基于智慧城軌發展趨勢下的智慧運維應用

程中國 歐曙光

（青島地鐵集團有限公司，山東青島 266035）

0 引言

隨著社會經濟與文明的發展，人們對城市交通設施的需求更加強烈，各項要求也有了提高，且交通設施的完善能夠提高城市經濟運行的活力。因此，建設智慧城軌與智慧運維平臺，能夠推動城市交通的現代化與智能化，為城市各項活動運行提供保障，促進城市的進一步發展。

1 智慧城軌構建藍圖

智慧城軌就是將城市交通與大數據、人工智能、云計算等高端技術進行融合，在具體城市軌道交通建設過程中，將城市交通線路與互聯網連接，實現對交通環境、交通基礎設施以及乘客等多項信息的全面感知，并根據交通運行過程中周邊的實際情況進行自動調控，實現交通運營服務管理模式的創新，提高城市軌道交通的安全性，加快軌道交通運行的效率，推動智慧型城市交通建設的發展。智慧城軌的建設相當于列車具有“自主思考”的能力，不僅具備正常場景下的自動喚醒、自動出庫、正線自動運行、終點站自動清客、自動折返、自動回庫、自動洗車、自動休眠等一系列新功能，還能在一些特殊場景下提供安全保障和遠程控制功能，包括實現遠程故障復位、遠程開/關車門、遠程車輛廣播、自動故障扣車、列車運行狀態在線監測、乘客緊急對講、自動調用視頻監控等功能。節省人力成本、提高運營效率的同時，還具有更高的列車運行安全性。

智慧城軌的發展面向的是整體城市交通行業，因此智慧城軌必須緊跟時代發展步伐，推進軌道交通的信息化、智慧化，加大軌道交通與現代技術的融合力度，逐步構建高度集成的城軌云端大數據平臺。

2 智慧運維

智慧運維是以操作人員的知識以及運維經驗為基礎，與大數據等現代技術相結合，將智慧運維平臺與實際運維情況相適應，承擔城市交通系統的運行與維護工作，進而提高城市軌道交通的運行效率與質量。智慧運維具的優點：統一管理，在設備智慧運維管理平臺上進行統一管理，自動記錄和保存設備和運維日志；可擴展性，設備智慧運維管理系統采用云存儲，存儲容量高，可擴展性強；運行維護效率，利用大數據算法，人工檢查必須在幾小時內完成，智能化協助運行維護可在幾秒鐘內完成，錯誤率較低，協助運行維護人員高效檢查，提高運行維護效率；智能告警，通過告警數據概要歸并、KPI 相關度計算等，實現海量告警的智能應對；智能異常檢測，依據平臺的智能算法，智慧運維可自動判斷各類指標異常與否，無需用戶手動設定監控閾值；智能決策分析，當多維數據集指定目標字段的臨界點后，自動定位到影響最大的組合，實現快速修復[1]。

智慧運維實現智能化操作和維護，根據強大的數據管理和監控能力，完成各領域的智能化、數字化。建立監督管理精細化的數據中心運維平臺，彌補過去廣泛管理存在的不足，為推動數據中心智慧運維和支持業務運營提供保障。

3 智慧城軌發展趨勢下的智慧運維應用

3.1 智慧巡檢

智慧城軌發展趨勢下，提高城軌建設運行的質量與效率，實現對城市軌道交通各個系統的實時管理，降低故障的發生概率，當存在故障隱患時，智慧運維平臺能夠及時定位故障部位，利用智慧運維平臺及時處理，確保城市軌道交通的高效運行。

智慧巡檢是智慧運維工作的重要內容，可以實現對城市軌道交通車站及站內各項基礎設施狀態、質量等各個方面的實時監控，確保設備保持良好的待命狀態，避免設備在應用過程中出現故障，為城市軌道交通安全運行負責。智慧巡檢是基于三維BIM 模型，結合日常巡檢工作，用三維虛擬仿真技術對巡檢信息進行同步展示，對巡檢過程中出現的異常情況進行跟蹤處理，更好地提升日常巡檢效率，完善巡檢人員的管理工作。智慧巡檢工作人員實時監控各類設備的運行數據并有效記錄，及時將數據傳到數據平臺，為后續工作人員的巡檢工作提供數據參考[2]。

智慧巡檢的應用讓工作人員的工作考核、核查等變得更簡便、有序，可以減少人力與時間成本，提高管理效率；工作人員憑借智慧巡檢系統能夠提高信息填報的完整度，豐富信息填報內容，只需簡單幾個步驟即可快速完成巡查項填報、照片拍攝等，確保數據真實、規范，且信息數據時效性及巡查作業效率獲得保障，有效推動智慧巡檢工作的信息化進程；智慧巡檢系統帶有GIS 功能，迅速建立城市軌道交通的巡檢、搶修、監護等業務所關注的GIS 信息庫，管理人員及巡檢工作人員均可利用智慧巡檢系統快速瀏覽軌道交通線路周邊的地理信息，為現場搶修、日常維護、管網巡檢、施工監護等提供快捷有效的決策支撐；智慧巡檢系統讓各項監控信息的調取與查閱更加便捷，工作人員能夠實時在線進行各設備信息的檢查與更新，并且軌道交通各個單位工作人員還可以將一些工程現場照片、施工圖紙導入智慧巡檢系統，工作人員可以在智慧巡檢系統中獲得更多交通線路相關信息，提高資源利用率；工作人員利用自動或者手動計劃模塊，可以智能生成日常、重保或特巡計劃，實現巡檢作業網絡化部署。工作人員可以利用智慧巡檢系統進行交通基礎設施的線下巡檢，利用手機端智慧巡檢App 自動實時上傳巡檢軌跡及照片等信息，如發現隱患或可疑事件可通過手機實時上報，智慧運維平臺的管理人員能夠實時接收并處理隱患上報、處理整改等數據信息，進一步制定巡檢工作的動態輸出巡線軌跡、隱患地圖、巡視到位率統計表等；在巡視、搶修現場，工程人員可使用智慧巡檢系統App 在線調閱相關文檔資料，不用攜帶一堆紙質文檔資料到現場，提高交通設施的運行效率，提升巡檢工作的質量。

3.2 系統構建

智慧運維系統由智能巡檢與環境監測兩部分構成，智能巡檢工作是利用巡檢機器人對軌道交通設施的行走軌跡以及點位進行預先設定與監督，將所有監控數據實時傳輸、分析與整理，并及時傳送到各區域服務器，實現交通基礎設施的實時監控，當監控交通設施存在故障隱患時，智慧運維系統能夠指揮機器人進行設施預處理，為維修人員的設備維修提供時間。環境監測系統利用具有特殊功能的攝像設備以及環境溫度、濕度傳感設備，對設施停放區域的環境進行動態監測，確保設施儲存區域環境的合理，為工作人員的智能巡檢工作提供數據參考[3]。

（1）智慧巡檢系統能夠滿足工作人員的計劃巡檢與手動遙控巡檢工作。計劃巡檢工作是工作人員在利用機器人進行巡檢工作之前，對機器人的工作內容、工作計劃進行完善，確保機器人能夠自主、準確地完成預定的巡檢工作，為工作人員的后續工作提供數據支持。手動遙控監控是指交通基礎設施或者周邊環境存在異常情況時，工作人員通過對巡檢機器人的操控，讓機器人快速到達設施異常位置，利用先進技術對異常情況進行分析，并將分析與整理的數據傳輸到智慧巡檢系統，工作人員可以利用數據分析制定故障處理的方案，提高故障處理效率。工作人員還可以建設設施故障數據庫，將機器人傳輸回來的數據與數據庫內容進行對比，提高設施故障處理的針對性，分析故障出現的原因并制定相應的防范措施，降低交通基礎設施出現故障的概率。（2）環境溫度與濕度監測系統，利用紅外測溫設備實時采集設施表面以及環境的溫度變化，利用紅外線探測技術實現對設施異常情況的有效監測，減少智慧運維工作人員的工作量，確保對交通基礎設施狀態進行實時監控；利用環境濕度監測設備監督設施儲存區域的濕度，當濕度指標超過合理范圍時，該設備自動采取相應的措施降低環境濕度，為設施的儲存創造適宜的環境。

智慧運維平臺還可以實現系統信息的安全維護，防止不法人員的入侵，集中管理城市軌道交通的運行。防止不法人員的入侵主要通過高清攝像機對設施儲存以及運維管理工作區域進行監督，當除了工作人員以外的人出現在監控系統時，攝像機與智慧運維平臺相連接，向工作人員發出警報，確保智慧運維平臺中的信息安全。集中管理工作是智慧運維平臺對所有監控的集中操作，全面掌握城市軌道交通運行狀況，有效實現對智慧巡檢工作的計劃與開展[4]。

3.3 能耗管理

智慧城軌建設過程中，能源消耗問題不可避免，帶來了環境污染、建設成本增加等問題。為了降低智慧城軌建設的能源與成本消耗，需要利用智慧運維系統將各個施工設備與節能控制系統相聯系，利用智慧運維系統實時監控設備狀態、環境變化情況等，及時調整施工建設的策略，降低施工建設過程中的能源消耗，還可以降低施工難度，提高智慧城軌的建設效率。

智慧運維平臺將智慧城軌建設過程中的能源消耗數據進行整合，并建立相應的能源利用模型，工作人員針對模型數據內容進行深入分析，深入了解建設過程中能源消耗問題，針對不合理的能源消耗部分開展研究，實現對能源消耗問題的精細化管理[5]。此外，智慧運維平臺通過對智慧城軌各項數據的采集整理與分析，結合環保節能的原則與乘客舒適度的各項要求，將整理的數據統一上傳到智慧巡檢管理系統，調整部分參數，提高數據控制的智能化。例如，通過定時控制或者聯動控制等，自動生成數據變化報表，為管理人員制定決策提供數據信息支持，降低各項施工設備的能源消耗。

3.4 故障預測與健康管理系統搭建

該系統是利用傳感器采集數據，利用數據分析技術分析并預測監控設施的健康狀況、故障頻發區域與周期、故障的發生、監控管理設施的狀態，達到自主保障、自主診斷的要求，提高工作人員各項決策的科學性；監督各項設施的質量檢查、運行監督與維護、基礎組件的配置等工作，控制智慧城軌建設與管理的成本，發揮故障預測與健康管理系統的價值。該系統的建設與完善是利用各種算法與模型找到故障的表象與故障根本原因之間的聯系，推算故障發生的根本原因并確定故障發生的部位，對故障出現的征兆和趨勢進行跟蹤，對未來可能發生的故障進行預測，提前制定故障維修方案，調配維修資源，提高故障維修方案的完整度[6]。該系統的研發與應用能夠減少城市軌道設施建設的成本，提高運營效率與安全性，確保城市軌道交通運行品質的提升，為乘客提供優質的服務，為相關部門帶來顯著的經濟效益與社會效益。

該系統具有幾點優勢：管理設施運行的生命周期支持多種數據獲取方式，包括實時數據采集、半實物數據仿真、數字仿真、離線數據等；具有大數據存儲計算平臺與大數據治理功能；具有大數據智能分析功能，支持故障預警模型、故障診斷模型等；提供數據可視化顯示功能。

3.5 數字孿生技術應用

數字孿生技術包括三維可視化、預測性分析與全生命周期。例如，地鐵的智慧運維需要注意人流量監測、控制與環境監測等內容，滿足乘客舒適度的需求，確保地鐵的運行安全，為乘客的人身安全提供保障。傳統地鐵運行監控利用自動化管理與控制系統，大量數據的監測與分析需要工作人員花費很多時間進行整理，工作效率較低，影響環境監測數據的可視化。三維可視化是利用3D 建模建立數據變化的立體模型，將地鐵車站的建筑結構、通風與空調系統等展示在建模中，呈現一個虛擬仿真的環境，工作人員利用3D 模型開展數據分析，評估地鐵的最大客流量，優化地鐵的各個系統，提高地鐵環境的舒適度，擴大地鐵的乘客容量[7]；預測性分析是對環境變化進行預測的能力。如，利用傳感設備監督地鐵環境中存在的安全隱患、監督乘客是否存在身體不舒適、計算地鐵各項系統設施運行的能耗等，為地鐵運行工作的開展提供數據參考；全生命周期是將智慧軌道建設整體階段以及后續運行階段的數據進行全面收集與整理，提高數據監控的整體性，在地鐵運行過程中能夠及時監督各項數據變化，了解是否存在設施故障與老化等問題，提高設施維修效率，提高地鐵的效率與安全性，降低地鐵設施的維修成本。

4 結語

智慧城軌建設背景下，提高智慧運維平臺的建設速度，加強現代技術的利用，讓城市軌道交通運行更加智能，推進城市交通設施的完善，逐步構建城市交通的網絡化，促使居民出行更加便利，促進社會經濟文明的發展。