地鐵智慧車輛段/停車場的核心特征與體系架構*

劉增民

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司， 710043， 西安∥正高級工程師)

隨著國內越來越多的城市逐步開啟全自動無人駕駛地鐵的建設，地鐵車輛段/停車場(以下簡為“車輛場段”)作為承擔車輛的運用管理、整備保養、檢查等工作，以及承擔定修或架修車輛檢修任務的基本生產單位，迫切需要新的能力與手段，使地鐵場段的生產管理和服務能力獲得增強，資源利用能力和生產要素組織能力獲得提升，有效信息資源空間獲得擴展，并為地鐵場段提供全方位、全壽命周期的發展方式。在此情況下，地鐵智慧車輛場段作為信息化與工業自動化高度融合的產物應運而生。

1 地鐵智慧車輛場段的概念

地鐵智慧車輛場段的概念是全面而綜合的，應從建設指導思想到生產架構設計和管理運營體制等諸多方面進行考慮，不能過分強調信息化基礎設施的建設，而缺少信息的交流、整合、共享，以及信息的智能化分析、處理與利用。綜合“智慧”理念的發展源流，以及地鐵車輛場段生產管理運營信息化的實踐經驗，可將地鐵智慧車輛場段的基本概念歸納如下：

地鐵智慧車輛場段是在工業自動化與信息化融合的背景下，圍繞改善地鐵場段生產、運營、管理等資源，綜合利用地鐵工業互聯網、物聯網、大數據、5G(第5代移動通信技術)、云計算等信息技術手段，結合地鐵車輛場段先進的管理理念，建立廣泛覆蓋和深度互聯的地鐵車輛場段信息網絡，對地鐵車輛場段的設施、設備、物料、人員等資源的多方面生產要素進行全面感知采集，并整合構建協同共享的地鐵車輛場段信息網絡平臺，對采集的信息進行智能處理利用，從而為地鐵車輛場段的日常生產和資源配置提供智能響應控制，為地鐵車輛場段的生產管理、設施管理、設備管理、物料管理、人員管理等提供智能決策依據及手段，為地鐵車輛場段管理提供智能信息資源及開放式信息應用平臺。

2 地鐵智慧車輛場段的核心特征

地鐵智慧車輛場段的核心特征在于其“智慧”。若要實現“智慧”，需搭建廣泛覆蓋的信息采集網絡，建立協同的信息資源共享機制；地鐵智慧車輛場段信息資源的應用以開放為特性，應具有深度互聯的信息傳輸體系，擁有信息的智能分析處理能力，具備自我學習進步的功能。地鐵智慧車輛場段必須包含從地鐵場段信息的感知、采集、傳輸、共享、分析、處理到應用的全過程，以形成一個完整的信息智慧循環。

2.1 信息采集覆蓋面廣

信息感知采集網絡是地鐵智慧車輛場段的基礎，任何一座地鐵場段擁有的生產、設施、設備、物料、人員等的信息資源都是海量的。為了及時、全面地獲取地鐵場段的信息，準確地判斷地鐵場段的狀況，地鐵智慧車輛場段的中心系統必需擁有與該場段各專業、全過程的各類生產要素交流并獲取所需信息的能力。地鐵智慧車輛場段的信息感知采集網絡應覆蓋該場段的各種對象、時間、空間等各個維度，并能夠感知并采集不同種類、不同屬性、不同格式及不同密度的信息。同時信息感知采集網絡應以地鐵智慧車輛場段系統的需求為導向，覆蓋地鐵場段全專業、全過程的各類生產、運營、管理等要素信息。

2.2 信息網絡交互程度深

地鐵智慧車輛場段的信息感知采集是以各種信息網絡，如工業以太網、傳感網、互聯網、通信網等為基礎，要求該場段內各種信息網絡形成高效連接，實現地鐵車輛場段信息的互聯互通，以及信息資源的綜合化與深入化。將各個獨立且自成體系的小型信息網絡連接成一個互聯互通的大型信息網絡，可以有效增加信息的交互程度，使信息網絡對所有組成生產要素對象的價值獲得全面提高，從而使信息網絡的總體價值顯著提升，并形成強大的吸收力，吸引更多的生產要素信息加入信息網絡，形成地鐵智能場段信息網絡節點擴充與信息量的增加及信息升值。

2.3 業務信息資源協同共享

在傳統的地鐵場段中，各種信息資源被各專業、各部門、各設備等之間的業務界限和堡壘所割裂，信息資源的構架形式是零散、細碎的，形成了信息資源“孤島”現象。地鐵智慧車輛場段信息資源協同共享的目的,就是要破除這些業務界限和堡壘，形成一個具有綜合性、統一性的地鐵車輛場段業務信息資源體系，使地鐵車輛場段業務信息資源不再出現“孤島”現象，便于業務信息資源的有效利用。

通過地鐵智慧車輛場段的業務信息資源協同共享，地鐵車輛場段生產、運營、管理等任何一個生產業務環節，均可在相關授權后運行相關聯的生產業務，并對其生產業務環節進行實際操作，從而可以根據地鐵車輛場段生產運營管理系統的需要，使各類資源各負其責地發揮其最大的作用；使各專業、各部門、各設備等子系統中蘊含的資源，能夠按照地鐵車輛場段生產運營管理系統的需要協調統一調配，進而使該場段的整體作用大大優于各專業、各部門、各設備等各個子系統簡單疊加的作用。

2.4 擁有智能分析處理的能力

地鐵智慧車輛場段擁有的數量繁多、組成繁雜的信息資源體系，是其決策和操作的基礎。該場段需要具有對所擁有的海量信息資源進行智能分析與處理的能力，這就要求地鐵智慧車輛場段智能系統能根據不斷接收的各種需求，對海量數據進行智能分析、判斷和預測，最終形成智能決策，并向相應的執行設備發出操作指令。

2.5 具備自我學習進步的能力

地鐵智慧車輛場段智能系統包括自我評價與監控、目標設置與策略計劃、策略執行與監控及策略結果監控等子系統。該智能系統通過自我評價與監控系統能夠評價地鐵智慧車輛場段在某一項生產、運營或管理任務中的現有能力水平;通過目標設置與策略計劃系統分析任務、設置目標、計劃和改進學習策略;通過策略執行與監控系統在結構化的情境中使用某種策略，或在使用該策略的過程中監控其精確性;最后通過策略結果監控系統對所使用的每種策略結果的監控、反思與修正，決定所選策略的有效性。學會對策略結果進行監控是保證自我調節有效性的重要前提。

2.6 信息應用以開放為特性

地鐵智慧車輛場段的信息應用以開放為特性，智能處理不是信息使用過程的最終結果，亦不是停留在某專業或某設備部門對信息的掌控和分配上，而是搭建開放式的信息應用平臺，使專業、設備、子系統等個體能為整個地鐵智慧車輛場段系統貢獻信息，使個體間能通過地鐵智慧車輛場段系統進行信息交互，能將處理后的各類信息通過網絡發送給信息需求者，或對控制終端進行直接操作。這將充分利用系統的現有能力，極大豐富地鐵智慧車輛場段的信息資源，從而完成信息的增值利用。

3 地鐵智慧車輛場段的業務組成及體系構架

3.1 地鐵智慧車輛場段的業務組成

地鐵車輛場段為車輛停放、運用、整備和檢修的基地，主要由生產生活房屋、機電設備、檢修工藝設備等組成，主要業務涵蓋數據管理、基礎信息管理、設備設施管理、車輛檢修管理及人員管理等。地鐵智慧車輛場段業務組成詳見圖1。

注:TCMS為列車控制與管理系統。圖1 地鐵智慧車輛場段業務組成示意圖

3.2 地鐵智慧車輛場段的體系架構

3.2.1 地鐵智慧車輛場段體系架構的搭建目標

地鐵智慧車輛場段體系構架搭建的目標主要體現在以下幾個方面：

1) 構建融合發展的車輛場段數據平臺。通過融合各專業、各部門及各種設備等的業務數據，提供快速、靈活、準確的數據分析和應用擴展能力，以及精確的業務服務，解決海量信息數據的采集、處理及應用分析挖掘，形成持續的數據整合和應用能力，以完成基于數據驅動的地鐵智慧車輛場段的業務優化。

2) 構建安全、可靠的車輛場段運行平臺。通過共享信息資源的方式統一管理信息資源，提供一個供給彈性和高可靠性的應用運行平臺環境，滿足地鐵車輛場段業務應用及高并發用戶的訪問需求。

3) 構建能夠持續迭代的車輛場段開發平臺。通過開放與標準化的開發架構，向車輛場段內各專業、各部門、各種設備及業務運行提供持續迭代的應用開發能力和開發生態圈，以滿足未來對車輛場段業務變化的快速響應。

4) 構建便捷、泛在的車輛場段網絡環境。通過各種通信連接方式，實現感知層基礎設備至車輛場段、車輛場段至地鐵運營控制中心、控制中心至線網的信息傳送和交換,為地鐵智慧車輛場段提供泛在、隨需、極簡且更為靈活的網絡環境。

5) 構建安全、綠色的車輛場段基礎設施環境。基于虛擬化和分布式存儲、并行計算、負載調度等技術設置統一的車輛場段基礎設施資源池，為智慧車輛場段各專業、各部門的各項業務提供彈性調度、按需分配的基礎架構資源服務。

6) 構建協同的地鐵車輛場段行業技術組件庫。匯聚協同統一的智慧車輛場段通用技術組件和通用AI(人工智能)技術組件，為上層業務應用提供基于行業技術的組件庫，以及快速拼裝業務能力，以提高應用開發的交付速度。

3.2.2 地鐵智慧車輛場段體系架構的設計

地鐵智慧車輛場段架構主要是以云為核心，通過網的按需連接，實現對終端、資源、數據及主題的匯聚集成與優化配置，最終解決多類設備接入、多源數據集成、海量數據管理與處理、數據建模分析、業務應用創新與集成、知識積累迭代實現等一系列問題。該架構由6個層面、2大體系組成，主要實現對生產調度、安全生產、內部管理、對外服務業務應用的全面支撐，如圖2所示。

3.2.3 地鐵智慧車輛場段體系架構的特點

地鐵智慧車輛場段體系架構具有以下特點：

1) 具備各類信息資源和數據共享的特點。提供應用功能信息資源池和數據資源池，能為各專業、各部門應用系統提供功能與數據的貢獻和分享能力，可減少應用系統的重復功能開發，同時提供綜合分析和展現能力。

2) 具備開放的特點。可將各專業技術和業務能力沉淀，具備對各種業務變化及創新的快速響應能力，對于應用開發、應用管理、打破應用豎井和業務壁壘有著深遠影響。

注:MES為生產信息化管理;SCADA為數據采集與監視控制系統;EDP為電子數據處理;PIS為乘客信息系統;HTTP為超文本傳輸協議;MQTT為即時通信協議;OPCUA為工業通信協議;ETL為抽取、轉換、加載。

3) 具備可持續迭代優化的功能。系統采用微服務架構，未來其共享功能將不斷被重復調用，各類關聯業務系統也將不斷優化和完善，具備可持續迭代優化的能力。

4 結語

地鐵智慧車輛場段的概念和特征是動態的。隨著地鐵智慧車輛場段的生產、運營、管理等實踐的不斷改進，其概念和特征的內涵和外延也將在發展中不斷變化、豐富和完善。本文主要探討了地鐵智慧車輛場段的概念、核心特征及體系構架，以期對地鐵車輛場段未來的智慧化發展奠定理論基礎和技術支持。