協會推動行業發展又一國家示范工程項目上海軌道交通車輛智能運維系統

文/上海地鐵

國家發展改革委2018年發布《增強制造業核心競爭力三年行動計劃（2018-2020年）》，上海申通地鐵集團積極響應，申報的“上海軌道交通車輛智能運維系統”于2018年5月獲批中國城市軌道交通協會示范工程，2019年1月被國家發展改革委批復為增強制造業核心競爭力關鍵技術產業化項目，成為軌道交通行業又一個國家示范工程。

目前，上海軌道交通運營總里程已增至705公里，日客流量超過1200萬人次，占公共交通出行量的60%，運營網絡規模領跑全球，上海地鐵車輛保有量也在不斷擴大。回望20年前，上海地鐵的列車僅有45列，270輛；2018年，列車達到856列，5116輛，增加了接近20倍。未來，上海地鐵列車總量仍將快速增長，到2021年底，上海地鐵列車數達到近1200列，7400輛，穩居全球前列。

圍繞上海地鐵“國內領先，國際一流”戰略目標，在車輛數躍升的同時，對列車運維保障工作也提出了新的要求。當前，車輛運維保障工作除了需要滿足“安全性、可用性、可靠性”等要求外，還需兼顧經濟性和支持性指標，對運維的效率、質量和技術提出了更高要求。然而擺在面前的瓶頸顯而易見：一是設備壓力大，長期的高負荷運行，對車輛運維造成極大風險挑戰；二是力量攤薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術、技能等在內的骨干力量逐漸攤薄；三是檢修效率低，由于體量增加、夜間作業時間縮短等情況，要求檢修作業確保質量，提高效率；四是資源占用多，僅是列車檢修基地占地就有5788922.3平方米，在寸土寸金的城市地域，價值可觀。

圖1 車輛智能運維平臺

在此背景下，“上海軌道交通車輛智能運維系統”應運而生。上海地鐵根據列車運營和檢修需求，聯合國內專業院所、高校和生產廠，采用物聯網、大數據、人工智能等技術，開發了車輛智能運維系統。對于城市軌道交通來說，該系統的主要目的在于減少運營故障、縮小運營影響、降低故障等級，確保運營安全；同時應對超大體量的軌道交通網絡減少人工作業、降低勞動強度、減少人為影響、提升智能化程度。

一、系統組成

“上海軌道交通車輛智能運維系統”包括車聯網系統、軌旁車輛綜合檢測系統、車輛維護軌跡系統三大組塊。

1、車聯網系統通過在列車上安裝無線傳輸設備，對列車運行的狀態數據與故障數據進行實時采集、傳輸，利用Netty、Kafka、Spark Streaming等大數據技術實現列車狀態實時監控及超大規模數據處理。車聯網系統所采集的數據是車輛智能運維系統最重要的數據基礎。新模式下，其取代了列車故障只能依靠入庫后手動下載、離線分析數據、判斷列車故障狀態的傳統模式。新模式涵蓋列車速度、線網電壓、車門開關狀態、電機轉速、輪軌振動狀態等4000余項核心信號、信息，實現了列車95%的子系統遠程故障監控。

圖2 車聯網系統

2、軌旁車輛綜合檢測系統主要包括輪對尺寸檢測模塊、車下設備溫度檢測模塊、受流器/受電弓檢測模塊、360°車輛外觀檢測模塊、踏面缺陷動態圖像監測模塊、車輪失圓檢測模塊、車輪深層次探傷模塊、軌邊聲學診斷系統模塊等。軌旁車輛檢測系統利用機器視覺、先進傳感、人工智能等技術實現了列車不停車自動檢測，覆蓋了不低于60%的人工目視檢查作業和100%輪對尺寸測量作業，提高了受電弓、車輪等關鍵部件的檢測頻率，延長了受電弓、車門、牽引裝置、軸箱、電機、齒輪箱、制動單元、構架等關鍵部件的人工檢查周期。3、車輛維護軌跡系統主要包括移動點巡檢、鷹眼系統、工具管理系統、物料管理系統、以及基于物聯網的工藝設備管理系統。將原來人工作業產生的各類數據電子化，同時補充了工具使用信息、物料流轉信息、員工維修行為等數據的采集。系統在新模式下完成生產過程、物料移動、工具流轉、生產質量等業務的過程數字化，通過網絡加工生成新的信息資源，提供給各層次的人們洞悉、觀察生產活動中的全部信息，以作出有利于生產要素組合優化的決策，使企業資源合理配置，求得最大的經濟效益。

圖3 軌旁車輛綜合檢測系統

圖4 車輛維護軌跡系統

二、應用情況

目前車聯網已覆蓋上海地鐵多個車型，總計超過240余列列車已納入車聯網。

軌旁車輛檢測系統已在17號線朱家角基地、9號線金橋基地投入使用，5號線、7號線、12號線也將在近期建成投用。

維護軌跡系統中的移動點巡檢已在超過7條線路使用，工具管理系統已在17號線投用，物料管理系統在籌備中。

2017年底17號線開線伊始，“上海軌道交通車輛智能運維系統”同步上線。在該系統的支持下，車輛檢修由日檢演變為8日檢，檢修內容和頻次增加，而人員卻大大減少，人車比由0.6減為0.33，為歷史最低。同時17號線的運營質量處于較高水平，2018年17號線列車無運營故障間隔里程超過10萬公里，相比過去新線開通首年的運營水平提升63.7%。在延長檢修間隔的基礎上，列車不回庫檢修也成為可能，土地作為不可再生資源，檢修基地可緩建或占地面積減少。

三、產業推廣

2021年底，智能運維系統覆蓋上海全路網18條線路1000余列車和全部27個檢修基地。圍繞軌道交通裝備產業化戰略實施，上海地鐵將順應我國制造業智能化、綠色化、服務化、國際化發展趨勢，借助大數據系統和云計算，促進軌道交通車輛檢修向數字化和智能化發展。以核心裝備、系統軟件、機器視覺等關鍵領域為重點，突破和掌握一批關鍵核心技術。上海地鐵支持智能關鍵技術裝備和核心支撐軟件在軌道交通領域的推廣應用，不斷提高軌道交通檢修的智能化水平。利用上海的地域優勢，加強與科研單位進行產、學、研、用合作，以自主創新產業技術突破，促進行業整體發展，帶動大數據、機器視覺等相關產業的發展。

上海地鐵車輛智能運維系統的建成，將加速城市軌道交通智能運維系統的標準化及模塊化，有助于建立全行業城市軌道交通各類運維數據采集、傳輸和應用體系規范，提高系統推廣的可行性，并最終實現產業化的目的。

四、結束語

上海城市軌道交通的高速發展，改變了人們的城市出行和生活方式，極大助力了上海經濟社會的發展。我們相信，“上海軌道交通車輛智能運維系統”將牢牢把握上海地鐵“數字化、信息化、智能化”的后發優勢，探索和引領城市軌道交通的技術發展方向，滿足新時代人們美好生活需求，努力把地鐵打造成為上海這座國際化大都市的新名片。