易在城鐵發(fā)生故障的時(shí)候產(chǎn)生城鐵停運(yùn)的狀態(tài)，影響人們的出行。主動(dòng)維保在預(yù)判的前提下，保證了維保的效率。這種主動(dòng)維保可以采取多種方式進(jìn)行預(yù)判，其中智能分析可以大幅提高維保的質(zhì)量與水平。

基于智能分析的城鐵信號(hào)系統(tǒng)主動(dòng)維保是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集的眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)原始數(shù)據(jù)中設(shè)備的故障信息進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)防。通過對(duì)設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)分析，可以將信號(hào)系統(tǒng)容易發(fā)生的故障問題進(jìn)行提前判斷，并且將之輸入維修計(jì)劃中。智能分析手段依靠大數(shù)據(jù)處理，5G時(shí)代下，數(shù)據(jù)處理技術(shù)更加完善，數(shù)據(jù)分析技術(shù)更加精準(zhǔn)，將智能分析應(yīng)用于城鐵信號(hào)系統(tǒng)的主動(dòng)維保，對(duì)維保質(zhì)量與水平效果顯著。

2 城鐵信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中存在的問題

2.1 缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

城鐵的運(yùn)營(yíng)過程中存在著諸多不足，需要在城鐵運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)問題并加以糾正。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)威脅到城鐵的安全運(yùn)行。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)城鐵信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范，導(dǎo)致質(zhì)量差的信號(hào)器件以及各種硬件、軟件設(shè)施難以穩(wěn)定運(yùn)行，這為城鐵信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)埋下了隱患，很難有效控制信號(hào)系統(tǒng)的正常工作。

2.2 信號(hào)平臺(tái)故障

信號(hào)平臺(tái)故障影響城鐵的穩(wěn)定運(yùn)行，控制信號(hào)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相差甚多。由于我國(guó)軟件領(lǐng)域的不完善，對(duì)城鐵的信號(hào)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)比較困難，增加了城鐵的故障率。

2.3 維保過程資源浪費(fèi)

維保過程中存在人員和其他資源的浪費(fèi)。此外，還有許多重復(fù)性高的維護(hù)項(xiàng)目沒有考慮被檢查部件的實(shí)際狀態(tài)，也未對(duì)部件進(jìn)行跟蹤。各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)備由于各自的使用頻率、使用壽命、質(zhì)量和運(yùn)行環(huán)境等各不相同，在維護(hù)過程中投入了大量的人力、物力和精力，甚至在一定程度上過度維護(hù)。

2.4 維保人員專業(yè)性不強(qiáng)

維保人員技能水平差異明顯，主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性不高。我國(guó)城鐵交通行業(yè)發(fā)展時(shí)間短，信號(hào)系統(tǒng)維保人員非常缺乏，豐富工作經(jīng)驗(yàn)的信號(hào)維保員更是緊缺?，F(xiàn)階段，信號(hào)系統(tǒng)維保的大部分員工都接受了鐵路相關(guān)專業(yè)院校的培訓(xùn)，但是缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如設(shè)備操作人員和維護(hù)人員，在相應(yīng)操作規(guī)程執(zhí)行不規(guī)范或運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)偏差，使得城鐵信號(hào)系統(tǒng)難以發(fā)揮應(yīng)有的作用，容易出現(xiàn)故障。

又如，設(shè)備維保人員錯(cuò)誤執(zhí)行，不嚴(yán)格按照維保規(guī)程進(jìn)行設(shè)備維修、控制維保質(zhì)量，導(dǎo)致信號(hào)設(shè)備的故障將影響城鐵的正常運(yùn)營(yíng)。

3 城鐵信號(hào)系統(tǒng)維保策略

在城鐵運(yùn)營(yíng)過程中，應(yīng)該更加重視城鐵的信號(hào)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)城鐵信號(hào)系統(tǒng)的管理。通過對(duì)城鐵信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行智能分析，采取主動(dòng)維保，才能在城鐵運(yùn)營(yíng)過程中提高信號(hào)系統(tǒng)的安全工作水平。

3.1 完善統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

為改善城鐵信號(hào)系統(tǒng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可建立相應(yīng)的信號(hào)系統(tǒng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，建設(shè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及一個(gè)相對(duì)完善的認(rèn)證體系，更好地管理信號(hào)系統(tǒng)，確保安全運(yùn)營(yíng)。

3.2 優(yōu)化系統(tǒng)，保證穩(wěn)定

為了保證穩(wěn)定的城鐵信號(hào)系統(tǒng)，需要對(duì)城鐵信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理想的工作效果，維保管理人員要熟悉城鐵信號(hào)系統(tǒng)組成，在優(yōu)化系統(tǒng)自身的基礎(chǔ)上，降低后續(xù)維保管理的難度。目前，城鐵信號(hào)系統(tǒng)復(fù)雜性增強(qiáng)，涉及的子系統(tǒng)增多，所以應(yīng)該從多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，避免單一處理信號(hào)系統(tǒng)問題。城鐵信號(hào)系統(tǒng)中的道岔設(shè)備系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、ATS 系統(tǒng)、ATC 系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等都需要深入研究，嚴(yán)格控制主要系統(tǒng)的組件，高度重視關(guān)鍵硬件設(shè)施和元器件的選擇。并且，在優(yōu)化信號(hào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意建立自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

3.3 提高維保質(zhì)量

在進(jìn)行城鐵信號(hào)系統(tǒng)的維保時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化和精細(xì)維保以提高維保質(zhì)量，不僅要緊密結(jié)合常規(guī)檢測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)快速處理，還要注意狀態(tài)維修模式的應(yīng)用，定期組織維保過程的優(yōu)化，及時(shí)處理僵化問題，更好地實(shí)現(xiàn)城鐵信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)化保障，充分發(fā)揮維保的價(jià)值。

3.4 制定科學(xué)的維保體系

目前，城鐵維保技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要以系統(tǒng)廠商和供貨商提供的技術(shù)指標(biāo)和參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備條件和維修指標(biāo)缺乏科學(xué)要求。應(yīng)建立合理的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)可視化、定量的評(píng)價(jià)依據(jù)，達(dá)到檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)、控制維修成本的目的。

4 基于智能分析的主動(dòng)維保

4.1 信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以信號(hào)設(shè)備為對(duì)象，基于傳感器、采集部件、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件工程及數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)信息獲取、信息存儲(chǔ)、回放再現(xiàn)、監(jiān)測(cè)及報(bào)警等功能。監(jiān)測(cè)并記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)、加強(qiáng)設(shè)備的管理，以設(shè)備維護(hù)為導(dǎo)向，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障和異常，為掌握設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、進(jìn)行故障分析、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和管理提供科學(xué)依據(jù)，從而提高信號(hào)設(shè)備維護(hù)效率和維護(hù)水平。

4.2 維保服務(wù)專業(yè)化

目前，由于技術(shù)的保護(hù)，各種設(shè)備無法共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能維保系統(tǒng)的線路僅具有單線，應(yīng)加強(qiáng)城鐵維保服務(wù)專業(yè)化、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。城鐵信息系統(tǒng)復(fù)雜龐大，包含眾多子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間互相聯(lián)系，緊密結(jié)合，因此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，利于城鐵維保服務(wù)專業(yè)化，有助于信息系統(tǒng)高效發(fā)揮作用。

4.3 車載信號(hào)主動(dòng)維保

城鐵車載信號(hào)主動(dòng)維?？赏ㄟ^對(duì)計(jì)劃維修、發(fā)電維修等制度規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化和完善。計(jì)劃維修系統(tǒng)是城市軌道交通最早的設(shè)備維修系統(tǒng)模式。系統(tǒng)通過對(duì)設(shè)備的計(jì)劃管理，提前預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，并制定相應(yīng)的預(yù)防措施，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。在實(shí)施中，重點(diǎn)考慮維護(hù)周期和維護(hù)復(fù)雜性因素，有助于判斷設(shè)備故障類型和鎖定故障位置。另外，在VIO 通道中，當(dāng)PPU 表面灰塵嚴(yán)重，覆蓋在GPM 表面的灰塵和水蒸氣進(jìn)入三防漆或三防漆中有雜質(zhì)時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫升，穩(wěn)壓二極管絕緣性能會(huì)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致穩(wěn)壓二極管電壓偏移，GPM 將會(huì)引發(fā)故障產(chǎn)生宕機(jī)。因此，只有加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)，才能有效降低車載系統(tǒng)VIO 通道故障的發(fā)生率。對(duì)車載信號(hào)設(shè)備維修過程中，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備的隱患，設(shè)備維護(hù)人員必須嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，避免因維護(hù)不當(dāng)造成設(shè)備故障。

4.4 建立綜合的監(jiān)控維保系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控與設(shè)備處理的聯(lián)動(dòng)，應(yīng)建立綜合的監(jiān)控維保系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)控設(shè)備處理功能的優(yōu)化和信息的集成。綜合監(jiān)控維保系統(tǒng)的核心始終是城鐵信號(hào)系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能分析，確定設(shè)備故障的位置和具體故障問題，并提出科學(xué)解決方案。監(jiān)控維保系統(tǒng)還可以對(duì)海量的歷史監(jiān)控信息和歷史處理方案進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取智能設(shè)備發(fā)展圖形，實(shí)現(xiàn)設(shè)備未來發(fā)展?fàn)顟B(tài)的預(yù)警。在智能監(jiān)控維保系統(tǒng)的概念中，系統(tǒng)在采集信號(hào)監(jiān)控信息和通信監(jiān)控信息后，上傳到綜合監(jiān)控維保系統(tǒng)進(jìn)行智能分析，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度指揮中心。一旦發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)，就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，并根據(jù)智能相關(guān)分析結(jié)果對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。調(diào)度指揮中心為檢修人員和專家提供解決方案，檢修人員和專家為狀態(tài)故障預(yù)警系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋。

4.5 提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用率

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和綜合分析，是增強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性，優(yōu)化城鐵信號(hào)系統(tǒng)智能維保技術(shù)的關(guān)鍵?；谛畔⒈O(jiān)控系統(tǒng)，各種信號(hào)和通信信息匯總到后臺(tái)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行對(duì)比分析和智能分析，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，可進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)控信息和網(wǎng)絡(luò)信息的智能集成和分析。在建立數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，不僅需要收集各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還需要上傳分析人員的日常測(cè)試和維護(hù)記錄、檢查和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等參數(shù)。再由數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)歸納和分類，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)模型。為了進(jìn)一步提高診斷和處理的效率，必須從加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成入手，加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)設(shè)備與城鐵監(jiān)測(cè)設(shè)備的密切聯(lián)系，構(gòu)建全面的智能監(jiān)測(cè)、分析和處理系統(tǒng)。

4.6 城鐵道岔綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

城鐵道岔綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理、預(yù)警報(bào)警。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作電壓、動(dòng)作電流、缺口、轉(zhuǎn)換力、軌道間位移、軌道振動(dòng)、橫向位移、溫度等進(jìn)行長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集方面，以光纖傳感技術(shù)、運(yùn)動(dòng)圖像傳感技術(shù)為主。數(shù)據(jù)傳輸部分主要包括無線數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)傳輸部分和遠(yuǎn)程傳輸部分?，F(xiàn)場(chǎng)傳輸主要基于光纜將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)通過室內(nèi)應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行分析處理。通過大數(shù)據(jù)分析、及時(shí)準(zhǔn)確的維護(hù)、干預(yù)，提升設(shè)備的全生命周期管理，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地定位故障位置、直觀地給出診斷和維護(hù)建議。根據(jù)設(shè)備檢修前后狀態(tài)的數(shù)據(jù)模型比對(duì)，確保檢修作業(yè)100%準(zhǔn)確；準(zhǔn)確定位隱患點(diǎn)，并通過預(yù)防性維護(hù)建議，有效控制故障，提高道岔的安全性；基于智能化和數(shù)字化的后臺(tái)分析，優(yōu)化檢修模式，減少維護(hù)及安全考核成本。

5 主動(dòng)維保模式研究

城鐵系統(tǒng)主動(dòng)維保技術(shù)是指從被動(dòng)運(yùn)營(yíng)層面（定期維護(hù)和后期維護(hù)）根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)提前做出運(yùn)營(yíng)決策的一系列技術(shù)。包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵信息特征識(shí)別、故障變化規(guī)律、狀態(tài)評(píng)估和預(yù)警等一系列技術(shù)。傳統(tǒng)的維護(hù)工作主要是根據(jù)系統(tǒng)和軌旁設(shè)備的具體故障進(jìn)行的，屬于故障維護(hù)的范疇。將主動(dòng)維保應(yīng)用于城鐵信號(hào)系統(tǒng)工作，可提高城鐵的整體運(yùn)營(yíng)水平，從故障維修到狀態(tài)維修，利于城鐵運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化和智能化水平提升，使維護(hù)工作從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。主動(dòng)式城鐵安全維保系統(tǒng)模式相比于被動(dòng)維保方法，具有很大優(yōu)勢(shì)，被動(dòng)維保非常不穩(wěn)定，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城鐵運(yùn)行的高可靠性和穩(wěn)定性要求。

主動(dòng)維保模式對(duì)城鐵信號(hào)系統(tǒng)非常重要，如果不采取有效措施，城鐵列車安全運(yùn)行面臨嚴(yán)峻問題。因此，在城鐵信號(hào)系統(tǒng)的日常運(yùn)行中，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)維護(hù)十分必要。及時(shí)處理突發(fā)故障，確保信號(hào)CBTC 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，為城鐵信號(hào)可靠性提供有力保證。城鐵信號(hào)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全。近年來，我國(guó)建設(shè)和開通的城鐵線路越來越多，應(yīng)嚴(yán)格保障城鐵信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)行有效的城鐵信號(hào)系統(tǒng)的主動(dòng)維保，才能保證城鐵運(yùn)營(yíng)的安全，實(shí)現(xiàn)對(duì)城鐵安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著城鐵線路和交通乘客的增加，對(duì)維保人員和維保技術(shù)的要求也相應(yīng)提高。城鐵信號(hào)系統(tǒng)的現(xiàn)有維保模式屬于事后規(guī)劃，搶修人員在現(xiàn)場(chǎng)收到故障報(bào)警并進(jìn)行維修，但沒有收到實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)，因此是在故障發(fā)生后進(jìn)行的維保，故障排除取決于個(gè)人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，日常維護(hù)依賴于日常定期檢查。這種被動(dòng)的維保模式?jīng)]有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，風(fēng)險(xiǎn)防范難度大，人工成本高，設(shè)備保修率低。面對(duì)復(fù)雜的城鐵交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)背景，信號(hào)專業(yè)的關(guān)鍵設(shè)施和設(shè)備需要突破技術(shù)瓶頸，在信號(hào)系統(tǒng)的全生命周期內(nèi)保持高安全性和高可用性的角度下，采用智能技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維保。