深圳地鐵基于城軌云的智慧運(yùn)維應(yīng)用探索

文｜張洪慶 鐘允

深圳地鐵智慧運(yùn)營總體架構(gòu)規(guī)劃及實(shí)踐

深圳地鐵運(yùn)營智慧運(yùn)維試點(diǎn)先行，自2016年開始，在專業(yè)開展智慧運(yùn)維創(chuàng)新試點(diǎn)，為推廣儲備技術(shù)。2018年底開始頂層規(guī)劃整體功能布局，2019年下發(fā)智慧運(yùn)維發(fā)展綱要和系列標(biāo)準(zhǔn)，2020年結(jié)合深圳地鐵集團(tuán)公司整體數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和藍(lán)圖規(guī)劃，全面推進(jìn)企業(yè)智慧地鐵建設(shè)。

1.基于城軌云構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)字底座，賦能智慧應(yīng)用

深圳地鐵運(yùn)營2020年初先期搭建了云與大數(shù)據(jù)平臺，支撐智慧運(yùn)維、智慧車站示范站應(yīng)用試點(diǎn)，實(shí)施了應(yīng)用集中、數(shù)據(jù)集中、多專業(yè)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)共享服務(wù)，驗(yàn)證了智慧應(yīng)用與云技術(shù)結(jié)合的技術(shù)路線。

深圳地鐵結(jié)合中國城市軌道交通協(xié)會城軌云規(guī)范，統(tǒng)一規(guī)劃基于城軌云的運(yùn)營智慧平臺架構(gòu)：骨干網(wǎng)為智慧應(yīng)用開辟物理（或虛擬）通道，整合車站無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，預(yù)留5G 切片專網(wǎng)接入、車地高速網(wǎng)絡(luò)接入，解決智慧應(yīng)用傳輸問題，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)安全互聯(lián)互通，支持生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚；實(shí)現(xiàn)“云”端統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一分析，支持智慧應(yīng)用跨專業(yè)、跨系統(tǒng)、跨功能的實(shí)施。深圳地鐵目前正在深云車輛段建設(shè)城軌云主數(shù)據(jù)中心，并規(guī)劃昂鵝車輛段建設(shè)備用數(shù)據(jù)中心。

深圳地鐵將城軌云安全生產(chǎn)域劃分為生產(chǎn)系統(tǒng)部署區(qū)和智慧應(yīng)用部署區(qū)，按“穩(wěn)態(tài)”和“敏態(tài)”需求，差異化設(shè)計(jì)和建設(shè)。

2.統(tǒng)一規(guī)劃智慧運(yùn)營平臺架構(gòu)，多專業(yè)應(yīng)用集成

區(qū)別于生產(chǎn)系統(tǒng)按線路設(shè)計(jì)分專業(yè)功能，智慧應(yīng)用直接基于線網(wǎng)設(shè)計(jì)功能和能力，功能方面，智慧應(yīng)用基于業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)流程，基于流程設(shè)計(jì)表單，基于表單收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使企業(yè)的業(yè)務(wù)流主干清晰，有利于優(yōu)化管理。能力方面，根據(jù)智慧應(yīng)用共用需求，統(tǒng)一建設(shè)數(shù)據(jù)治理能力、數(shù)據(jù)可視化能力、數(shù)據(jù)服務(wù)能力、AI（人工智能）能力、BIM（建筑三維建模）+GIS（地理信息服務(wù)）能力等。

深圳地鐵運(yùn)營智慧平臺架構(gòu)按運(yùn)營全業(yè)務(wù)一個平臺集成“智慧運(yùn)維、智慧車站、智慧出行、智慧行車、智慧段場、智慧調(diào)度、智慧經(jīng)營”七大板塊，各層級、各單位按權(quán)限使用不同的管控界面。各板塊及其子系統(tǒng)在云端共享數(shù)據(jù)庫和對象存儲，多種算法在AI 平臺異構(gòu)，最大化的減少子系統(tǒng)共用功能重復(fù)建設(shè)、減少子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

3.數(shù)據(jù)集中治理挖掘，打造數(shù)據(jù)價值化鏈條

深圳地鐵運(yùn)營旨在打造數(shù)據(jù)匯聚，數(shù)據(jù)可讀，數(shù)據(jù)可用，數(shù)據(jù)可視，最終實(shí)現(xiàn)智慧經(jīng)營支撐決策的數(shù)據(jù)價值化鏈條，同步推進(jìn)數(shù)據(jù)規(guī)范建設(shè)，讓數(shù)據(jù)價值化成為企業(yè)數(shù)字化的核心業(yè)務(wù)。

深圳地鐵運(yùn)營以智慧運(yùn)維為突破口，專業(yè)為主同步規(guī)范設(shè)備采集標(biāo)準(zhǔn)、傳輸標(biāo)準(zhǔn)和存儲規(guī)范，在數(shù)據(jù)匯聚云端時，同步完成數(shù)據(jù)專業(yè)解釋和定義，云端數(shù)據(jù)治理專業(yè)和業(yè)務(wù)并重，同步推進(jìn)多專業(yè)數(shù)據(jù)融合、協(xié)同分析和業(yè)務(wù)邏輯的梳理、整治。

聚焦地鐵多專業(yè)運(yùn)維難題，與運(yùn)營場景融合，建立多專業(yè)智慧運(yùn)維體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面感知、全系統(tǒng)集成、多專業(yè)協(xié)同聯(lián)動、智能場景深度融合，推動運(yùn)維模式升級，通過各專業(yè)智慧運(yùn)維建設(shè)，在通號、車輛、票務(wù)、維修、機(jī)電設(shè)備等專業(yè)全面實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維。

以狀態(tài)修驅(qū)動維保模式變革，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃預(yù)防修向數(shù)字化精準(zhǔn)修轉(zhuǎn)變。智慧運(yùn)維實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障趨勢預(yù)測，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)手段，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價值，開展數(shù)字化運(yùn)維變革研究，推進(jìn)設(shè)備修制修程優(yōu)化，從計(jì)劃修為主向狀態(tài)修、智能檢修為主的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)精細(xì)化管理，提高運(yùn)維效率，提升設(shè)備設(shè)施健康管理水平，持續(xù)降低能耗和運(yùn)維成本，提升運(yùn)維管理效能。

4.建設(shè)信息安全中心，構(gòu)建信息安全綜合防御體系

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)等多網(wǎng)匯聚中心云端，必然帶來更大的信息安全挑戰(zhàn)，需加強(qiáng)安全防護(hù)，實(shí)施IP 識別統(tǒng)管，建設(shè)信息安全中心，構(gòu)建信息安全綜合防御體系，加強(qiáng)對全網(wǎng)的信息安全風(fēng)險感知、監(jiān)測及處置能力，實(shí)現(xiàn)安全態(tài)勢可視化、告警自動化、流程自動化、管理扁平化四大目標(biāo)。

通過安全專網(wǎng)匯聚生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)安全數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)深圳地鐵運(yùn)營信息安全風(fēng)險的集中監(jiān)控、事件的集中處置、策略的合規(guī)檢查、態(tài)勢的統(tǒng)一展現(xiàn)。在信息安全中心基礎(chǔ)上，融入信息安全等級保護(hù)合規(guī)性評測、企業(yè)信息安全制度規(guī)范及管理流程，實(shí)現(xiàn)法律法規(guī)、企業(yè)管理和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

運(yùn)營即檢修，智能實(shí)時診斷設(shè)備運(yùn)營狀態(tài)

1.車輛運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、診斷及故障分級處理

車輛TCMS 系統(tǒng)通過車地?zé)o線傳輸將列車各子系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)及故障信息傳遞至智慧運(yùn)維后臺，可以對列車速度、載荷、運(yùn)行位置、客室溫度及牽引、制動、車門等子系統(tǒng)的實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時通過對3600 余條信息進(jìn)行故障等級分類，并在后臺導(dǎo)入故障處理指引，實(shí)現(xiàn)在線所有列車故障實(shí)時報(bào)警及故障處理指引關(guān)聯(lián)提醒，第一時間為車輛段控制中心DCC 和運(yùn)行控制中心OCC 提供技術(shù)支援，有效提升故障應(yīng)急處理能力。

2.隧道設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、診斷及故障分級處理

通過在車輛上搭載軌道、弓網(wǎng)、隧道檢測系統(tǒng)，在運(yùn)營期間對弓網(wǎng)關(guān)系、隧道限界及巡檢、軌道狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時全方位、一體化綜合巡檢。通過在工程檢測車的車頂、車內(nèi)、車底分別安裝相關(guān)的檢測、監(jiān)測、測量及傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)非運(yùn)營期間對弓網(wǎng)關(guān)系、隧道限界、軌道狀態(tài)異常的深度檢測、識別與分析，并將檢測結(jié)果實(shí)時發(fā)送至智慧運(yùn)維后臺，對受電弓、接觸網(wǎng)、隧道、軌道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測診斷，對報(bào)警、缺陷、處理進(jìn)行全流程管理，通過新技術(shù)應(yīng)用逐步延長人工隧道設(shè)備巡檢周期。

3.信號和通信設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、診斷及故障分級處理

整合信號在線監(jiān)測和通信集中網(wǎng)管系統(tǒng)，完善數(shù)據(jù)采集，智慧運(yùn)維后臺集中監(jiān)測各設(shè)備狀態(tài)，采用全圖形化展示方式列車通信情況、各等級報(bào)警情況、站點(diǎn)運(yùn)行情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、子系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)、站點(diǎn)報(bào)警狀態(tài)，實(shí)時報(bào)警列表可快速地定位設(shè)備的故障點(diǎn)，便捷高效處理故障。

充分利用監(jiān)測、檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)信息形成設(shè)備狀態(tài)案例庫，從故障模式、原因、影響、規(guī)律等方面對運(yùn)用維修數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深入統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)分析，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)曲線發(fā)生變化時，基于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)曲線進(jìn)行偏離分析和健康狀態(tài)診斷，提前發(fā)現(xiàn)故障苗頭，指導(dǎo)維修。通過微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，掌握設(shè)備工作狀態(tài)，制定科學(xué)有效的維修策略，向精準(zhǔn)維修轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)狀態(tài)修。

智能檢修

1.車輛智能檢修

采用高清線掃描二維成像及三維成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全車360°全景高清圖像成像及走行部三維結(jié)構(gòu)成像，可自動檢測車頂、車側(cè)和車底可視部位的關(guān)鍵部件，包括車頂受電弓、絕緣子、空調(diào)機(jī)組蓋、車門、車下轉(zhuǎn)向架，車底牽引裝置、電機(jī)外殼、閘瓦/片或制動盤、齒輪箱、抱軸箱等關(guān)鍵部件缺失、明顯變形、異物等異常情況，并實(shí)時將檢測結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)中心。采用基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)識別技術(shù)、異常判定方法和圖像特征分析方法，實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警及提示，提升車輛檢修效率和檢修質(zhì)量。

同時，輪對動態(tài)尺寸測量系統(tǒng)對輪對關(guān)鍵尺寸、輪溫、軸溫等進(jìn)行非接觸式測量，自動檢測車輪直徑、輪緣高度、輪緣厚度、QR 值、輪對內(nèi)側(cè)距、車輪不圓度，通過數(shù)據(jù)積累，判斷磨耗趨勢，實(shí)現(xiàn)輪對的趨勢預(yù)警，為計(jì)劃性鏇修提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.變電所無人值守

通過安裝軌道式巡檢機(jī)器人、固定式巡檢攝像頭、環(huán)境監(jiān)測傳感器等智能巡檢設(shè)備，采用自主或遙控方式，替代人工對變電所內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)時監(jiān)測站內(nèi)環(huán)境重要指標(biāo)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電所智能監(jiān)控，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行并將故障響應(yīng)時間變?yōu)閷?shí)時響應(yīng)，提高了故障處理效率，后臺支持智能數(shù)據(jù)處理，對巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和趨勢分析，及時發(fā)現(xiàn)變電所內(nèi)設(shè)備和環(huán)境中存在的事故隱患和故障先兆，提高主變電所的數(shù)字化程度和全方位監(jiān)測的自動化水平。

基于歷史積累數(shù)據(jù)進(jìn)行健康管理分析，驅(qū)動狀態(tài)維修

深圳地鐵運(yùn)營以故障預(yù)測與健康管理（PHM）技術(shù)以數(shù)據(jù)為分析對象，首先結(jié)合設(shè)備已有或新增的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同監(jiān)測數(shù)據(jù)所反映出的設(shè)備狀態(tài)制定健康管理輸出的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)，繼而聯(lián)合設(shè)備供應(yīng)商開發(fā)健康管理診斷模型并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場模擬驗(yàn)證，將現(xiàn)場執(zhí)行的檢修規(guī)程逐項(xiàng)分解，最后結(jié)合健康管理模型的評估結(jié)果逐項(xiàng)分析，實(shí)現(xiàn)以故障預(yù)警為主的狀態(tài)修。