深圳都市圈城際鐵路信號系統綜合智能運維平臺建設方案

胡 威

（深圳鐵路投資建設集團有限公司，廣東深圳 518000）

城際鐵路作為典型的資產密集型行業，涉及專業多，管理的設備設施數量巨大[1]。其中，信號系統關系到鐵路行車安全和保障運輸效率，有著重要作用。傳統鐵路信號相關監測、運維系統存在數據標準不一，數據的一致性、完整性難以確保；缺乏有效的分析手段，難以對數據進行深入分析和挖掘等缺點[2]。隨著城際鐵路信息化的建設，以及新技術新設備的大量投入，同時為實現資產的全生命周期管理，如何能夠在運營過程中更加智能地對信號系統進行運用維護成了一門需要在建設過程中亟待研究的課題[3]。

1 建設背景

2020 年8 月4 日，國家發改委正式批復《粵港澳大灣區（城際）鐵路建設規劃》，規劃近期到2025 年，大灣區鐵路網絡運營及在建里程達到4 700 km，全面覆蓋大灣區中心城市、節點城市和廣州、深圳等重點都市圈[4]。根據相關安排，深圳地鐵集團將負責粵港澳大灣區中深圳都市圈城際鐵路的規劃、設計、建設及運營。按照規劃，深圳都市圈內共涉及11 條城際鐵路，線路總長度約1 071 km，如圖1 所示。2022 年前啟動建設的有：穗莞深城際南延線、深圳至惠州城際前海保稅區至坪地段（含大鵬支線）、深圳機場至大亞灣城際深圳機場至坪山段。

圖1 深圳都市圈城際鐵路建設范圍Fig.1 Construction scope of intercity railway in Shenzhen Metropolitan Area

2 信號系統運維現狀

2.1 信號監測系統

信號集中監測系統或計算機監測系統作為信號專業的子系統之一，被普遍運用在國家鐵路以及城際鐵路線路中。信號監測系統把鐵路信號設備作為監測對象，通過本地或網絡遠程實時監測信號設備的工作狀態及電氣特性，并能記錄被操作的過程。信號監測系統具有自動監測、存儲、報警等功能，同時提供了回放、異常分析等工具，是鐵路信號設備的綜合測試、分析和管理系統[5]。目前，新版信號集中監測系統還具有一定的趨勢分析、報警分析等功能，但主要的信號設備故障分析還需依靠人工來完成，智能化的深度和廣度還不夠。

2.2 其他運維系統

除信號監測系統外，經過近十幾年的裝備與發展，其他涵蓋了信號設備臺賬、監測檢測、故障統計等多個業務，包括列控設備動態監測系統（Dynamic Monitoring System，DMS）、信號動態檢測系統、列車自動防護系統（Auto Train Protection，ATP）車載設備信息管理系統、器材檢修管理系統、信號安全生產調度管理系統及其他生產作業管理系統、信號技術設備履歷管理系統、軌道車運行實時監測系統、列車運行實時檢測系統等也在推進建設中。這些系統產生和積累了設備技術狀態、故障報警、作業記錄等海量數據。但是，各系統也存在著相互獨立、接口和編碼不統一、數據利用和共享不充分、數據存儲不集中等問題，形成了信息孤島，無法建立數據之間的關聯關系，難以實現對信號設備狀態進行全方位的科學評價與分析，造成大量數據閑置。同時，數據缺乏深度挖掘和開發，在對異常或故障事件的實時分析與診斷支持、采樣數據的自動實時處理、設備狀態的趨勢判斷、報（預）警信息的主動通知等方面，仍然存在嚴重的不足[6]。

3 城際鐵路信號系統綜合智能運維平臺

3.1 建設目標

遵循鐵路信息化總體規劃和“統一規劃、統一標準、統一平臺”的思路，按照“硬件平臺統一化、數據采集歸一化、數據接口集中化、綜合資源共享化、專業應用定制化”的建設原則，構建電務大數據智能運維一體化平臺，提升智能應用水平[7]。建成集設備資產管理、綜合分析管理、作業監控管理于一體的信號系統綜合智能運維平臺，實現信號系統運維管理的內容可視化、業務流程化、知識體系化、決策智能化和管理少人化。

3.2 需求分析

1）管理需求：對管內各線路所有信號設備類的資產進行管理；能夠記錄涵蓋出廠、安裝、驗收、運用、維護、維修、報廢等全生命周期信息，并依據關聯性分析、故障信息等資料制定備品備件的配置計劃。

2）采集需求：主要是從信號各子系統中采集并進行記錄各類生產作業類數據，包括調度集中（Centralized Traffic Control，CTC）、計算機聯鎖(Computer Based Interlock，CBI)、列控中心（Train Control Center，TCC）、車載信號設備、集中監測系統等日志、告警等信息，以及軌旁設備的電氣特性、開關量等信息。

3）分析需求：根據采集到的各類數據，使用人工智能模型分析系統健康狀態，對設備壽命、運行情況、故障隱患等進行預測；運用大數據等方法生成信號設備的專家經驗，對發生的故障提供故障溯源，給出合理有效的維修指導策略。

4）生產需求：指導日常的維修生產作業，實現班組人員管理、維修材料管理、作業單派發等，以及異常情況下的應急調度指揮功能。

3.3 建設方案

3.3.1 總體方案

信號系統綜合智能運維平臺按照“硬件平臺＋應用模塊”的模式，在不改動信號集中監測和其他運維系統的功能和結構的情況下，通過安全設備采集各子系統數據，進一步對數據進行清洗和篩選后，統一進行數據分析，滿足各類運維需求。

硬件平臺方面，在城際鐵路控制中心統一部署數據庫服務器、應用服務器、存儲及備份系統、防火墻、大屏展示系統等設備。在深鐵城際運營公司、信號維修車間和工區部署遠程終端及相關外設，依托內部網絡系統訪問綜合智能運維平臺。

應用模塊方面，依據需求分析，至少應包含信號設備資產管理、全壽命周期管理、信號設備綜合監測、故障智能診斷、故障預測與健康管理、運維綜合分析、作業管理、工機具管理、應急調度指揮等。

整個城際鐵路信號系統綜合智能運維平臺構成如圖2 所示。

圖2 信號系統綜合智能運維平臺構成Fig.2 Composition of integrated intelligent O&M platform for signaling system

3.3.2 應用模塊設計

1）資產管理模塊：規范收集設備基礎臺賬，按照運維管理業務對象細分，形成資產、功能位置、設備、構件等多個級別的層級化設備分類，實現信號機、軌道電路、計軸、轉轍機、應答器、系統設備等設備履歷管理。設備履歷電子化可實現班組-車間-維修基地-城際運營公司的網絡填報、自動匯總，實現履歷數據的大數據管理。

2）全壽命周期管理模塊：結合設備檢測缺陷、特性測試、生產維修及更換等歷史記錄形成全生命周期管理功能。按照“一單元一檔案”的原則，通過對設備設施按單元將基礎信息以及壽命周期內的靜態信息和動態信息與編碼進行關聯，形成完整的設備單元技術狀態檔案，并提供對該單元的信息查詢和自動統計[8]。

3）信號設備綜合監測模塊：利用既有信號監測系統，將監測系統收集的各信號設備的數據進行復現，并對全線車站進行統一管理，通過結構化圖形，更好地展示各設備的工作狀態。

4）故障智能診斷模塊：采用智能化的算法，對綜合監測模塊采集到的數據進行橫向比對，提前發現設備隱患。當發生設備故障或者報警時，智能診斷模塊能夠診斷故障范圍并定位故障點，根據歷史數據及專家經驗找出故障原因。

5）故障預測與健康管理模塊：依據設備資產的投產時間、監測數據、缺陷歷史和作業頻次，按照可調權重算法對各專業設備單元進行量化評分，綜合分析設備劣化趨勢，篩選重點病害地段、缺陷設備，實現對信號設備故障預測與健康管理和動態養護等功能，形成完善的設備健康評分機制。

6）運維綜合分析模塊：主要由故障診斷與健康評分結果決定，推行靈活的設備維護模式。根據設備健康管理數據，將設備的健康狀態分為周期性故障、偶發性故障、損耗性故障和缺陷性故障等類別，分別采取加強監測、周期維修、升級改造、報廢處理等方式，實現維修支出與維修效果的性價比最大化，為智能推送作業方案提供決策支撐。

7）作業管理模塊：包括維修年月表的制定、維修方案編制及審批、日計劃作業票及派工單編制、相關風險要素控制及審批和作業過程安全卡控等。可利用移動終端軟件對現場作業點進行實時監控，以錄音、錄像、視頻監控等方式全程跟蹤作業過程。

8）工機具管理模塊：通過電子標簽動態識別技術，實現工機具設備出入庫及進出場安全管理等功能，對現場遺落的工具進行報警。對各級單位部門工具在用、領取、發放、報廢等情況納入系統進行信息管理，并進行查詢統計、數據分析，關聯使用人員、生產廠家、生產日期等信息，具備定額、周期、壽命追朔、狀態評估等功能。

9）應急調度指揮模塊：為故障處理和巡檢作業提供信息化輔助、作業安全提醒及作業指導、工單派發等。

4 結論

在城際鐵路大規模建設的今天，信息化、智能化的運維需求應被重點關注。信號系統的運維是一個動態的過程，通過大數據、智能分析等手段，力爭實現智能化監測、精準化維修的目的。信號系統綜合智能運維平臺的建設，有利于全面提升設備的運用維護和管理水平，也有利于實現數據資源的整合和優化配置。