智能化技術在地鐵列車運維管理中的應用與前景

摘要 隨著城市化進程的加快和人口的不斷增長，地鐵系統作為一種高效、快速、環保的城市交通方式得到了廣泛應用和發展，而地鐵列車的運維管理對于確保安全和提高運行效率具有重要意義。傳統的地鐵列車運維管理往往依賴人工巡檢，容易受到人的主觀判斷和錯誤的影響。為解決這些問題，文章主要探討了智能化技術在地鐵列車運維管理方面的應用與前景。

關鍵詞 智能化技術；地鐵列車；運維管理

中圖分類號 U29 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0007-03

0 引言

地鐵系統作為一種高效、快速、環保的城市交通方式，在現代城市中發揮著重要作用。為確保地鐵列車安全運行和提高運行效率，地鐵運營商越來越多地引入智能化技術以改善列車的運維管理。智能化技術包括物聯網、大數據分析和人工智能等，可以實現對列車狀態的遠程監測、數據的實時采集與分析，并根據信息進行智能決策與優化，從而提升地鐵列車運維的精確性、實時性和智能化水平。

1 地鐵列車運維管理存在技術缺陷

1.1 設備監測和故障診斷不準確

傳統的地鐵列車運維管理依賴人工巡檢和經驗，這種方式具有主觀性和局限性[1]。現代智能化技術雖然可以實現對設備的遠程監測和故障診斷，但有時由于傳感器的故障或數據分析算法的不完善，可能會導致設備監測和故障診斷結果的準確性不高，無法及時發現并解決潛在問題。

1.2 安全風險和網絡安全問題

智能化技術的應用涉及大量的數據采集、傳輸和存儲，以及龐大的網絡基礎設施。這些都對系統的安全性提出了新的要求。如果網絡遭受攻擊或數據被篡改，可能會對地鐵列車的運行安全和正常維護帶來重大的風險。

1.3 技術更新和適配問題

地鐵列車的運營周期一般較長，存在多個世代的車輛和設備。隨著智能化技術的快速發展，舊有的設備可能無法與新的智能化系統兼容，或者無法獲得最新的技術更新。這可能導致部分設備無法利用智能化技術帶來的優勢，限制了運維管理的整體水平和效果。

2 針對地鐵列車運維管理問題的解決對策

2.1 優化數據分析算法，提高故障診斷的準確性和及時性

優化數據分析算法可以在地鐵列車運維管理中發揮重要作用，提高故障診斷的準確性和及時性[2]。例如，在某城市的地鐵運行中，信號系統是關鍵的控制系統之一。該系統通過監測地鐵列車的位置、速度和剎車狀態等信息，并實時發出指令，以確保列車安全運行。然而，由于地鐵列車數量龐大、線路復雜多樣，以及一些無法預見的因素，比如惡劣天氣和設備老化等，信號系統可能會出現各種故障。這些故障如果不能及時發現和解決，會給地鐵運營帶來不便甚至安全隱患。為了解決這一問題，優化數據分析算法可以起到關鍵作用，該算法通過對大量實時和歷史數據進行分析，建立故障預測模型，精確預測可能出現的故障。假設有n個特征描述地鐵列車的狀態，分別用x1，x2，...，xn表示。其中x1表示列車速度、x2表示溫度、x3表示振動等傳感器數據。目標變量y用于表示是否發生故障，取值為0或1。

利用邏輯回歸模型，利用特征x1，x2，...，xn預測目標變量y的概率。邏輯回歸模型的公式如下：

p = 1/（1 + exp（-z）） （1）

式中，p——發生故障的概率，邏輯回歸模型預測的目標變量（也可以稱為標簽）的概率；exp——自然指數函數，即e的指數冪；z——線性函數的結果。其中，z=w0+w1×x1+w2×x2+...+wn×xn，是特征向量x1，x2，...，xn與權重向量w0，w1，...，wn進行線性組合的結果。w0，w1，...，wn為模型的權重參數。這些參數將通過訓練過程進行學習和優化，以使模型能夠更好地擬合數據。x1，x2，...，xn為特征向量，用來描述地鐵列車的狀態。每個特征對應一個觀察值。這可以幫助運維人員采取預防措施，以減少故障對地鐵運營的影響。優化數據分析算法可以實現自動報警和快速定位故障，一旦系統監測到信號異常，它會自動發出報警，并通過數據分析算法準確定位故障的具體位置和原因。具體公式如下，主要利用數據分析算法進行故障定位：

FV=W1×F1+W2×F2+...+Wn×Fn （2）

式中，FV——故障位置的向量，包含每個設備的可能故障位置；Fi——第i個設備發生故障的概率；Wi——第i個設備對故障位置的權重，用于衡量其對故障位置的影響力；n——設備的數量。通過計算每個設備發生故障的概率，并根據其對故障位置的影響力賦予權重，從而計算出故障位置的向量FV。這樣，運維人員可以快速定位問題并采取相應的修復措施。另外，通過數據分析算法可以實時監測和分析地鐵列車的運行狀況，從而可以及時調配資源，優化列車的運行策略，提高運行效率。

2.2 強化系統的網絡防護措施，確保數據的安全傳輸和存儲

為了確保地鐵列車運維管理中數據的安全傳輸和存儲，需要強化系統的網絡防護措施。以某城市地鐵列車運維管理系統為例，該系統涉及大量的實時監測數據、乘客信息及維修報告等敏感數據[3]。針對數據防護問題需要建立嚴格的網絡安全策略，通過制定和執行安全策略，規定各種網絡行為的權限和訪問控制，限制非授權人員對系統的訪問。實施嚴格的訪問控制策略，只允許授權人員訪問系統。通過建立用戶賬戶和權限管理機制，規定各種網絡行為的權限，如登錄、讀取/寫入數據、系統配置等。此外，記錄所有訪問和操作行為，并定期審計和監控這些日志，以便及時發現和應對潛在的安全事件。部署防火墻和入侵檢測系統，對網絡流量進行實時監測和分析，檢測并阻止未經授權的訪問和網絡攻擊。嚴格限制入口和出口流量，并實施全面的安全策略以防御潛在的網絡威脅。監視系統日志、行為分析和入侵檢測報警，及時發現和修復潛在的安全漏洞，并通過建立緊急響應機制處理安全事件。防火墻和入侵檢測系統應用及效果分析見表1所示：

如表1所示，通過部署防火墻和入侵檢測系統，可以實時監測和分析網絡流量，并檢測阻止未經授權的訪問和網絡攻擊。這些安全設備和系統能夠對網絡流量進行深度檢測，以有效地識別和屏蔽惡意流量，從而保護網絡系統免受潛在的網絡威脅。

對于包含敏感數據的內部網絡，可以采用隔離網絡的方式，確保只有經過授權的人員才能夠訪問。采用強大的身份認證和訪問控制機制，確保每個用戶都有唯一的身份標識，且只能訪問其所需的數據和功能。部署入侵檢測系統（IDS）和入侵防御系統（IPS），對網絡流量進行實時監控和分析，及時發現并阻止可能的攻擊行為。結合安全事件和日志管理系統，建立網絡安全的監控和響應機制，以便及時應對網絡威脅和安全事件。根據數據的敏感性和機密性，對數據進行分類，并制定相應的訪問控制策略，確保敏感數據只能由經過授權的人員，以及需要訪問這些數據的系統和應用程序進行訪問，限制物理訪問權限，使用視頻監控和入侵報警系統，防范未經授權的人員對服務器房、機房等關鍵設備區域的訪問。

同時，對于特權用戶和管理員賬號，應加強權限管理，限制其訪問范圍，以減少潛在的風險。對于敏感數據的傳輸，可以使用SSL/TLS等加密協議以確保數據在傳輸過程中的機密性和完整性。

2.3 地鐵運營商應制訂設備更新計劃，逐步引入兼容智能化技術的新設備

地鐵運營商應制訂設備更新計劃，逐步引入兼容智能化技術的新設備，以提升地鐵列車的運維管理效率和服務水平[4]。例如，某城市的地鐵運營使用了一批老舊列車，但這些列車的設備和技術已相對落后，無法滿足當下快速發展的智能化需求，因此地鐵運營商應積極推動設備更新，引入兼容智能化技術的新設備。地鐵運營商可以制訂設備更新計劃，根據列車的年限和技術狀況確定合理的更新周期；通過定期維護和檢查，評估列車設備的性能和可靠性，判斷是否需要進行設備更新。設備類型及更新周期見表2所示：

與設備更新和維護計劃相結合的是培訓和人員技能提升。地鐵運營商應為操作和維護人員提供必要的培訓和技能提升機會，以確保工作人員能夠熟練操作和管理新設備，并能進行適當的維護和故障排除，這樣可以確保設備的順利更新和運行，從而提高地鐵系統的整體運營效率和乘客服務質量。同時，可以結合列車的實際使用情況和未來的發展需求，提前做好預測和規劃，以確保設備更新的及時性和連貫性。地鐵運營商應充分考慮智能化技術的應用需求，并選擇兼容這些新技術的設備。例如，引入具有智能監控、故障自診斷、遠程管理和數據自動上傳等功能的列車設備。這樣，運維人員就可以實時監測列車的運行狀況，以便迅速發現故障并進行診斷，減少故障排除的時間和成本。列車設備基本參數見表3所示：

數據將通過智能監控和傳感器系統收集，并通過設備內部的數據傳輸系統自動上傳到遠程管理平臺或服務器，供運維人員實時監測、分析和故障診斷。通過及時獲得列車設備的狀態和性能數據，運維人員可以迅速發現異常情況和故障，并采取相應的措施進行修復，以減少故障排除的時間和成本。這些可以提高列車設備的可靠性和可用性，確保地鐵系統的平穩運行和乘客安全。

同時，智能設備還能自動匯總和上傳相關數據，為運營決策提供有效依據，并幫助優化列車的調度和擁堵管理。地鐵運營商還應考慮設備的可擴展性和兼容性，確保新設備能與既有的系統進行無縫對接。例如，可以選擇采用開放式架構和標準化接口的設備，以便與現有的運維管理系統和監控系統進行集成。這樣一來，可以充分利用既有系統的資源和功能，減少運營商因設備更新而帶來的投資成本和工作量。

3 智能化技術在地鐵列車運維管理的未來前景

第一，智能監控系統是地鐵列車運維管理中的重要組成部分。通過在列車上部署傳感器和監控設備，可以實時監測列車的各項參數，如速度、溫度、濕度、壓力等，以及車門狀態、客流量等。這些數據可以全天候、高精度地獲取和上傳，以提供準確的列車運行狀況信息。運維人員可以通過遠程管理平臺實時查看和分析這些數據，快速發現異常情況，并采取相應的措施。智能監控系統能夠大幅提升列車設備的可靠性和安全性，減少故障發生的概率，提高列車運行的穩定性。

第二，故障自診斷系統是智能化技術在地鐵列車運維管理中的重要應用。通過對傳感器數據的實時分析和比對，故障自診斷系統可以識別并定位列車設備的故障。一旦發生故障，系統會自動發出警報，并提供詳細的故障信息，運維人員可以通過遠程管理平臺獲得這些信息，并執行相應的故障排除措施。故障自診斷系統有效地減少了故障診斷的時間和人力成本，提高了列車設備的維修效率。

第三，智能化技術為地鐵列車運維管理提供了大量的數據支持。通過數據的自動上傳功能，可以及時將列車設備的運行數據和故障信息上報，為后續的數據分析和優化提供可靠的基礎。運維人員可以通過對歷史數據的分析，預測設備的健康狀況，制訂定期維護計劃，降低意外故障概率，并優化調度策略，提高列車的運行效率。

4 結語

總體而言，智能化技術在地鐵列車運維管理中的應用前景十分廣闊。隨著技術的不斷發展和創新，智能化技術將持續推動地鐵列車運維管理水平的提升。通過智能監控系統、故障自診斷系統和遠程管理等應用，地鐵運營商可以實現更高效、高質量的列車運維管理，不斷提升乘客的出行體驗，同時降低運維成本和提高運輸效率。智能化技術的不斷應用和創新將為城市交通的可持續發展作出重要貢獻。

參考文獻

[1]楊玲玲．BIM技術在鐵路基礎設施智能運維中的應用及前景分析[J]．現代城市軌道交通， 2021（6）：96-102.

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[3]聞立飛，孟暉.人工智能技術在變電站運維管理中的應用研究[J].光源與照明， 2022（3）：243-245.

[4]李錦盛，蘇志偉.智能化技術在變電運維中的應用分析[J].中文科技期刊數據庫（文摘版）工程技術， 2021（12）：325-327.

收稿日期：2025-01-07

作者簡介：彭威（1990—），男，本科，工程師，主要從事地鐵列車運維管理方面的研究工作。