虛擬軌道列車智能運維平臺設計

中車長春軌道客車股份有限公司 吳洪霞 石海明

隨著城市人口的增加、交通壓力的上升，虛擬軌道列車成為了緩解城市交通壓力的新嘗試。虛擬軌道列車是以地面虛擬軌道為導向運行的公路列車，因其軌道不是傳統鋼軌而是采用特殊材料在地面上鋪設的感應標識而得名。虛擬軌道列車屬于新型城市軌道交通工具，集合了公共汽車、有軌電車和輕動車組的部分特點，是汽車、列車和火車的特殊融合物。目前我國在軌道交通技術行業中列車的運營維護往往還在采用傳統的、獨立的運維方式。

傳統的運維方式是主要包括對列車的維修采用故障修和定期檢修的方式。故障修是指在列車發生故障后再針對故障發生的地方進行針對性的專項維修，但是對列車故障產生的影響卻是不可知、不可控的，甚至可能產生車毀人亡等重大事故。定期檢修是根據預先制定的維修計劃進行定期檢查維修，可以提前發現列車的安全隱患，及時排除危險，但是這種的維修方式需要進行無差別的全面檢查，造成工作量與成本的大幅度提升。

獨立的運維方式是指在列車的運維中，不同的公司，工段甚至零部件之間的維修往往是相互獨立的，但是列車包括線路卻是一個耦合的整體，某個零部件的異常可能在其他零部件上有更多的表征。并且不同公司維修的經驗與技術往往是獨立的，這需要一個漫長的積累過程，就使得一些故障不能及時排除，同樣也可能埋下安全隱患。

因此，針對上述虛擬軌道列車的發展和目前的軌道交通運維特點，本文提出了虛擬軌道列車智能運維平臺的設計。通過智能運維平臺的設計，希望能夠改善列車故障后維修的被動運維的缺陷，及時發現故障并進行精確維修，減少故障的發生和降低運營維護的成本。

1 虛擬軌道列車智能運維

1.1 運維與智能運維

運維有運行和維保兩重含義，城市軌道交通運維工作的目的在于確保城市軌道交通安全、穩定、高效、經濟地運營。運營是指為城市軌道交通線路提供正常運營服務，以及從運營服務中獲取相應收入的活動；維保則是為了保持和恢復裝備或設備的良好工作狀態而進行的活動，是保障城市軌道交通安全運營的基礎。

智能運維是指將大數據與智能技術運用到“運維”服務中，主要是對于軌道列車的關鍵零部件和主要設備進行在線檢測，診斷以及預警的過程。在智能運維服務的過程中，會應用到數據采集、移動通訊、定位監管、大數據、云計算和人工智能等智能技術。對軌道列車的全壽命周期運維實現數字化、智能化的管理，以達到保障人車安全，提高運維技術、改善乘客舒適度，減少維修成本和人力資源的目的。

1.2 智能運維的主要支撐技術

虛擬軌道列車智能運維主要作用是保證列車的正常的運行和設備、零部件的維護保障，其具體的主要支撐技術包括列車數據采集與傳輸技術、數據庫的數據兼容與擴展技術、列車健康管理與故障預警技術、列車運營調度管理技術等。

（1）列車數據采集與傳輸技術：虛擬軌道列車的實時數據中包含大量信息，通過對虛擬軌道列車在線數據的采集、傳輸并進行實時分析，能夠在列車發生故障的早期進行判斷并進行預警，及時更換與維修，避免災難的發生。

（2）數據庫的數據兼容與擴展技術：虛擬軌道列車運維專業知識數據庫是實現虛軌列車智能運維平臺構建的關鍵，其主要起到為虛擬軌道列車的故障維修和日常檢修提供專家知識支持的作用，因此就需要大量的數據實現可兼容性與數據庫的可擴展性。

（3）列車健康管理與故障預警技術：在經過前期不斷檢測，形成了一定規模的監測數據和故障信息后，通過對信息的分析與提取對列車的健康壽命進行評估與故障診斷。

（4）列車運營調度管理技術：這一關鍵技術旨在解決虛擬軌道列車的運營管理，通過以往的運營數據，對列車的各個方面進行綜合性管理，保證列車的正常運營以及緊急情況下的調度，保證虛擬軌道列車的運營連續性。

圖1 智能運維平臺運行機理圖

圖2 虛擬軌道列車智能運維平臺的設計圖

2 虛擬軌道列車智能運維數據流

根據虛擬軌道列車的智能運維的關鍵技術，其智能運維平臺數據流如圖1所示。圖中專業知識數據庫是智能運維平臺構建的核心基礎，可以對虛擬軌道列車提供數據儲存與調用，并通過云計算等進行分析，為虛擬軌道列車的運維提供專業知識數據與專家指導。

其中列車數據的采集是填充數據庫的前提，將虛擬軌道列車的在線檢測數據，歷史檢修數據等上傳的專業知識庫中，為數據庫提供基礎的知識與處理對象。數據兼容與擴展是對數據庫技術層面的支持，要對龐大的技術數據進行處理，首先就要對其進行數據規范，做到各種數據的兼容通用，為后續數據處理提供方便，對此可以采用元數據技術來達到數據的兼容性；數據庫的擴容技術，為數據的不斷更新與存儲提供了空間上的可行性。

在數據在經過標準處理后存儲到數據庫中，通過庫中的數據特征和數據的對比，可以對列車的健康狀況，預計壽命，零件故障進行判斷，對可能出現的故障給出預警；同樣，也可以通過數據的參考對虛擬軌道列車進行相應的運營管理，來實現合理的運營調度。

3 虛擬軌道列車智能運維平臺

3.1 虛擬軌道列車智能運維平臺的構建

在虛擬軌道列車運維關鍵技術的支撐下，在前文中的智能運維平臺數據流的基礎上，進行虛擬軌道列車智能運維平臺的設計如圖2所示。在圖中，將智能運維平臺設計主要分成三個層次，分別是交互前端、技術平臺和后臺管理，平臺通過交互前端為使用對象提供服務。

本平臺的使用對象主要分為幾類，一是管理團隊，作為虛擬軌道列車智能運維的管理團隊，需要隨時掌握列車的各種運維信息及狀態，來對虛擬軌道列車的運維及時做出調整；二是維修檢修團隊，虛擬軌道列車智能運維平臺的設計初衷就是為了對虛擬軌道列車提供檢修維修上的方便，檢修團隊通過此平臺可以提前預警故障和為故障維修提供指導；三是隨車人員，隨車人員可以根據列車的數據狀態，做出靈活的應變與指揮。

交互前端可以將虛擬軌道列車運維提供數字化、圖像化的技術服務。其中主要包括的幾個區域為故障預警及報警界面，列車調度界面，列車履歷、檢修、計劃查詢界面，故障及維修手冊查詢，管理系統界面，狀態顯示及數據查詢界面。交互前端是連接運維平臺與使用對象的通道，用戶可以根據自身的需要選擇不同的界面信息的查詢。其中故障預警界面擁有最高級，當平臺發出故障警報時，此界面會進行優先展示，以提醒工作人員及時進行故障處理，并且交互前端各界面同樣需要計算機網絡等軟、硬件技術的支持。

技術平臺是虛擬軌道列車運維平臺的核心，數據庫是交互界面的支撐者，交互界面中的各項數據信息以及預測都是來源于專業知識庫的儲存與運算。數據庫中的數據都是經過數據輸入端并由管理者進行提供的。對于技術平臺構建的中心是搭建專業數據庫。專業數據庫的構建需要在硬件和軟件的支撐下，其中硬件部分包括對數據采集的傳感器、進行列車定位的衛星定位設備、數據傳輸的網絡設施、以及進行數據處理與顯示的計算機設備等；軟件部分包括列車數據標準的規范、平臺的良好操作性、數據服務器的可擴容性和保證系統和網絡安全的技術等。專業數據庫的工作過程按照前文虛擬軌道智能運維平臺數據流進行工作。

虛擬軌道列車智能運維平臺只有在合理的管理下才能有效的運行，管理后臺主要負責：①對虛擬軌道列車運維平臺交互界面的規劃、調整；②對于專業數據庫數據的錄入、儲存和數據庫的管理；③對于數據庫硬件支撐設備的管理、維修等；④對于虛擬軌道列車數據的規范標準調整等；⑤對于虛擬軌道列車智能運維平臺提供網絡和穩定性保障。

3.2 虛擬軌道列車智能運維平臺的功能介紹

根據虛擬軌道列車智能運維平臺的框架，其可以實現的功能模塊構建如圖3所示，其中各個模塊的功能模塊包括：列車數據顯示、歷史數據分析、運維電子書、檢修指導、壽命評估、列車調度管理、人員管理以及舒適性評價。在虛擬軌道列車智能運維平臺的管理下，各功能模塊既能單獨展示，又能夠形成一個有機的良性循環，為虛擬軌道列車的運維提供了更加有效的管理模式。

虛擬軌道列車智能運維平臺通過對于列車在線運行數據和軌旁定點監測數據的采集和分析，可以直觀的展示在平臺相應界面，以供維修與管理人員進行運維參考，并結合歷史運維數據故障特征的分析與提取，對現有的數據信息進行判斷其發展趨勢是否與歷史故障特征相似，從而對列車進行故障識別與診斷。

圖3 虛擬軌道列車智能運維平臺系統功能模塊

在虛擬軌道列車的運維過程中，對虛擬軌道列車的各種檢修計劃以及故障維修方法進行梳理，將虛擬軌道列車在運維上的計劃形成文檔的模式，為虛擬軌道列車的智能運維提供文件化的指導，其中包括對于列車檢修的指導、列車壽命的評估及列車調度的合理指導。通過形成運維電子書的形式也利于工作人員的查閱和對其它行業運維的模式指導。

通過對虛擬軌道列車全壽命周期的監測與跟蹤，形成虛擬軌道列車的列車檔案，其中包括列車的檢修信息、調度使用信息、人員配置、路況信息等等，這對于列車壽命的評估極其重要，更能有效的保證乘客的安全。在列車各種先驗數據的基礎下，對列車的調度管理形成文件，以應對虛擬軌道列車在各種情況下的調度，為虛擬軌道列車的合理運行和成本控制提供參考，并且可提高乘客的舒適性體驗。

結語：通過搭建虛擬軌道列車運維平臺為虛擬軌道列車的運維管理提供了參考案例；通過故障預警提前發現問題，降低了故障發生的概率和人員傷亡的幾率；通過數據的采集與融合，實現數據的共享，為故障的處理提供了更多的解決方法，提高了工作效率；可以為管理者提供更加合理的調度方案，實現成本的有效控制。虛擬軌道列車運維平臺的設計能夠極大促進虛擬軌道列車以及城市軌道交通行業的發展。