大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下城市軌道交通通信系統(tǒng)設備的運營和維護

付一鳴

（武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430000）

通信系統(tǒng)作為城市軌道交通運營的重要組成部分，為實現(xiàn)軌道交通信息傳輸提供了技術(shù)保障。城市軌道交通通信系統(tǒng)由若干單元、信源、信宿與信道共同組成，其中各個單元均需要具備特定功能與相互依賴作用，供用戶發(fā)送與接收信息[1]。在交通通信系統(tǒng)中包含了大量的通信設備與軟硬件，通過合理的布局與配置，共同實現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下，城市軌道交通高效通信的目標[2]。隨著城市軌道交道運營線路條數(shù)、運營車站數(shù)、運營里程數(shù)、跨線路業(yè)務數(shù)的大幅度增長，對交通通信系統(tǒng)設備運行性能的要求也逐漸升高[3]。為了提高通信系統(tǒng)設備運行的質(zhì)量與效率，充分發(fā)揮通信系統(tǒng)設備的性能與效應，在當前大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下，針對城市軌道交通，開展了通信系統(tǒng)設備運營與維護的深入研究。

1 大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下設備運營場景設計

為保證城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運營與維護的質(zhì)量及效率，在當前大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下，依據(jù)城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運行情況與特征，開展通信系統(tǒng)設備運營場景設計。本文設計的通信系統(tǒng)設備運營場景主要包括4 種，圖1 為通信系統(tǒng)設備運營場景組成示意圖。

圖1 通信系統(tǒng)設備運營場景組成示意圖

由圖1 可知，4 種城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運營場景能夠詳細地描述城市軌道各個區(qū)域與通信運營環(huán)境下，通信系統(tǒng)設備運營的工況變化。在各個運營場景中設置聯(lián)動邏輯紐帶，通過遠程人工啟動作業(yè)，喚醒城市軌道交通通信系統(tǒng)設備的自檢功能[4]。在設備運營場景中設定數(shù)字集群式通信調(diào)度功能，集中控制信道，使通信信道享有有限運營權(quán)。設計通信耦合單元與串行通信控制板，基于移頻監(jiān)控半雙工通信方式，控制通信系統(tǒng)設備傳輸速率與信號載頻，通過通信耦合單元，接收與發(fā)送設備通信控制數(shù)據(jù)[5]。在大規(guī)模網(wǎng)絡化運營下，設計通信系統(tǒng)設備運營場景的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)，賦予設備自愈功能。將微機控制技術(shù)應用于設備產(chǎn)品中，提高設備運營場景的可靠性與穩(wěn)定性。根據(jù)通信系統(tǒng)設備運營場景的動態(tài)變化，不斷轉(zhuǎn)變其扁平架構(gòu)，以滿足通信系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸交互的需求。利用網(wǎng)絡技術(shù)，建立設備運營場景一體化結(jié)構(gòu)，設定運營場景頂層管理功能，檢驗管理通信系統(tǒng)終端設備運行情況，延長設備使用壽命。通信系統(tǒng)設備運維工作人員根據(jù)設備運營場景中資源利用情況，集成管理通信系統(tǒng)各個終端設備。基于設計的軌道交通通信系統(tǒng)設備運營場景，全方位、多維度地展示設備運營的實時情況[6]。

2 建立交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺

城市軌道交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺能夠有效地實現(xiàn)設備智能化運營與維護目標，基于此，本文在完成設備運營場景設計后，建立了交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺。

設計城市軌道交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺的基本框架。圖2 為城市軌道交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺基本框架圖。

圖2 城市軌道交通通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維平臺基本框架圖

由圖2 可知，本文設計的設備網(wǎng)絡化運維平臺由智能維護監(jiān)測服務器、運維監(jiān)測工作站與顯示終端共同組成。將城市軌道交通通信系統(tǒng)設備通過主干網(wǎng)與網(wǎng)絡化運維平臺連接，自動檢測通信系統(tǒng)設備存在的漏洞，并對其作出響應處理。

在設備網(wǎng)絡化運維平臺基本框架的基礎(chǔ)上，設計設備網(wǎng)絡化運維平臺功能。圖3 為設備網(wǎng)絡化運維平臺功能結(jié)構(gòu)圖。

圖3 設備網(wǎng)絡化運維平臺功能結(jié)構(gòu)圖

由圖3 可知，設備網(wǎng)絡化運維平臺由城市軌道交通通信系統(tǒng)設備數(shù)據(jù)采集、健康度管理與故障分析診斷3 個模塊組成。

1） 數(shù)據(jù)采集。使用精度與性能較高的傳感器，實時采集城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運行過程中，設備控制部分、設備轉(zhuǎn)換部分以及設備表示部分的工況數(shù)據(jù)，將運行數(shù)據(jù)組成完整的設備感知信息，描述設備的運行工況。

2） 健康度管理。設定平臺特征學習與特征分層提取算法，對通信系統(tǒng)設備運行圖像與運作聲音作出識別，將識別結(jié)果作為平臺輸入建模，管理設備健康度。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入挖掘功能，分析并挖掘城市軌道交通通信系統(tǒng)中，各關(guān)鍵設備的數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵設備運行數(shù)據(jù)進行清洗處理，分析并提取設備運行特征參數(shù)，進而根據(jù)其運行特征參數(shù)與運行工況特征，預測設備的健康度[7]。

3） 故障分析診斷。在通信系統(tǒng)設備健康度管理基礎(chǔ)上，進入設備網(wǎng)絡化運維平臺的故障分析診斷模塊，通過平臺故障分析診斷模塊，對設備工況數(shù)據(jù)進行聚類處理，指定故障診斷派發(fā)任務，逐層診斷設備所有故障可能。依據(jù)設備故障特點與各個部件之間存在的關(guān)聯(lián)，描述設備故障信息與故障原因。采用通信系統(tǒng)設備自查故障與接報故障記錄的方式，管理記錄設備故障，進而確定故障發(fā)生的影響因素與邏輯關(guān)系，為運維人員提供設備安全控制關(guān)鍵信息，幫助運維工作人員快速判斷設備故障源，并定位故障，進而制定通信系統(tǒng)設備故障維修方案[8]。基于網(wǎng)絡化運維平臺可視化功能，重點維護設備故障概率較高的位置，結(jié)合預防性定期維護保養(yǎng)，全面實現(xiàn)通信系統(tǒng)設備網(wǎng)絡化運維的目標。

3 評價城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運維質(zhì)量

完成上述設備網(wǎng)絡化運維平臺建立后，為進一步實現(xiàn)城市軌道交通通信系統(tǒng)設備全面運營維護的目標，解決其中存在的問題與不足，接下來，對設備運維質(zhì)量進行評價。依據(jù)城市軌道交通通信維護規(guī)則，本文主要從3 個角度開展通信系統(tǒng)設備運維質(zhì)量評價，分別為設備質(zhì)量評價、設備工作質(zhì)量評價與設備運用質(zhì)量評價。

1） 城市軌道交通通信系統(tǒng)設備質(zhì)量評價。通信系統(tǒng)單臺設備評價得分能夠衡量運營與維護工作的優(yōu)劣程度，屬于設備運維質(zhì)量評價的基礎(chǔ)評判依據(jù)，其計算表達式為

式中：Qa為通信系統(tǒng)單臺設備評價得分；Qc為通信系統(tǒng)單臺設備評價項目分值；Qr為設備每個評價項目權(quán)重。

2） 城市軌道交通通信系統(tǒng)設備工作質(zhì)量評價。設備工作質(zhì)量指的是運維人員在通信系統(tǒng)設備日常維修中的質(zhì)量，能夠反映設備維護業(yè)務能力與檢修計劃落實情況。通信系統(tǒng)單臺設備工作質(zhì)量評價表達式為

式中：Qc為通信系統(tǒng)單臺設備工作質(zhì)量；Nq為未按時完成檢修計劃的設備數(shù)量；Nz為通信系統(tǒng)設備生產(chǎn)計劃總數(shù)。

3） 城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運用質(zhì)量評價。設備運用質(zhì)量評價能夠全面反映城市軌道交通通信系統(tǒng)的維護效果。評價中，采集設備綜合網(wǎng)管數(shù)據(jù)，結(jié)合實際維護情況，動態(tài)檢測設備運行數(shù)據(jù)、設備線路、設備上行PRB 資源利用率與下行PRB資源利用率、無線通信接通率、通信網(wǎng)絡時延與丟包率。根據(jù)各項運行質(zhì)量評價指標的動態(tài)檢測結(jié)果，獲取通信系統(tǒng)設備運用質(zhì)量信息。

綜上，先從設備質(zhì)量評價、設備工作質(zhì)量評價與設備運用質(zhì)量評價3 個角度分別對通信系統(tǒng)設備運維質(zhì)量作出全方位的檢測與評價，獲取設備工作與運用中存在的不足問題；再利用上述提出的方法，有針對性地對不足問題進行運營與維護，進而高效實現(xiàn)提高設備性能與效用的目標。

4 效果分析

綜合上述內(nèi)容，為本文提出的城市軌道交通通信系統(tǒng)設備運營與維護方法的全部設計流程。在提出的新方法投入城市軌道交通工程應用前，開展了如下文所示的運營維護效果分析，驗證新方法的有效性與可行性后，方可投入實際使用。

選取S 市的城市軌道交通作為此次實驗研究的依托。S 市的城市地鐵運營線路全長約為75.2 km，總共設有60 座車站，均為地下車站，運營里程長度為73.5 km。該城市軌道交通通信系統(tǒng)架構(gòu)采用總公司與子公司結(jié)合的形式，通信距離覆蓋軌道交通全線。通信系統(tǒng)信道數(shù)量約為115 個組，均具備偵聽與組呼功能，能夠高效實現(xiàn)城市軌道交通調(diào)度作業(yè)。在該軌道交通系統(tǒng)中，需要通信業(yè)務的多數(shù)為控制中心、各個地鐵車站與地鐵車場。由于地鐵車場與地鐵車站業(yè)務存在較強的相似性，可以將其劃分為同一類業(yè)務。通信系統(tǒng)中包括傳輸部分與接入部分，其中，傳輸層負責提供各種通信通道，使城市軌道交通通信業(yè)務能夠從傳輸節(jié)點安全可靠地傳輸至另一個節(jié)點；接入層負責完成通信業(yè)務接入與匯聚，將匯聚好的通信業(yè)務交由傳輸節(jié)點，再通過傳輸層完成通信傳輸。在掌握S 市城市軌道交通通信系統(tǒng)相關(guān)概況后，按照上述本文提出的方法流程，對S 市通信系統(tǒng)設備進行全面運營與維護，檢驗新方法的應用效果。

在此次通信系統(tǒng)設備運營與維護效果分析實驗中，引入對比分析的方法，將上述本文提出的方法設置為實驗組，將常規(guī)的通信系統(tǒng)設備運營維護方法設置為對照組，通過對比兩種方法的運維效果，進而判斷提出方法的可行性。綜合考慮此次實驗所研究通信系統(tǒng)設備的運行特征，選取運營維護后，通信系統(tǒng)各個單項設備合格率作為此次對比分析的評價指標，其計算表達式為

式中：Ra為通信系統(tǒng)各個單項設備合格率；Na為通信系統(tǒng)單項設備合格數(shù)量；Nm為通信系統(tǒng)單項設備總數(shù)。

通過計算，得出此次實驗的評價指標，單項設備合格率越高，說明通信系統(tǒng)設備運營與維護效果越好，設備運行性能得到了顯著提升，反之，則說明通信系統(tǒng)設備運營與維護效果較差，設備運行性能較低。隨機選取城市軌道交通通信系統(tǒng)中的6 種單項設備，每種單項設備選取50 個，分為6 組，分別標號為01、02、03、04、05、06。利用本文提出新的方法與常規(guī)方法分別對通信系統(tǒng)設備進行運營維護。利用模擬分析軟件與統(tǒng)計軟件，計算并統(tǒng)計通信系統(tǒng)設備運營維護后的合格率，繪制通信系統(tǒng)單項設備合格率柱狀對比圖。圖4 為通信系統(tǒng)單項設備合格率對比結(jié)果。

圖4 通信系統(tǒng)單項設備合格率對比結(jié)果

通過圖4 的對比結(jié)果可知，本文提出的通信系統(tǒng)設備運營與維護方法應用后，各個單項設備合格率明顯高于常規(guī)方法，單項設備合格率均達到了97%以上，設備運營與維護的效果較好，能夠顯著提高通信系統(tǒng)設備的運用質(zhì)量與工作質(zhì)量，為城市軌道交通實現(xiàn)高效通信提供有力的技術(shù)支持。

5 結(jié)束語

在當前城市軌道交通行業(yè)高速發(fā)展的趨勢下，對通信系統(tǒng)運行質(zhì)量的要求逐漸升高。為了改善通信系統(tǒng)設備運用與工作中存在的問題，本文提出了一種全新的設備運營與維護方法。根據(jù)圖4 的實驗對比結(jié)果可以得知，應用上述本文提出的方法對通信系統(tǒng)設備進行運營與維護后，單項設備合格率得到了顯著提升，明顯高于常規(guī)方法，單項設備合格率均達到了97%以上。本文提出的方法能夠有效優(yōu)化通信系統(tǒng)設備整體運營與維護效果，為提升城市軌道交通通信質(zhì)量與效率作出重要貢獻。