城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究

［關(guān)鍵詞］城市軌道交通；信號管理；智能運(yùn)維系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通信號系統(tǒng)是綜合性信息化管理系統(tǒng)，通常由列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)（ATC）和車輛段信號控制系統(tǒng)兩大部分組成，可以用于列車聯(lián)鎖、進(jìn)路控制、間隔控制、調(diào)度指揮、信息管理、設(shè)備工況監(jiān)測及維護(hù)管理等工作，是保證列車運(yùn)行安全、實(shí)現(xiàn)行車指揮、提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)。

1 城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)優(yōu)勢

1.1 便捷穩(wěn)定

（1）以智能技術(shù)替代部分人工后，各類與信號系統(tǒng)有關(guān)的工作可以通過信息技術(shù)、機(jī)械設(shè)施完成，降低了對人工的依賴性，可以便捷化在各場景提供服務(wù)。

（2）智能運(yùn)維系統(tǒng)能夠參與、控制、管理當(dāng)前城市軌道交通信號有關(guān)的多項(xiàng)工作，包括間隔控制、調(diào)度指揮、信息管理等，只要程序設(shè)定合理、軟硬件工作性能無異常，系統(tǒng)的作業(yè)就可以持續(xù)化，不會受到一般因素的干擾和破壞，保證了應(yīng)用便捷性和穩(wěn)定性。

1.2 適用性廣泛

適用性廣泛是指該系統(tǒng)能夠滿足地鐵、火車、電車的管理需要，適應(yīng)各類城市軌道交通信號管理工作場景。同時(shí)，由于城市軌道交通作業(yè)方式、管理模式、操作內(nèi)容高度相似，適用于某一個(gè)地區(qū)的工作系統(tǒng)，稍加調(diào)整后也能滿足其他地區(qū)的工作需要。

1.3 管理實(shí)時(shí)化

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)以智能技術(shù)作為核心，同時(shí)借助通信技術(shù)、感知技術(shù)等共同提供管理服務(wù)，可以提升工作實(shí)時(shí)化水平，較常規(guī)人工管理和半人工管理更具效率。如信號系統(tǒng)故障定位，常規(guī)工作模式下需要人員進(jìn)行故障分析、查找，工作效率較低。在智能技術(shù)支持下，城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)可以自行組織故障分析、定位，直接利用通信技術(shù)將對應(yīng)分析結(jié)果提供給運(yùn)維人員，減少后者進(jìn)行故障定位和分析的精力消耗，便于實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)作業(yè)態(tài)勢分析和故障處理，維持系統(tǒng)工作效率。

1.4 可服務(wù)綜合運(yùn)維

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)也能服務(wù)綜合運(yùn)維，這與其智能化作業(yè)模式及其他延伸性功能有關(guān)。如數(shù)據(jù)信息的記錄、處理，城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)可以在集成技術(shù)的支持下對各類工作信息進(jìn)行記錄，由技術(shù)人員對信息進(jìn)行采集，形成可以服務(wù)綜合運(yùn)維管理的大數(shù)據(jù)資料，用以改善本地城市軌道交通管理模式。

2 城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基礎(chǔ)工作技術(shù)

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)、應(yīng)用，需要以各類基礎(chǔ)技術(shù)提供支持，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等，這些技術(shù)是構(gòu)建城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是其工作系統(tǒng)建設(shè)的基本前提。如城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的日常工作需要以電子計(jì)算機(jī)作為載體，其復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)則需要以集成技術(shù)提供邏輯支持，區(qū)域范圍內(nèi)各類主體的聯(lián)動則對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了要求，需要后者為各主體的互動、指令下達(dá)及實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)提供技術(shù)支持。物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈技術(shù)則是一些基礎(chǔ)技術(shù)部分集成后的產(chǎn)物，也可以直接服務(wù)城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行。

2.2 智能技術(shù)

智能技術(shù)是城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的中心技術(shù)，主要以清晰邏輯和默認(rèn)程序?yàn)榛A(chǔ)，對城市軌道交通信號進(jìn)行分析、控制，以實(shí)現(xiàn)列車聯(lián)鎖、進(jìn)路控制、間隔控制、調(diào)度指揮、信息管理、設(shè)備工況監(jiān)測及維護(hù)管理等功能。信號系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化管理也依賴智能技術(shù)提供支持，后者根據(jù)城市軌道交通的具體情況，分析是否需要進(jìn)行間隔控制調(diào)整，合理組織車輛進(jìn)出站，規(guī)避車輛碰撞、延誤等問題，為城市軌道交通指揮活動提供綜合支持。

2.3 傳感器技術(shù)

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)對傳感器技術(shù)的依賴不是絕對的，如果僅以保證城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)日常工作為目標(biāo)，傳感器技術(shù)并非其核心技術(shù)，出于提升系統(tǒng)綜合服務(wù)能力、管理能力的目的，可以在系統(tǒng)內(nèi)引入傳感器技術(shù)提供輔助，包括故障定位、能耗感知等。以故障定位為例，傳感器技術(shù)可以實(shí)時(shí)對信息采集對象的工作情況進(jìn)行分析，形成客觀、實(shí)時(shí)的有效信息，如果該目標(biāo)存在工作異常、故障情況，工作人員可以根據(jù)傳感器提供的信息快速完成分析，實(shí)現(xiàn)故障類別評估和發(fā)生區(qū)域定位。

2.4 通信技術(shù)

通信技術(shù)是保證城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)能夠常規(guī)作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是大范圍綜合性管理，包括上文所述的列車聯(lián)鎖等，這些工作在智能模式下是實(shí)時(shí)進(jìn)行、實(shí)時(shí)調(diào)整的。為保證各主體之間能夠高效聯(lián)動，也為服務(wù)遠(yuǎn)程端對現(xiàn)場的管理和作業(yè)干預(yù)，需通過通信技術(shù)為信息傳輸、指令下達(dá)等活動提供支持。

3 城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用方法

3.1 系統(tǒng)工作架構(gòu)

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)以完善的作業(yè)架構(gòu)為基礎(chǔ)，該架構(gòu)的建設(shè)主要關(guān)注兩個(gè)方面，即工作設(shè)施配置與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)。

工作設(shè)施配置方面，考慮到城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)需要處理大量指令和數(shù)據(jù)，需要建設(shè)以計(jì)算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)虛擬作業(yè)平臺，配置若干主機(jī)和數(shù)目更多的分機(jī)，形成獨(dú)立工作的計(jì)算機(jī)群。城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)計(jì)算機(jī)性能參考標(biāo)準(zhǔn)見表1。

按表1標(biāo)準(zhǔn)，主機(jī)負(fù)責(zé)城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的各類關(guān)鍵性工作，分機(jī)負(fù)責(zé)分?jǐn)倲?shù)據(jù)計(jì)算、存儲等方面的壓力，保持系統(tǒng)作業(yè)流暢。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)關(guān)注各主體的高質(zhì)量互聯(lián)，要求將各列車、信號管理站、工作人員、計(jì)算機(jī)設(shè)備等關(guān)聯(lián)到物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，由于城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)內(nèi)信息較多、管理范圍大，為保證信息處理效率，還應(yīng)采用區(qū)塊鏈工作模式，如地級市可以建立以縣區(qū)為中心的區(qū)塊鏈中心，各中心接受本地交通部門統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，但信息處理、智能運(yùn)維系統(tǒng)作業(yè)均獨(dú)立開展，實(shí)時(shí)將管理數(shù)據(jù)提供給上級管理中心即可，借此實(shí)現(xiàn)城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)工作壓力分?jǐn)偅ＷC其管理靈活性。

3.2 智能技術(shù)的應(yīng)用模式

智能技術(shù)的應(yīng)用，是城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)可以發(fā)揮預(yù)期作用的關(guān)鍵，要求通過大數(shù)據(jù)技術(shù)、傳感器技術(shù)、感知和實(shí)時(shí)分析技術(shù)等，為智能技術(shù)提供應(yīng)用層面的支持。如進(jìn)路控制工作，地鐵站需要控制多列地鐵車輛的進(jìn)出，避免其出現(xiàn)碰撞問題，默認(rèn)地鐵的行進(jìn)速度為Xkm/h，實(shí)際工作中，各列車的運(yùn)行速度可能稍有波動，圍繞X上下變化，表現(xiàn)為：

該數(shù)集中，Xmin為列車運(yùn)行的最低速度要求，當(dāng)列車的運(yùn)行速度低于該指標(biāo)時(shí)，可能延誤后車進(jìn)站；Xmax為列車運(yùn)行的最高速度要求，當(dāng)列車的運(yùn)行速度高于該指標(biāo)時(shí)，可能與前車相撞。

實(shí)際工作中，交通管理部門可以借助智能技術(shù)對本地城市軌道交通有關(guān)信息進(jìn)行采集，也可以利用第三方服務(wù)獲取大數(shù)據(jù)，綜合進(jìn)行分析，確定Xmin、Xmax的具體值，將其代入工作計(jì)算機(jī)中完成記憶。實(shí)際工作中，由傳感器進(jìn)行地鐵運(yùn)行參數(shù)的分析，對其動力系統(tǒng)進(jìn)行信息采集，將采集結(jié)果通過通信技術(shù)提供給管理處，管理處的智能模塊實(shí)時(shí)對傳感器收集的信息進(jìn)行評估，如果其處于Xmin、Xmax之間，默認(rèn)其不存在進(jìn)站碰撞方面的風(fēng)險(xiǎn)、隱患；如果傳感器提供的參數(shù)低于Xmin或高于Xmax，系統(tǒng)默認(rèn)其可能與其他車輛相撞，根據(jù)智能系統(tǒng)對照結(jié)果下達(dá)指令，要求不同列車調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，合理進(jìn)行進(jìn)路控制，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。智能技術(shù)也可以服務(wù)智能化故障診斷分析、智能化間隔控制和調(diào)度指揮等工作，使城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的功能得到保證、提升。

3.3 傳感器和通信技術(shù)應(yīng)用方法

傳感器和通信技術(shù)的應(yīng)用具有一定關(guān)聯(lián)性，如傳感器收集的信息，需要通過通信模塊進(jìn)行傳遞，同時(shí)通信技術(shù)也應(yīng)進(jìn)一步尋求優(yōu)化，以保證多信息同步處理的能力。

傳感器的具體應(yīng)用主要根據(jù)城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)功能定位決定，包括上文所述的速度參數(shù)分析、故障定位等，在確定了功能需要的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)場配置傳感器的方式，以接觸式傳感器為主要設(shè)備，對目標(biāo)的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集，也可以使用非接觸式傳感器提供信息采集方面的輔助。通信技術(shù)以有線模式為主，減少列車機(jī)電環(huán)境產(chǎn)生的磁場干擾，保證通信質(zhì)量。由于城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)主體較多，還應(yīng)引入CAN總線技術(shù)，以現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)為不同主體的通信活動提供獨(dú)立信道，管理中心的指令也可以通過不同信道獨(dú)立下達(dá)，改善城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

3.4 其他輔助技術(shù)的應(yīng)用方法

城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行過程中，也需要有其他技術(shù)的輔助，包括可視化技術(shù)、云技術(shù)、嵌入技術(shù)等，這些技術(shù)不直接影響城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，但可以實(shí)現(xiàn)功能細(xì)化和延伸，以提升系統(tǒng)的綜合工作能力。

以可視化技術(shù)為例，軌道交通管理過程中，可能出現(xiàn)一些不可預(yù)知的情況，如設(shè)施故障、碰撞事故等，可以在城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的管理終端配置可視化軟件，該軟件實(shí)時(shí)與物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈中心保持關(guān)聯(lián)，可以直接借助現(xiàn)場圖像采集設(shè)施收集有關(guān)信息，也可以對管理工作中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和數(shù)字轉(zhuǎn)化，使其成為能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)直接判別、讀取的語言，再利用計(jì)算機(jī)平臺提供給遠(yuǎn)程管理者，使后者以可視化方式直觀了解城市軌道交通運(yùn)行情況，對信號智能運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行管理和遠(yuǎn)程操控等。

4 結(jié)束語

綜上所述，城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)具有便捷性高、管理實(shí)時(shí)化、適用性廣泛等優(yōu)勢，也能服務(wù)綜合運(yùn)維。從技術(shù)上看，該系統(tǒng)需要依賴常規(guī)信息技術(shù)提供平臺，同時(shí)與智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)及其他輔助技術(shù)共同發(fā)揮作用。從應(yīng)用層面上看，系統(tǒng)工作機(jī)構(gòu)應(yīng)保證邏輯清楚、結(jié)構(gòu)功能定位明確，之后分別結(jié)合技術(shù)特征提供完整的技術(shù)應(yīng)用方案，確保各項(xiàng)技術(shù)能夠以集成化形式發(fā)揮管理作用，應(yīng)用云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合城市軌道交通信號系統(tǒng)運(yùn)維管理，形成一套基于信號系統(tǒng)的智能運(yùn)維平臺，實(shí)現(xiàn)信號系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、應(yīng)急處理、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、日常管理等功能，服務(wù)城市軌道交通信號智能運(yùn)維。