智能運(yùn)維系統(tǒng)對道岔全生命周期分析與管理在大連地鐵1號線的應(yīng)用

周紀(jì)武 張琨 王鋒 馬麗娜 鄭林濤 余建

摘要 以大連地鐵1號線為例，針對當(dāng)前信號系統(tǒng)中道岔監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘能力不足以支撐運(yùn)營需求現(xiàn)狀。運(yùn)用眾合科技基于大數(shù)據(jù)分析的智能運(yùn)維系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)中的多源融合感知道岔狀況、多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析、設(shè)備維護(hù)支持3個功能，實現(xiàn)了對道岔全生命周期跟蹤監(jiān)測，從而優(yōu)化運(yùn)維組織工作，降低維護(hù)人力成本。

關(guān)鍵詞 軌道交通;智能運(yùn)維系統(tǒng);大數(shù)據(jù);道岔故障分析

中圖分類號 U29-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0006-03

0 引言

《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提出，要建立供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)以及車站機(jī)電等系統(tǒng)的智能運(yùn)維體系，從而提升城軌裝備維護(hù)的智能化程度和運(yùn)維效率，減少維護(hù)工人的作業(yè)強(qiáng)度，形成城軌裝備智能化[1]。隨著大連地鐵線網(wǎng)客流量持續(xù)增加，運(yùn)營規(guī)模不斷擴(kuò)大，列車運(yùn)行的密度也在不斷增加。對列車運(yùn)營來說，行車安全一直以來是被予以高度關(guān)注的焦點(diǎn)。信號系統(tǒng)在此過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，決定著列車是否能安全運(yùn)營，而作為信號三大件之一的道岔，要求全生命周期始終保持高安全性和高可用性[2]，道岔作為動態(tài)設(shè)備，使用非常頻繁，同時受列車過車振動、機(jī)械磨損的影響，一旦出現(xiàn)道岔動作不到位、道岔無表示、道岔不解鎖等故障將直接影響列車運(yùn)行。同時由于道岔具有構(gòu)造復(fù)雜、使用壽命短、限制列車速度、養(yǎng)護(hù)維修投入成本高等特點(diǎn)，是城市軌道交通信號設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)。這些故障都會影響道岔正常使用，造成列車晚點(diǎn)等情況。為此，大連地鐵加速信號智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)，在大連地鐵1號線姚家站引入眾合科技智能運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行線路及車站試點(diǎn)，對當(dāng)前道岔的維護(hù)技術(shù)和分析手段進(jìn)行變革提升，實現(xiàn)了系統(tǒng)化的道岔設(shè)備管理。

1 道岔維護(hù)監(jiān)測現(xiàn)狀

目前大連地鐵1號線還未針對道岔使用監(jiān)測系統(tǒng)，道岔維護(hù)和故障分析完全依靠人工經(jīng)驗，在動態(tài)事件、應(yīng)急場景中，監(jiān)測信息的缺失直接造成故障快速定位、搶修人員及物資等維修資源的調(diào)動與分配、運(yùn)營與狀態(tài)信息之間溝通等效率低下[2]。

我國現(xiàn)有的道岔監(jiān)測系統(tǒng)以微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)[3]為主，已實現(xiàn)對道岔的動作電壓、電流、功率等電氣參數(shù)的監(jiān)測功能，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)生成動作曲線。但是，微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的挖掘和快速分析能力，不能對異常曲線給出輔助分析和處理建議，導(dǎo)致對于道岔故障定位困難、響應(yīng)和處理時間長。

2 道岔維護(hù)監(jiān)測需求分析

在大連地鐵線網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的背景下，道岔設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測面對如此現(xiàn)狀，運(yùn)營公司亟須實現(xiàn)道岔設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和智能分析。

道岔維護(hù)工作主要就是根據(jù)道岔的各項電氣參數(shù)進(jìn)行故障分析、預(yù)判。在引入智能運(yùn)維系統(tǒng)[4]以后，功能層面角度達(dá)成狀態(tài)有效監(jiān)測、故障輔助分析、故障復(fù)現(xiàn)，可以在道岔維護(hù)中為工作人員提供相應(yīng)幫助。結(jié)構(gòu)層面可以通過不斷拓展接入車站、線路，分析搜集所得數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過不斷調(diào)整和演變，積累豐富經(jīng)驗，對維護(hù)管理[4]有很大幫助。

3 智能運(yùn)維系統(tǒng)道岔全生命周期分析與管理功能實現(xiàn)

3.1 多源融合感知技術(shù)

道岔的監(jiān)測數(shù)據(jù)均從室內(nèi)組合獲取，數(shù)據(jù)采集安全隔離要求高，工程實施限制多，采樣尺度復(fù)雜多樣，采樣精度要求高，傳輸距離遠(yuǎn)，采樣難度極大。

多源融合感知技術(shù)通過三相道岔功率傳感器、道岔表示電壓采集傳感器、開關(guān)量采集板卡等多源感知技術(shù)，首先由車站級監(jiān)測子系統(tǒng)預(yù)處理上傳至中心服務(wù)器，再通過網(wǎng)閘將源數(shù)據(jù)由信號內(nèi)網(wǎng)擺渡至天津的應(yīng)用服務(wù)器，最終通過智能運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)融合;通過此技術(shù)，實現(xiàn)了對道岔相關(guān)繼電器開關(guān)量、道岔動作電源相電壓、線電壓、道岔動作電源三相電流、道岔表示交直流電壓數(shù)據(jù)的可信、精確、全覆蓋感知;實現(xiàn)了面向道岔設(shè)備的非侵入式電壓、電流、開關(guān)量等信息流感知，以保障感知的安全性。

3.2 多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析

道岔設(shè)備的運(yùn)行場景復(fù)雜、異常樣本稀少、相對缺乏穩(wěn)態(tài)特征，存在診斷難、預(yù)警難的突出問題。此外，由于感知信息多樣化，傳統(tǒng)的面向單一數(shù)據(jù)類別的波形分析技術(shù)已無法滿足道岔維護(hù)分析及故障診斷需求。

多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析技術(shù)通過道岔表示開關(guān)量與表示電壓波形時序關(guān)聯(lián)可視化分析（見圖1）、道岔動作功率曲線與標(biāo)準(zhǔn)功率曲線關(guān)聯(lián)可視化分析（見圖2）、道岔動作電流曲線與標(biāo)準(zhǔn)電流曲線關(guān)聯(lián)可視化分析（見圖3）、以時間為軸生成的道岔相關(guān)繼電器開關(guān)量動作時序圖（見圖4）可視化分析等多種引擎混合驅(qū)動，能滿足維護(hù)查詢、故障診斷及根因追蹤等場景下多維度數(shù)據(jù)協(xié)同可視化分析需求。

3.2.1 道岔表示開關(guān)量與表示電壓波形時序關(guān)聯(lián)可視化分析

此功能是將一天中道岔每個時間點(diǎn)所處位置及定位交流、定位直流、反位交流、反位直流電壓歷史數(shù)據(jù)在同一時間軸上繪制，以此實現(xiàn)對道岔表示及表示電壓的協(xié)同關(guān)聯(lián)分析。

3.2.2 道岔動作曲線關(guān)聯(lián)可視化分析

道岔功率曲線（見圖2）是根據(jù)道岔動作過程中密集采樣（采樣周期40 ms）繪制的曲線，維護(hù)人員通過保存摩擦曲線、參考曲線作為道岔的標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過對比實際曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線差異，結(jié)合道岔動作電流曲線（見圖3）、動作過程及經(jīng)驗，可對異常曲線形成的原因進(jìn)行分析。

3.2.3 道岔動作相關(guān)繼電器開關(guān)量時序圖可視化分析

開關(guān)量時序分析（見圖4），是在同一時間軸上繪制所有道岔相關(guān)繼電器吸起落下狀態(tài)，時序圖的時間長度及具體時間由用戶自定義，且該圖可以放大或縮小時間顆粒度，以更詳細(xì)地查看繼電器動作。智能運(yùn)維系統(tǒng)可通過判斷時序中錯誤或缺失的部分，給出故障報警提示。

3.3 設(shè)備維護(hù)支持

道岔設(shè)備劣化機(jī)理復(fù)雜，其維護(hù)決策嚴(yán)重依賴人工經(jīng)驗，往往存在過度維護(hù)和欠維護(hù)。智能運(yùn)維系統(tǒng)通過以下幾點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

3.3.1 趨勢分析

通過對道岔設(shè)備全生命周期的海量設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行長期跟蹤挖掘，根據(jù)設(shè)備的故障等級、故障地點(diǎn)等生成趨勢圖（見圖5）。

3.3.2 道岔健康度分析

通過對設(shè)備全生命周期內(nèi)每次動作進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，智能評估設(shè)備健康度[5]并給出處置建議，反映設(shè)備真實質(zhì)量水平（見圖6）。

4 結(jié)語

該文所介紹的眾合科技信號智能運(yùn)維系統(tǒng)，已在大連1號線上線運(yùn)行1年。為道岔全生命周期網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維提供了全面的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)分析手段以及可視化的設(shè)備健康管理，實現(xiàn)了設(shè)備的維護(hù)過程閉環(huán)跟蹤。依托其高度的集成化、自動化、智能化優(yōu)勢，使日常巡檢工作降低了80%，對高技能人才依賴程度降低了約50%，檢修頻次降低了50%，故障響應(yīng)效率提高了80%;同時基于大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用，從線路運(yùn)維、關(guān)鍵設(shè)備維護(hù)2個層面，逐步推進(jìn)了信號設(shè)備維護(hù)由計劃修向狀態(tài)修模式轉(zhuǎn)型。

作為東北地區(qū)首套基于大數(shù)據(jù)的城市軌道交通信號智能運(yùn)維系統(tǒng)，大連地鐵信號智能運(yùn)維系統(tǒng)的上線運(yùn)用，在極大加快大連地鐵智能化建設(shè)，利于大連軌道交通運(yùn)維管理工作長遠(yuǎn)健康發(fā)展的同時，也使得大連地鐵躋身于國內(nèi)城軌智能運(yùn)維技術(shù)研究的先行隊列，極大地提升了大連地鐵在城市軌道交通行業(yè)中的運(yùn)維管理實力及品牌影響力。

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