智慧城軌發展趨勢下智慧運維應用分析

楊金虎 王志銘

（鄭州中建深鐵軌道交通有限公司，河南鄭州 450000）

0.引言

隨著科技的進步和社會的發展，人們逐漸加大了對城市交通建設的重視力度，將新型技術與城市交通進行有機結合，有利于推進其向現代化、智能化和科技化方向積極發展，在此基礎上還要深化智慧運維應用內容，拓展智慧運維空間，有利于推進智慧城軌的可持續健康發展。

1.智慧城軌的構建藍圖

對于智慧城軌來說，其是交通建設與先進技術融合的產物，在智慧城市建設過程中發揮著關鍵作用，同時也是其高質量、高水平建設的重要保證，為城軌行業自主創新發展提供了良好的建設平臺。智慧城軌主要指的是城市交通與大數據、人工智能、云計算等高端技術進行有效融合，能夠在具體城市軌道交通建設過程中通過與互聯網的連接，以及各項智能技術的結合，進一步實現交通環境、設施設備以及乘客等多種實體信息的全面感知，能根據實際情況進行自動調控，不僅在原有基礎上實現對運營服務管理模式的創新，還提高了城市軌道交通的安全性和高效性，推進其向智慧型城市積極發展。

從目前情況看，智慧城軌的發展進程面向的是整體城市軌道交通行業，因此，必須緊跟時代發展步伐以提高綜合國力和實力為目標，推進城市軌道信息化、智慧化建設，通過構建智能信息系統來加強先進技術的大力融合，從而構建出具有高度集成的城軌云端大數據平臺。在此基礎上，必須構建完善的技術指標體系和數據系統，才能對實際城軌運行操作起到一定規范和指導作用，促使智慧城軌建設向正確方向可持續發展。除此之外，還要在建設過程中對城軌云端大數據平臺的布局結構進行系統優化，積極創建服務、能源、運維等各個方面的管理體系，才能切實構建出具有較強完整性、高效性的數據平臺[1]。

2.智慧城軌發展趨勢下智慧運維的應用方面

2.1 智能巡檢

為了有效提高城軌建設質量和效率，實現對城軌各個系統的統一管理，減少故障分析定位環節，需要利用智慧運維手段進一步解決相應問題。智慧運維指的是以操作人員的知識和運維經驗為依據，與大數據等相應技術進行有機結合，從而開發出與實際運維情況符合的智能策略，同時還要將其融入智能運維系統中，切實提高運維任務完成質量和水平。

智能巡檢是智慧運維工作的重要組成部分，主要內容是對車站及房內的各項設施設備的運行狀態、質量等各個方面進行深入檢查，能夠有效避免設備在應用過程中出現故障，對城軌的高質量運行起到一定阻礙作用。一般情況下，設備的狀態可大致分為正常、預故障和故障3種，且不同設備之間還具有較強的差異性，因此，用戶可根據自身情況，對系統或設備進行隨時選擇并對其進行檢查，在此基礎上，還需要對檢查的各項數據進行有效記錄，并將數據傳送至數據平臺中，為后期巡檢工作提供數據支持[2]。平臺會以統計圖表或表格的形式，將設備健康狀態下的各項信息與最新檢測數據進行自動對比，可直接觀察出設備存在問題的具體位置，具有較強的直觀性和明確性，通過系統一系列的智能分析能夠給用戶展示出全面的設備狀態過程，與人工巡檢相比，有效減少了巡檢環節，加快了巡檢時間，還可以在按照相關程序流程和規范的基礎上對巡檢要素進行有效設定，能夠進一步實現全方位、全天候的智能巡檢，切實降低了人工資源成本，達到提高巡檢質量和效率的目的。

例如：2019年12月26日，由上海申通地鐵集團有與維護保障有限公司承辦的“智慧地鐵，共享未來—2019中國長三角軌道交通維保技術與人才論壇”正式召開。本次論壇展現出眾多上海軌道交通智慧運維設備，其中由大立科技自主研發的“軌道式智能巡檢機器人”成為亮點之一。

智能巡檢機器人主要利用了5G技術的移動視覺導航技術、語音傳輸指揮功能、設備全景測溫技術以及設備自動識別管理等多樣化創新技術，進一步實現了對巡視設備區域的全面覆蓋。與此同時，其中還存在可見光高清攝像機、氣體檢測儀、溫濕度傳感器等設備，能夠對周圍環境進行了解和掌握，還能對相應數據進行采集與監控，在此基礎上，構建了異常狀態預警和聯動告警裝置，進一步對城市軌道交通安全提供保障，提高維修可靠性。

根據中國城市軌道交通協會測算，城市軌道交通建設對GDP貢獻率較大，在軌道交通規劃建設方面，在原有基礎上增加18個城市73條線路，總體規模6374km，同時還要緊跟時代發展步伐，在新建項目中采用大量的無人駕駛、智能巡檢等智能技術，推進我國城市軌道向智能化方向積極發展。

2.2 系統構建

通常情況下，智慧運維系統主要是由智能巡檢、環境監測兩部分共同構成的。對于智能巡檢部分來說，主要指利用巡檢機器人在應用前對其行走軌跡、點位進行預先設定，實現對設備房和機柜開展自動化巡檢工作，通過自身系統的數據采集、傳輸和整理，能夠傳送至本地服務器。并與正常狀態數據進行對比，如果出現狀態不一致現象，則會提供準確的故障設備位置和相應信息，在特殊條件下還可通過遠程手動對機器人的任務執行情況進行操控。對于環境監測部分來說，主要是利用具有特殊性的攝像設備，以及溫濕度傳感設備，對機房內各項動態環境實時監測，對具體數據進行分析處理，待得到最終結果后可將其上傳至數據庫進行保存，為后期環境數據的查詢提供便利。

在智能巡檢系統應用過程中，可大致分為幾種情況：（1）計劃巡檢與手動遙控巡檢。計劃巡檢指的是在機器人開始巡檢任務前，需要對其工作內容、工作計劃等進行統一編制，促使其能夠自動完成巡視工作。手動遙控巡檢指的是當設備或環境狀態存在異常時，可通過對巡檢機器人進行操控促使其快速到達異常設備位置，通過先進技術對異常情況進行數據分析和傳輸，為相關人員制定故障處置方案提供數據支持[3]；（2）紅外測溫與環境監測。紅外測溫顧名思義就是在對設備表面溫度高效采集的基礎上，利用紅外線探測技術對設備異常狀況進行有效探測。環境監測則是利用傳感設備，對設備房內環境狀態進行實時監測，包括溫度、濕度等；（3）防入侵監測與集中管理。防入侵監測是利用紅外高清智能攝像機，對機房內進行實時監控，如果出現外界人員進入監測范圍內，通過攝像機的自動感應可啟動報警裝置，將報警信息傳送至服務系統中。智慧運維系統的集中管理，指的是在系統后臺對前端巡檢設備進行集中操控，能有效實現對巡檢任務的分配、設備狀態的勘查以及統計報表整合輸出等。

例如：2019年上海鐵路局召開了對神州高鐵“機輛車底智能巡檢機器人系統”的技術評審會。通過對智能巡檢機器人系統的展示，明確其采用了機器視覺技術、圖像識別技術、全自動化智能分析定位檢測技術和列車仿真模擬檢測技術等，以人工模擬作業方式對各項設備及環境進行自動檢測，其中包括轉向架等可視零部件，同時還具有預警系統和人臉檢測技術，進一步解決了動車組人工作業存在的問題。具體來說，顯示結果表明該系統能夠對檢測目標位置進行自動準確找尋，并對其檢測目標狀態進行自動檢測，將定位和檢測精度細化到0.05mm，切實提高了檢修質量和效率，促使其向信息化、智能化方向積極發展。

2.3 能耗管理

在智慧城市軌道建設過程中，必然會產生一定的能源消耗，為了達到節約能源消耗、降低運營成本的目的，需要利用相應的硬件設施和網絡資源，將系統中各項聯動裝置和節能控制系統進行高效連接，并將其整合到統一界面中利用遠程控制技術對設備狀態、環境參數等進行操作。在此基礎上與可視化系統能源模型進行結合，對模型結構與實際效能進行深化分析，有利于實現對設備資源能耗進行精細化管理[4]。通過對城軌各項數據的采集和分析，嚴格按照節能原則和舒適度需求，將數據統一規劃到巡檢管理系統中，有利于實現多項智能控制，如定時控制、本地控制、聯動控制等，可以此為依據自動生成系統數據報告，為最終管理決策提供信息支持，切實達到節約能耗的目的。除此之外，還能在降低經濟投入的同時提高用戶滿意程度，推進智能運維的發展進程。

例如：2020年11月27日，中國城市軌道交通協會運營管理委員會2020年年會在青島舉行，其主要內容包括上海、廣州、深圳等30多家地鐵公司的智能裝備集成狀態，以及對智慧城市軌道建設能源消耗問題進行深入分析。

從目前智能巡檢機器人建設方面看，已經可以詳細劃分為智能巡檢機器人和板下微型巡檢機器人2種形式，經過研發團隊的反復論證、測試和優化，進一步對其資源能耗問題進行更深程度的研究。從電力資源方面看，其是巡檢機器人運行的主要動力支撐，當應用以上2種機型時，可有效彌補現有的電力監測系統諸多不足情況，極易避免出現資源浪費等不良問題，可進一步對放電、溫度異常、可見紅外等進行精確檢測，有利于為軌道交通系統供電智慧運維提供新思路，并有效節約人工與經濟投入成本，盡最大程度提高了系統內能耗管理力度，為實現智慧城軌建設降本增效提供大力支持。

2019年4月，青島地鐵已明確了智能運維頂層規劃、城軌云與6號線智慧地鐵規劃兩項重要內容，具有智能檢修機器人、智能運檢機器人和動態檢測數據系統3項智能運維成果，加大運維系統能耗管理質量和水平，為城市軌道交通運營指明發展方向，全力助推軌道交通運營高質量發展。

2.4 PHM平臺搭建

故障預測與健康管理系統（Prognostic and Health Management，PHM）是指利用傳感器采集和分析系統運行狀態數據，以提供先進的故障診斷和預測行為，進而能夠預測未來的健康狀況、問題的出現及需要的維修行為。基于診斷/預測信息、可利用資源和運行要求，對維修和后勤活動做智能、充分和適合的決策，從而在產品設計、生產、檢驗、運行、維護、配置等整個生命周期過程中體現出管理成本效益。簡單地說，PHM就是借助各種算法和模型，找到故障表象與故障原因之間的關系，推導出設備故障的原因及故障部位，并對故障征兆趨勢進行跟蹤，對未來可能發生的故障進行預測，并通過維修決策合理調配維修保障資源，從而制定出最佳維修保障方案。PHM項目的研發與應用，可在成本優化、運營效率提升、運營安全性及運營品質提升等方面獲得卓越成效，將為城市軌道交通帶來顯著的經濟效益和社會效益。

2.5 數字孿生技術應用

對于地鐵這樣規模龐大且人流密集的重大交通設施，監測、控制其環境質量顯得尤為重要，不僅要滿足乘客的舒適度體驗還要保證乘客的人身安全。傳統地鐵環境控制系統采用自動化管理與控制系統，面對獲取的大量運行狀態監測數據，難以用可視化的方式呈現，所以將數字孿生技術與地鐵環控系統相結合就顯得尤為有意義。將數字孿生技術與地鐵環控系統相結合，具有以下優勢：

（1）三維可視化。數字孿生打破了通過平面圖紙整合建筑信息的傳統模式，通過 3D 建模技術映射出物理現實世界的建筑模型。能夠逼真還原地鐵車站的建筑結構、管道系統、通風空調系統、電梯系統、安全警報系統等，同時涵蓋所有的幾何、材料和狀態信息。（2）全生命周期。數字孿生從規劃設計到施工再到運維階段的信息集成，保證了數據的完整性和一致性，貫穿地鐵車站全生命周期。改善了傳統模式中設計、建造階段的信息與運維階段的信息分別儲存的弊端，減少了維護成本。（3）預測性分析。數字孿生技術的引入為預測性決策和分析提供了基礎。利用傳感器監測大功率或易燃易爆等危險物品的關鍵數據；可借助深度學習算法，分析監控采集的乘客行為圖像；根據通風空調系統的配置和傳感器采集的數據等，分析車站熱舒適度，同時預測能耗。

3.結語

在智慧城軌建設背景下加大對智慧運維的重視力度是滿足現代化、智能化社會發展的必然趨勢，是推進交通行業積極發展的重要內容。因此，必須根據實際情況做好體系構建，強化智慧運維的各項能力，有利于實現交通經濟和社會效益的和諧統一。