城市軌道交通車輛智能運維系統探索與分析

劉艷玲

摘 要：隨著我國城市軌道交通的快速發展，安全高效網絡化的城市軌道交通運營需求日益增長。針對城市軌道交通車輛實際運營需求， 搭建智能運維系統架構的發展方向，以期為城市軌道交通車輛智能運維系統的發展提供參考與借鑒。

關鍵詞：城市軌道交通;智能交通;車輛運維系統

1 智能運維系統概述

車輛智能檢修系統可對城市軌道交通車輛的車底、車側、車體外觀以及輪對狀態進行智能檢測;車廠智能生產管理系統用于智能管理車輛狀態，智能排布運營日計劃，實現設備的自動定位以及對施工工單進行智能沖突檢測;車輛智能專家診斷系統運用大數據、人工智能等先進技術手段及模糊邏輯等推理算法，對車輛運行狀態進行監測和故障預測，評估車輛健康狀態，并結合維修基地的維修資源情況，給出合適的維修決策，以實現關鍵設備和部件的預測性維修，保證車輛高質量的運營。

2 基于大數據的信息化技術應用思路

2.1 總體應用思路

大數據是泛指規模巨大，在采集、存儲、分析、挖掘、管理方面遠遠超出傳統數據庫，如關系型數據庫等能力范圍的數據集合，其關鍵意義就是對數據的專業化處理。現階段大數據關鍵技術在軌道交通運營維護方面的應用有物聯網、云計算、智能支付、GIS和BIM等，基本應用思路主要是在總體設計上遵循數據獲取、存儲、處理、分析及應用的邏輯順序，在應用框架上可以分為數據層、基礎層、業務層、管理層、決策層和應用層等。其邏輯思路能夠概括為以下兩種：第一種思路為從底向上，首先從采集數據源出發，利用智能化的數據采集設備實現運維工作的數據化，而后建立規模龐大并不斷更新的數據庫資源，最后在各種設備的維保業務中將數據加以應用。這一思路具有數據結構較為明確、系統性好、完整性強的優點，有利于維保數據的共享和調用。具體應用實例有京投公司的北京軌道交通資產管理系統、京港地鐵的運營資產全生命周期管理理念等。第二種思路為從頂向下，主要利用數據相關性來決策實際問題和相應的管理需求，根據不同的運維業務和運維場景，建立相應的數據化立體模型，最終形成包含各類維護信息的數據資源。具有目標較為明確、能夠以需求為導向的特點，并能很快體現出信息化應用對維保業務和管理決策的支持作用。

2.2 應用架構

對于設備運維信息化應用思路，其應用原則具有一致性，也就是首先獲取數據，然后進行數據的處理分析，最后進行應用。根據這一邏輯關系構建出基礎層、數據層、應用層的三層架構體系。其中，基礎層主要負責數據獲取和存儲，具體可以分為底層硬件基礎設備、數據環境以及數據源采集。通過搭建智能監測設備、智能采集設備、低容量存儲設備、低能耗網絡傳輸設備等硬件基礎體系以保證數據采集的穩定性、數據傳輸環境的安全性等。并能利用各種平臺將基礎信息、維修記錄、故障數據等錄入系統。數據層分為數據處理、數據分析、數據更新三部分，能夠將基礎層獲得的全部信息進行集中，將數據分類、轉換格式，并整理非結構化與半結構化，而后根據運維場景分類，對不同場景下的數據進行應用性分析、經濟性分析、數據化分析等，主要包括設備健康曲線、故障曲線、趨勢圖、等方面，最后根據時間順序將數據進行迭代更新并多備份存儲。應用層從頂向下可以分為數據決策層、數據管理層、數據業務層、數據接口層四個層級，數據決策層主要提供企業的發展戰略、績效成本等。數據管理層主要包括資產管理和人力資源管理，能夠管理資產的核算、更新、改造、報廢，人員的考勤、排班和資質。數據業務層主要包括設備管理、作業管理、維修計劃、標準管理、物資管理等方面，各個業務部門可以根據以上內容開發相應的系統及平臺。數據接口層預留了設施設備運維管理與列車實時監控、客運組織、應急防災決策、信息發布等應用的接口，以便于數據資源的共享，以及促進不同業務和專業的信息交流。

3 城市軌道交通車輛智能運維系統應用展望

3.1 確定關鍵部件健康管理特征量

根據關鍵部件的歷史監測數據及經驗，確定關鍵部件健康管理的特征量。一般地，若一個狀態監測量與該部件物理失效機理直接相關，則以該狀態監測量作為該關鍵部件的健康管理特征量;若該關鍵部件過于復雜，無法或很難測定與部件失效機理直接相關的物理量，則可通過對多種狀態監測量融合來建立該部件的虛擬健康管理特征量。通過在城市軌道交通車輛關鍵部件加裝多種微型復合傳感器，如溫度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器等獲取實時數據，在傳感器采集到數據后傳到隨車的數據中心，隨車數據中心利用大數據技術和數據融合算法對數據預處理，簡化后續數據處理難度，隨后通過車地通信系統將預處理后的關鍵數據傳輸給地面數據處理中心;地面數據處理中心利用數據融合算法提取數據特征，通過對特征提取后的數據進一步分析實現對各關鍵部件的狀態監測，并將這一數據存入數據庫，與此同時，對特征提取后的數據利用人工智能判斷其是否出現故障，并結合歷史數據及產品參數模型等預測故障的部位、類型等，隨后系統內部及時修訂維修計劃，調配備品備件及相關人員對故障車輛保障維修;若系統控制中心判斷未出現故障情況，則系統進入下一個循環。

3.2 確定安裝傳感器的種類和位置

根據已確定的關鍵部件健康管理特征量來確定應布置在各關鍵部件的傳感器種類及位置。作為承擔城市公共交通主干運輸的城市軌道交通車輛，其對安全性要求苛刻，這導致傳感器安裝位置要求隨之提高。例如，對于車輛轉向架，城市軌道交通車輛生產商多要求不能隨意鉆孔，以保證其安全性能，故安裝在轉向架的傳感器多采用強力膠貼在構架上。其次，車上監測系統布置需考慮車輛實際運行環境，不能出現脫落等現象影響車輛運行。最后，應考慮各關鍵部件實際工作環境，選擇與之相應的經濟方案。

3.3 確定數據傳輸方式

數據傳輸方式分為兩類，一類為車上監測系統內的數據傳輸方式，一類為車地間數據傳輸方式。對于車上檢測系統內的數據傳輸方式，可選擇采用新增以太網的方式，將加裝的數據與車上原有網絡控制系統對接，實現車輛在線故障預警和智能診斷。對于車地間數據傳輸，可通過車輛離線后人工數據下載、無線通信數據傳輸或軌旁電路數據傳輸等方式將預處理后的數據傳輸到地面數據處理中心。建議對于關鍵部件的關鍵特征量，利用5G通訊技術實現數據實時傳輸;對于數據量較大的非關鍵數據及其相關的環境參數可通過車輛離線后人工數據下載的方法傳輸到地面數據處理中心。在前述步驟完成的前提下，建議建立地面數據處理中心。該中心為城市軌道交通車輛智能運維系統的核心，可對傳輸到該中心的數據進行大數據處理，開展數據融合、數據挖掘和深度學習等工作，是實現關鍵部件健康管理的基礎。

4 結語

城市軌道交通在帶給城市諸多效益的同時，圍繞著建設安全可靠、高效集約、網絡化的城市軌道交通可持續發展戰略目標，也使得城市軌道交通的建設與運營部門面臨著巨大挑戰，滿足環境可持續發展戰略要求的同時提升城市軌道交通設備智能化管理水平，越來越成為研究的熱點。

參考文獻

[1]李聰.地鐵信號系統智能運維方案設計[J].鐵道通信信號，2019，55（02）：86-90.