智能化技術在地鐵列車運維管理中的應用與前景

摘要 隨著城市化進程的加快和人口的不斷增長，地鐵系統(tǒng)作為一種高效、快速、環(huán)保的城市交通方式得到了廣泛應用和發(fā)展，而地鐵列車的運維管理對于確保安全和提高運行效率具有重要意義。傳統(tǒng)的地鐵列車運維管理往往依賴人工巡檢，容易受到人的主觀判斷和錯誤的影響。為解決這些問題，文章主要探討了智能化技術在地鐵列車運維管理方面的應用與前景。

關鍵詞 智能化技術；地鐵列車；運維管理

中圖分類號 U29 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0007-03

0 引言

地鐵系統(tǒng)作為一種高效、快速、環(huán)保的城市交通方式，在現(xiàn)代城市中發(fā)揮著重要作用。為確保地鐵列車安全運行和提高運行效率，地鐵運營商越來越多地引入智能化技術以改善列車的運維管理。智能化技術包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等，可以實現(xiàn)對列車狀態(tài)的遠程監(jiān)測、數(shù)據(jù)的實時采集與分析，并根據(jù)信息進行智能決策與優(yōu)化，從而提升地鐵列車運維的精確性、實時性和智能化水平。

1 地鐵列車運維管理存在技術缺陷

1.1 設備監(jiān)測和故障診斷不準確

傳統(tǒng)的地鐵列車運維管理依賴人工巡檢和經(jīng)驗，這種方式具有主觀性和局限性[1]?，F(xiàn)代智能化技術雖然可以實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)測和故障診斷，但有時由于傳感器的故障或數(shù)據(jù)分析算法的不完善，可能會導致設備監(jiān)測和故障診斷結果的準確性不高，無法及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。

1.2 安全風險和網(wǎng)絡安全問題

智能化技術的應用涉及大量的數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，以及龐大的網(wǎng)絡基礎設施。這些都對系統(tǒng)的安全性提出了新的要求。如果網(wǎng)絡遭受攻擊或數(shù)據(jù)被篡改，可能會對地鐵列車的運行安全和正常維護帶來重大的風險。

1.3 技術更新和適配問題

地鐵列車的運營周期一般較長，存在多個世代的車輛和設備。隨著智能化技術的快速發(fā)展，舊有的設備可能無法與新的智能化系統(tǒng)兼容，或者無法獲得最新的技術更新。這可能導致部分設備無法利用智能化技術帶來的優(yōu)勢，限制了運維管理的整體水平和效果。

2 針對地鐵列車運維管理問題的解決對策

2.1 優(yōu)化數(shù)據(jù)分析算法，提高故障診斷的準確性和及時性

優(yōu)化數(shù)據(jù)分析算法可以在地鐵列車運維管理中發(fā)揮重要作用，提高故障診斷的準確性和及時性[2]。例如，在某城市的地鐵運行中，信號系統(tǒng)是關鍵的控制系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)通過監(jiān)測地鐵列車的位置、速度和剎車狀態(tài)等信息，并實時發(fā)出指令，以確保列車安全運行。然而，由于地鐵列車數(shù)量龐大、線路復雜多樣，以及一些無法預見的因素，比如惡劣天氣和設備老化等，信號系統(tǒng)可能會出現(xiàn)各種故障。這些故障如果不能及時發(fā)現(xiàn)和解決，會給地鐵運營帶來不便甚至安全隱患。為了解決這一問題，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析算法可以起到關鍵作用，該算法通過對大量實時和歷史數(shù)據(jù)進行分析，建立故障預測模型，精確預測可能出現(xiàn)的故障。假設有n個特征描述地鐵列車的狀態(tài)，分別用x1，x2，...，xn表示。其中x1表示列車速度、x2表示溫度、x3表示振動等傳感器數(shù)據(jù)。目標變量y用于表示是否發(fā)生故障，取值為0或1。

利用邏輯回歸模型，利用特征x1，x2，...，xn預測目標變量y的概率。邏輯回歸模型的公式如下：

p = 1/（1 + exp（-z）） （1）

式中，p——發(fā)生故障的概率，邏輯回歸模型預測的目標變量（也可以稱為標簽）的概率；exp——自然指數(shù)函數(shù)，即e的指數(shù)冪；z——線性函數(shù)的結果。其中，z=w0+w1×x1+w2×x2+...+wn×xn，是特征向量x1，x2，...，xn與權重向量w0，w1，...，wn進行線性組合的結果。w0，w1，...，wn為模型的權重參數(shù)。這些參數(shù)將通過訓練過程進行學習和優(yōu)化，以使模型能夠更好地擬合數(shù)據(jù)。x1，x2，...，xn為特征向量，用來描述地鐵列車的狀態(tài)。每個特征對應一個觀察值。這可以幫助運維人員采取預防措施，以減少故障對地鐵運營的影響。優(yōu)化數(shù)據(jù)分析算法可以實現(xiàn)自動報警和快速定位故障，一旦系統(tǒng)監(jiān)測到信號異常，它會自動發(fā)出報警，并通過數(shù)據(jù)分析算法準確定位故障的具體位置和原因。具體公式如下，主要利用數(shù)據(jù)分析算法進行故障定位：

FV=W1×F1+W2×F2+...+Wn×Fn （2）

式中，F(xiàn)V——故障位置的向量，包含每個設備的可能故障位置；Fi——第i個設備發(fā)生故障的概率；Wi——第i個設備對故障位置的權重，用于衡量其對故障位置的影響力；n——設備的數(shù)量。通過計算每個設備發(fā)生故障的概率，并根據(jù)其對故障位置的影響力賦予權重，從而計算出故障位置的向量FV。這樣，運維人員可以快速定位問題并采取相應的修復措施。另外，通過數(shù)據(jù)分析算法可以實時監(jiān)測和分析地鐵列車的運行狀況，從而可以及時調配資源，優(yōu)化列車的運行策略，提高運行效率。

2.2 強化系統(tǒng)的網(wǎng)絡防護措施，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲

為了確保地鐵列車運維管理中數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲，需要強化系統(tǒng)的網(wǎng)絡防護措施。以某城市地鐵列車運維管理系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)涉及大量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、乘客信息及維修報告等敏感數(shù)據(jù)[3]。針對數(shù)據(jù)防護問題需要建立嚴格的網(wǎng)絡安全策略，通過制定和執(zhí)行安全策略，規(guī)定各種網(wǎng)絡行為的權限和訪問控制，限制非授權人員對系統(tǒng)的訪問。實施嚴格的訪問控制策略，只允許授權人員訪問系統(tǒng)。通過建立用戶賬戶和權限管理機制，規(guī)定各種網(wǎng)絡行為的權限，如登錄、讀取/寫入數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置等。此外，記錄所有訪問和操作行為，并定期審計和監(jiān)控這些日志，以便及時發(fā)現(xiàn)和應對潛在的安全事件。部署防火墻和入侵檢測系統(tǒng)，對網(wǎng)絡流量進行實時監(jiān)測和分析，檢測并阻止未經(jīng)授權的訪問和網(wǎng)絡攻擊。嚴格限制入口和出口流量，并實施全面的安全策略以防御潛在的網(wǎng)絡威脅。監(jiān)視系統(tǒng)日志、行為分析和入侵檢測報警，及時發(fā)現(xiàn)和修復潛在的安全漏洞，并通過建立緊急響應機制處理安全事件。防火墻和入侵檢測系統(tǒng)應用及效果分析見表1所示：

如表1所示，通過部署防火墻和入侵檢測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測和分析網(wǎng)絡流量，并檢測阻止未經(jīng)授權的訪問和網(wǎng)絡攻擊。這些安全設備和系統(tǒng)能夠對網(wǎng)絡流量進行深度檢測，以有效地識別和屏蔽惡意流量，從而保護網(wǎng)絡系統(tǒng)免受潛在的網(wǎng)絡威脅。

對于包含敏感數(shù)據(jù)的內部網(wǎng)絡，可以采用隔離網(wǎng)絡的方式，確保只有經(jīng)過授權的人員才能夠訪問。采用強大的身份認證和訪問控制機制，確保每個用戶都有唯一的身份標識，且只能訪問其所需的數(shù)據(jù)和功能。部署入侵檢測系統(tǒng)（IDS）和入侵防御系統(tǒng)（IPS），對網(wǎng)絡流量進行實時監(jiān)控和分析，及時發(fā)現(xiàn)并阻止可能的攻擊行為。結合安全事件和日志管理系統(tǒng)，建立網(wǎng)絡安全的監(jiān)控和響應機制，以便及時應對網(wǎng)絡威脅和安全事件。根據(jù)數(shù)據(jù)的敏感性和機密性，對數(shù)據(jù)進行分類，并制定相應的訪問控制策略，確保敏感數(shù)據(jù)只能由經(jīng)過授權的人員，以及需要訪問這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和應用程序進行訪問，限制物理訪問權限，使用視頻監(jiān)控和入侵報警系統(tǒng)，防范未經(jīng)授權的人員對服務器房、機房等關鍵設備區(qū)域的訪問。

同時，對于特權用戶和管理員賬號，應加強權限管理，限制其訪問范圍，以減少潛在的風險。對于敏感數(shù)據(jù)的傳輸，可以使用SSL/TLS等加密協(xié)議以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機密性和完整性。

2.3 地鐵運營商應制訂設備更新計劃，逐步引入兼容智能化技術的新設備

地鐵運營商應制訂設備更新計劃，逐步引入兼容智能化技術的新設備，以提升地鐵列車的運維管理效率和服務水平[4]。例如，某城市的地鐵運營使用了一批老舊列車，但這些列車的設備和技術已相對落后，無法滿足當下快速發(fā)展的智能化需求，因此地鐵運營商應積極推動設備更新，引入兼容智能化技術的新設備。地鐵運營商可以制訂設備更新計劃，根據(jù)列車的年限和技術狀況確定合理的更新周期；通過定期維護和檢查，評估列車設備的性能和可靠性，判斷是否需要進行設備更新。設備類型及更新周期見表2所示：

與設備更新和維護計劃相結合的是培訓和人員技能提升。地鐵運營商應為操作和維護人員提供必要的培訓和技能提升機會，以確保工作人員能夠熟練操作和管理新設備，并能進行適當?shù)木S護和故障排除，這樣可以確保設備的順利更新和運行，從而提高地鐵系統(tǒng)的整體運營效率和乘客服務質量。同時，可以結合列車的實際使用情況和未來的發(fā)展需求，提前做好預測和規(guī)劃，以確保設備更新的及時性和連貫性。地鐵運營商應充分考慮智能化技術的應用需求，并選擇兼容這些新技術的設備。例如，引入具有智能監(jiān)控、故障自診斷、遠程管理和數(shù)據(jù)自動上傳等功能的列車設備。這樣，運維人員就可以實時監(jiān)測列車的運行狀況，以便迅速發(fā)現(xiàn)故障并進行診斷，減少故障排除的時間和成本。列車設備基本參數(shù)見表3所示：

數(shù)據(jù)將通過智能監(jiān)控和傳感器系統(tǒng)收集，并通過設備內部的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自動上傳到遠程管理平臺或服務器，供運維人員實時監(jiān)測、分析和故障診斷。通過及時獲得列車設備的狀態(tài)和性能數(shù)據(jù)，運維人員可以迅速發(fā)現(xiàn)異常情況和故障，并采取相應的措施進行修復，以減少故障排除的時間和成本。這些可以提高列車設備的可靠性和可用性，確保地鐵系統(tǒng)的平穩(wěn)運行和乘客安全。

同時，智能設備還能自動匯總和上傳相關數(shù)據(jù)，為運營決策提供有效依據(jù)，并幫助優(yōu)化列車的調度和擁堵管理。地鐵運營商還應考慮設備的可擴展性和兼容性，確保新設備能與既有的系統(tǒng)進行無縫對接。例如，可以選擇采用開放式架構和標準化接口的設備，以便與現(xiàn)有的運維管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)進行集成。這樣一來，可以充分利用既有系統(tǒng)的資源和功能，減少運營商因設備更新而帶來的投資成本和工作量。

3 智能化技術在地鐵列車運維管理的未來前景

第一，智能監(jiān)控系統(tǒng)是地鐵列車運維管理中的重要組成部分。通過在列車上部署傳感器和監(jiān)控設備，可以實時監(jiān)測列車的各項參數(shù)，如速度、溫度、濕度、壓力等，以及車門狀態(tài)、客流量等。這些數(shù)據(jù)可以全天候、高精度地獲取和上傳，以提供準確的列車運行狀況信息。運維人員可以通過遠程管理平臺實時查看和分析這些數(shù)據(jù)，快速發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應的措施。智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠大幅提升列車設備的可靠性和安全性，減少故障發(fā)生的概率，提高列車運行的穩(wěn)定性。

第二，故障自診斷系統(tǒng)是智能化技術在地鐵列車運維管理中的重要應用。通過對傳感器數(shù)據(jù)的實時分析和比對，故障自診斷系統(tǒng)可以識別并定位列車設備的故障。一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，并提供詳細的故障信息，運維人員可以通過遠程管理平臺獲得這些信息，并執(zhí)行相應的故障排除措施。故障自診斷系統(tǒng)有效地減少了故障診斷的時間和人力成本，提高了列車設備的維修效率。

第三，智能化技術為地鐵列車運維管理提供了大量的數(shù)據(jù)支持。通過數(shù)據(jù)的自動上傳功能，可以及時將列車設備的運行數(shù)據(jù)和故障信息上報，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化提供可靠的基礎。運維人員可以通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，預測設備的健康狀況，制訂定期維護計劃，降低意外故障概率，并優(yōu)化調度策略，提高列車的運行效率。

4 結語

總體而言，智能化技術在地鐵列車運維管理中的應用前景十分廣闊。隨著技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，智能化技術將持續(xù)推動地鐵列車運維管理水平的提升。通過智能監(jiān)控系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)和遠程管理等應用，地鐵運營商可以實現(xiàn)更高效、高質量的列車運維管理，不斷提升乘客的出行體驗，同時降低運維成本和提高運輸效率。智能化技術的不斷應用和創(chuàng)新將為城市交通的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻。

參考文獻

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收稿日期：2025-01-07

作者簡介：彭威（1990—），男，本科，工程師，主要從事地鐵列車運維管理方面的研究工作。