城市軌道交通信號設備智能運維系統頂層設計

武 強

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100036）

0 引 言

智能運維系統頂層設計嚴格依照自頂而下進行設計，立足于全局，科學調配系統內所有設備設施與資源，通過設計技術體系、管理體系等，充分考慮各層次用戶的需求特征，促使智能運維系統適用于不同場景之中，以此有效提升設施利用率，防止出現信息孤島的問題。此外，借助信息技術的優勢特征，例如高可靠性、高可拓展性等，努力健全智能運維系統，實現多平臺、多層級、多網絡的信息資源共享[1,2]。同時，有效提高系統技術、管理等方面的服務能力，減少后續建設與運營過程中的成本投入。

1 城市軌道交通信號設備智能運維系統需求性分析

目前，國內主要城市信號系統設備運維模式存在許多問題，運維保障技術僅從信號系統進行設計，信息傳遞依賴人工進行，對故障處理綜合調度缺乏自動化分析，采集數據僅限于設備運行狀態記錄等，不利于系統安保能力提升。不同廠家提供的維護系統存在人機界面不兼容等問題，給運營單位設備維護帶來不便。列車自動控制系統（Communication Based Train Control System，CBTC）為正線信號系統城軌交通線路，這種類型的系統是基于集中監測系統進行信息監測的，無法全方位、多層次地監測信息設備的運行狀態。目前既有城市軌道交通信號制式并不統一，各線路監測采集的信息在完整性和數量上都無法滿足運維需求，同時還存在采樣數據渠道單一、數據分析依賴人工經驗等問題，而通過應用智能運維系統可以大幅提高維修保障效率。車輛運維系統是以狀態維修模式為主的數字化系統，依托人工智能等新技術，借助實時監控設備分析城軌交通車輛運行數據、診斷設備運用健康狀態并指導關鍵設備現場維修作業智能化管理[3]。CBTC結構圖見圖1。

圖1 CBTC結構圖

對于城市軌道交通信號設備智能運維系統而言，其最核心的需求便是對設備的維護、管理等。考慮到軌道交通在運行、保養過程中將產生大量的數據信息，若是無法及時將這些數據信息如實記錄、儲存下來，那么在后續設備維護過程中必然會出現困難。不僅如此，設備是否存在維護的需求同樣取決于其運行過程中呈現的狀態，管理者可利用相關數據信息構建數學模型，從而確定設備的維護時間與維護內容。考慮到在安排設備維護時往往會影響到原本正常的生產計劃，相關負責部門應實時掌握固定資產流動情況，提前根據相關設備的維護需求做好備件的采購等工作[4]。考慮到不同層次下設備維護的需求有所差異，因此制定的決策支持同樣有所不同。基于此，管理者應選派專業人才，針對設備的具體維護需求制定有針對性的決策支持方案，并對其中非結構化的決策方案展開詳細研究，以確保所制定的方案能夠實現維護目標。

2 智能運維系統頂層設計要點分析

2.1 系統架構設計

綜合分配所有的設備、信息資源，構建公共、公開、共享的系統平臺，以便不同層級的用戶隨時調取。同時，構建標準、靈活、安全、高效的數據采集傳輸接口。考慮到目前監測設備型號各異，所收集到的數據也越發多樣，因此需要構建統一的數據采集體系，依照專業化的數據采集格式和接口協議整合所有的數據信息，盡可能避免出現數據資源浪費問題。設計專業化的應用服務功能、應用組件以及通用型應用程序，以便構建高效實時、公共共享的數據體系。

圖2 為智能運維系統架構示意圖

結合用戶的個性化需求，為用戶打造多樣化、可視化的數據展示頁面，真正做到業務協同。制定專業的信息安全保障制度，從而確保智能運維系統能夠一直安全穩定的運行。

2.2 系統功能設計

依托數字化技術平臺，對硬件運行狀態進行全面監測，并將所監測到的結果通過可視化的形式展示出來。其中，硬件運行狀態監測主要是對實體車道、電力設施、網絡設施、站區設施等的監測。該系統通過監測獲取相關數據，并對數據展開實時分析，一旦發現異常便會立即警示，自主對整個硬件運行狀態展開監測，有效避免出現故障。通信管道實時監測則是實時監測收費系統下光電纜的運行情況，靈活運用技術手段獲取光電纜管道占用狀況、纖芯使用量等真實數據，隨后運用圖形化的形式將整個光電纜的工作狀態呈現在管理者眼前，以便提高對光電纜資源的管理水平。若工作過程中光電纜出現斷點，則需在第一時間找到斷點發生的具體位置及時進行處理，最大程度上減少經濟損失[5]。軟件運行環境監測是通過搜集軟件運行過程中運用的信息編碼表等進行一致性對比分析，一旦發現軟件的下發情況與版本號存在不一致，則立即提示管理人員。

3 系統功能實現

基于維護支持、智能分析、運維管理需求，軌道交通信號設備智能運維系統能夠重點實現以下功能。

從信號設備狀態監測角度出發，建立信號設備狀態監測中心，為軌道交通信號設備智能運維系統實現信號設備狀態感知、集成監測、故障智能診斷、智能預警以及可視化故障再現等功能提供數據支撐，對信號設備進行全天候的監測、故障智能診斷及自動定位。若在監測信息設備的過程中發現信息波動超出安全允許范圍等異常時，該系統能夠及時自動發出預警，提醒維護人員開展檢修工作[6]。

針對信號設備建立多維度的健康評價體系，完善健康管理數據分析中心。當信息設備出現異常或故障時，健康管理數據分析中心能夠快速反應，生成服役設備的健康指數評價表，并為設備的管理和維修提供科學準確的建議，優化設備狀態。同時，在建立多維度健康評價體系時，應結合不同類型信號設備的規律和特點，采用健康度估算法對信號設備和系統總體運用情況進行評估，反饋在線設備監測、診斷信息，提供離線設備的巡檢報告。

基于平臺基礎信息和地理信息技術，建立健全運營維護一體化協同體系。編制應急方案，當運營維護一體化協同體系監測到城市軌道交通信號設備出現故障時，即可啟動應急方案，及時處理故障，維持設備運行的穩定性。系統應提供應急預案、專家系統及應急交通路線圖等業務查詢服務，滿足集成指揮調度、在線監測查詢、異常信息統計及分析等處理需求。

統籌平臺各項資源，建立人、事、物、態聯動主動式維保體系，提升維護效率，縮短維護時間。依托智能感知和系統識別技術完善主動維保標準，檢測評估信號設備的使用壽命，采用智能預測手段確定系統設備的維修周期，并根據預測維修周期設計管理與維護方案，輔助主動維修保護模式延長設備的使用壽命，提升運維管理的質量，保障系統信號設備運行的安全性和可靠性[7-9]。

對所收集的實時告警信息進行標準化處理，將不同廠家的告警按統一的標準進行分類并統一呈現。根據實際需求對不同類型的告警重新設置告警級別，并在監控界面中顯示。通過資源信息，呈現各系統的設備拓撲連接圖、設備面板圖以及業務承載信息等。配合地理信息系統（Geographic Information System，GIS）地圖，以電子地圖為背景顯示通信站點及機房的分布情況，在GIS地圖上查看站點、機房及設備分布情況。當設備有告警時，可在GIS圖層上查看告警提示。

4 結 論

依托智能化控制和集成化管理等優勢，通過地鐵信號智能運維系統可以實現信號設備狀態監測、健康管理數據分析、設備綜合監控以及主動式維保等功能，對保證運營安全、提升運維效率以及降低維護成本等具有重要意義，能夠推動信號設備維護向狀態運維模式升級，降低列車延誤率。