基于智能分析的城鐵信號系統主動維保模式分析研究

孫毅、鄧瑛

（無錫地鐵運營有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

基于當前城鐵信號系統維護的現狀和發展需求，通過對大量城鐵信號系統運行數據的收集和整理，提出綜合分析和主動維護的應用方案，以提高維護工作的質量，實現在故障發生前執行故障警告操作，在預警后及時實施預防性維修，對提高城鐵運營質量具有良好的現實意義，也為今后城鐵信號檢測設備的維修率和國內城鐵的維修模式提供了參考。

1 研究背景和意義

在新技術、新信息快速發展的今天，城鐵中的各個系統也隨之更新迭代。就信號系統而言，城鐵的信號系統關系到諸多信號設備，設備與設備之間具有牽一發而動全身的關系，因此信號設備的使用與維修問題異常重要。

目前，信號設備的維修基于被動維保，在發生問題之后，由維保人員進行故障分析，制定措施，同時結合現場實際情況，與供應商協商解決方案。這種解決辦法耗時長、工作流程繁雜、信息的接收與處理容易產生錯誤，嚴重影響了城鐵的運營。因此，探討主動維保方式尤為重要。主動維保方式是一種預防措施，在故障發生前進行預判，將被動維保中的等待維修變成主動預防。被動維保容易在城鐵發生故障的時候產生城鐵停運的狀態，影響人們的出行。主動維保在預判的前提下，保證了維保的效率。這種主動維保可以采取多種方式進行預判，其中智能分析可以大幅提高維保的質量與水平。

基于智能分析的城鐵信號系統主動維保是對監測系統所采集的眾多數據進行分析處理，對原始數據中設備的故障信息進行分析，實現故障的預防。通過對設備參數數據分析，可以將信號系統容易發生的故障問題進行提前判斷，并且將之輸入維修計劃中。智能分析手段依靠大數據處理，5G時代下，數據處理技術更加完善，數據分析技術更加精準，將智能分析應用于城鐵信號系統的主動維保，對維保質量與水平效果顯著。

2 城鐵信號系統運營中存在的問題

2.1 缺乏統一標準

城鐵的運營過程中存在著諸多不足，需要在城鐵運營中發現問題并加以糾正。由于缺乏統一的標準，就會威脅到城鐵的安全運行。沒有統一的標準對城鐵信號系統進行規范，導致質量差的信號器件以及各種硬件、軟件設施難以穩定運行，這為城鐵信號系統的正常運營埋下了隱患，很難有效控制信號系統的正常工作。

2.2 信號平臺故障

信號平臺故障影響城鐵的穩定運行，控制信號平臺的計算機系統與國際標準相差甚多。由于我國軟件領域的不完善，對城鐵的信號故障進行實時監測比較困難，增加了城鐵的故障率。

2.3 維保過程資源浪費

維保過程中存在人員和其他資源的浪費。此外，還有許多重復性高的維護項目沒有考慮被檢查部件的實際狀態，也未對部件進行跟蹤。各個子系統的設備由于各自的使用頻率、使用壽命、質量和運行環境等各不相同，在維護過程中投入了大量的人力、物力和精力，甚至在一定程度上過度維護。

2.4 維保人員專業性不強

維保人員技能水平差異明顯，主動學習積極性不高。我國城鐵交通行業發展時間短，信號系統維保人員非常缺乏，豐富工作經驗的信號維保員更是緊缺。現階段，信號系統維保的大部分員工都接受了鐵路相關專業院校的培訓，但是缺乏實踐經驗，如設備操作人員和維護人員，在相應操作規程執行不規范或運營過程中出現偏差，使得城鐵信號系統難以發揮應有的作用，容易出現故障。

又如，設備維保人員錯誤執行，不嚴格按照維保規程進行設備維修、控制維保質量，導致信號設備的故障將影響城鐵的正常運營。

3 城鐵信號系統維保策略

在城鐵運營過程中，應該更加重視城鐵的信號系統，加強對城鐵信號系統的管理。通過對城鐵信號系統進行智能分析，采取主動維保，才能在城鐵運營過程中提高信號系統的安全工作水平。

3.1 完善統一標準

為改善城鐵信號系統的規范標準，可建立相應的信號系統認證機構，建設統一的技術標準，以及一個相對完善的認證體系，更好地管理信號系統，確保安全運營。

3.2 優化系統，保證穩定

為了保證穩定的城鐵信號系統，需要對城鐵信號系統進行優化，使系統實現理想的工作效果，維保管理人員要熟悉城鐵信號系統組成，在優化系統自身的基礎上，降低后續維保管理的難度。目前，城鐵信號系統復雜性增強，涉及的子系統增多，所以應該從多個方面進行優化和改進，避免單一處理信號系統問題。城鐵信號系統中的道岔設備系統、聯鎖系統、ATS 系統、ATC 系統和電源系統等都需要深入研究，嚴格控制主要系統的組件，高度重視關鍵硬件設施和元器件的選擇。并且，在優化信號系統時，應注意建立自動監測報警系統。

3.3 提高維保質量

在進行城鐵信號系統的維保時，應簡化和精細維保以提高維保質量，不僅要緊密結合常規檢測工作，實現快速處理，還要注意狀態維修模式的應用，定期組織維保過程的優化，及時處理僵化問題，更好地實現城鐵信號系統的優化保障，充分發揮維保的價值。

3.4 制定科學的維保體系

目前，城鐵維保技術標準主要以系統廠商和供貨商提供的技術指標和參考行業標準為依據，對信號系統的設施設備條件和維修指標缺乏科學要求。應建立合理的健康狀態評價指標體系，實現可視化、定量的評價依據，達到檢測運行狀態、控制維修成本的目的。

4 基于智能分析的主動維保

4.1 信號集中監測系統

信號集中監測系統以信號設備為對象，基于傳感器、采集部件、網絡通信、軟件工程及數據庫等技術手段，實現信息獲取、信息存儲、回放再現、監測及報警等功能。監測并記錄設備運行狀態、統計分析相關數據、加強設備的管理，以設備維護為導向，自動發現設備的故障和異常，為掌握設備當前狀態、進行故障分析、指導現場作業和管理提供科學依據，從而提高信號設備維護效率和維護水平。

4.2 維保服務專業化

目前，由于技術的保護，各種設備無法共享數據，實現智能維保系統的線路僅具有單線，應加強城鐵維保服務專業化、實現數據共享。城鐵信息系統復雜龐大，包含眾多子系統，各子系統之間互相聯系，緊密結合，因此實現數據共享，利于城鐵維保服務專業化，有助于信息系統高效發揮作用。

4.3 車載信號主動維保

城鐵車載信號主動維保可通過對計劃維修、發電維修等制度規劃進行優化和完善。計劃維修系統是城市軌道交通最早的設備維修系統模式。系統通過對設備的計劃管理，提前預測設備運行中可能出現的問題，并制定相應的預防措施，保證設備的正常運行。在實施中，重點考慮維護周期和維護復雜性因素，有助于判斷設備故障類型和鎖定故障位置。另外，在VIO 通道中，當PPU 表面灰塵嚴重，覆蓋在GPM 表面的灰塵和水蒸氣進入三防漆或三防漆中有雜質時，當環境溫升，穩壓二極管絕緣性能會發生明顯變化，導致穩壓二極管電壓偏移，GPM 將會引發故障產生宕機。因此，只有加強設備的維修保養，才能有效降低車載系統VIO 通道故障的發生率。對車載信號設備維修過程中，應及時發現和消除設備的隱患，設備維護人員必須嚴格按照維護規程進行標準化工作，避免因維護不當造成設備故障。

4.4 建立綜合的監控維保系統

為了實現數據監控與設備處理的聯動，應建立綜合的監控維保系統，實現信息監控設備處理功能的優化和信息的集成。綜合監控維保系統的核心始終是城鐵信號系統的監控數據。通過對監測數據的智能分析，確定設備故障的位置和具體故障問題，并提出科學解決方案。監控維保系統還可以對海量的歷史監控信息和歷史處理方案進行數據分析，獲取智能設備發展圖形，實現設備未來發展狀態的預警。在智能監控維保系統的概念中，系統在采集信號監控信息和通信監控信息后，上傳到綜合監控維保系統進行智能分析，并實時傳輸到調度指揮中心。一旦發現故障狀態，就會發出故障報警，并根據智能相關分析結果對設備狀態進行預警。調度指揮中心為檢修人員和專家提供解決方案，檢修人員和專家為狀態故障預警系統提供實時反饋。

4.5 提高監測數據利用率

對監測數據進行匯總和綜合分析，是增強監測數據相關性，提高監測數據有效性，優化城鐵信號系統智能維保技術的關鍵。基于信息監控系統，各種信號和通信信息匯總到后臺數據中心進行對比分析和智能分析，通過后臺數據庫，可進一步加強監控信息和網絡信息的智能集成和分析。在建立數據處理數據庫時，不僅需要收集各種監測數據，還需要上傳分析人員的日常測試和維護記錄、檢查和檢驗數據等參數。再由數據處理數據庫歸納和分類，并根據數據處理數據庫中的各種數據建立標準模型。為了進一步提高診斷和處理的效率，必須從加強監測數據的集成入手，加強地面監測設備與城鐵監測設備的密切聯系，構建全面的智能監測、分析和處理系統。

4.6 城鐵道岔綜合監測系統

城鐵道岔綜合監控系統包括數據采集、數據傳輸、數據管理、預警報警。監測內容包括對轉轍機的動作電壓、動作電流、缺口、轉換力、軌道間位移、軌道振動、橫向位移、溫度等進行長期在線監測和數據采集。在數據采集方面，以光纖傳感技術、運動圖像傳感技術為主。數據傳輸部分主要包括無線數據的現場傳輸部分和遠程傳輸部分。現場傳輸主要基于光纜將傳感器采集的數據傳輸到現場服務器進行調制。數據通過室內應用服務器、數據服務器進行分析處理。通過大數據分析、及時準確的維護、干預，提升設備的全生命周期管理，延長設備使用壽命，最終實現準確地定位故障位置、直觀地給出診斷和維護建議。根據設備檢修前后狀態的數據模型比對，確保檢修作業100%準確；準確定位隱患點，并通過預防性維護建議，有效控制故障，提高道岔的安全性；基于智能化和數字化的后臺分析，優化檢修模式，減少維護及安全考核成本。

5 主動維保模式研究

城鐵系統主動維保技術是指從被動運營層面（定期維護和后期維護）根據系統狀態提前做出運營決策的一系列技術。包括實時監測、關鍵信息特征識別、故障變化規律、狀態評估和預警等一系列技術。傳統的維護工作主要是根據系統和軌旁設備的具體故障進行的，屬于故障維護的范疇。將主動維保應用于城鐵信號系統工作，可提高城鐵的整體運營水平，從故障維修到狀態維修，利于城鐵運營的自動化和智能化水平提升，使維護工作從被動變為主動。主動式城鐵安全維保系統模式相比于被動維保方法，具有很大優勢，被動維保非常不穩定，遠遠不能滿足城鐵運行的高可靠性和穩定性要求。

主動維保模式對城鐵信號系統非常重要，如果不采取有效措施，城鐵列車安全運行面臨嚴峻問題。因此，在城鐵信號系統的日常運行中，對其進行實時監控和及時維護十分必要。及時處理突發故障，確保信號CBTC 系統穩定運行，為城鐵信號可靠性提供有力保證。城鐵信號系統一旦出現故障，將嚴重影響列車運行的安全。近年來，我國建設和開通的城鐵線路越來越多，應嚴格保障城鐵信號系統的正常運行，進行有效的城鐵信號系統的主動維保，才能保證城鐵運營的安全，實現對城鐵安全進行實時監控。

6 結語

綜上所述，隨著城鐵線路和交通乘客的增加，對維保人員和維保技術的要求也相應提高。城鐵信號系統的現有維保模式屬于事后規劃，搶修人員在現場收到故障報警并進行維修，但沒有收到實時故障數據，因此是在故障發生后進行的維保，故障排除取決于個人技術經驗，日常維護依賴于日常定期檢查。這種被動的維保模式沒有基礎數據支持，風險防范難度大，人工成本高，設備保修率低。面對復雜的城鐵交通系統的運營背景，信號專業的關鍵設施和設備需要突破技術瓶頸，在信號系統的全生命周期內保持高安全性和高可用性的角度下，采用智能技術，進而實現主動維保。