城市軌道交通通信智能運維系統(tǒng)研究

房 杰

（中鐵通信信號勘測設計院有限公司，北京 100036）

0 引 言

城市軌道交通專用通信系統(tǒng)是滿足軌道交通運營、管理需求的綜合業(yè)務通信網(wǎng)，主要包括傳輸系統(tǒng)、公務電話系統(tǒng)、專用電話系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及接地等，可以保障列車安全運行[1]。

目前，城市軌道交通專用通信系統(tǒng)通過建設集中告警系統(tǒng)實現(xiàn)本系統(tǒng)的設備監(jiān)測和告警。集中告警系統(tǒng)是利用計算機網(wǎng)絡技術和計算機本身的數(shù)據(jù)處理能力對專用通信系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)進行集中管理，將各子系統(tǒng)的告警信息集中顯示在告警終端，使通信維護人員能及時、準確地了解整個通信系統(tǒng)設備的運行狀況和故障信息。該系統(tǒng)可以滿足早期專用通信系統(tǒng)運維的需要，但隨著各地區(qū)城市軌道交通建設規(guī)模越來越大、運維體系越來越龐大，傳統(tǒng)的通信運維體系維護效率低、強度大、工作成本高，難以滿足未來可持續(xù)發(fā)展的需要。本研究依托大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術手段建設通信智能運維系統(tǒng)，實現(xiàn)專用通信系統(tǒng)設備從計劃修轉為狀態(tài)修，滿足未來城市軌道交通通信運維的需要[2]。

1 系統(tǒng)概述

通信智能運維系統(tǒng)在城市軌道交通的線路控制中心設置智能運維系統(tǒng)設備，用于采集、匯總、分析、顯示、存儲并打印通信各子系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)信息，從而進行集中監(jiān)測預警、狀態(tài)預判、故障定位以及故障處理指導。此外，該系統(tǒng)還能將各子系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)和告警信息集中反映到告警設備和移動終端設備上，同時記錄下收到的故障信息并保存到數(shù)據(jù)庫中，具有訪問權限的維護人員可以近程或遠程登錄網(wǎng)絡平臺，以快速準確掌握設備運行狀態(tài)或及時處理各系統(tǒng)設備故障，為軌道交通安全運行提供保障[3]。

2 系統(tǒng)功能

2.1 信息采集功能

通信智能運維系統(tǒng)可以對告警信息和設備工作性能參數(shù)實時采集，且采集周期可調。

2.1.1 告警信息采集

（1）網(wǎng)元告警。通信各子系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)應實時采集各子系統(tǒng)網(wǎng)元設備上的所有報警信息，其中網(wǎng)元設備覆蓋通信系統(tǒng)的所有網(wǎng)元。（2）性能超限報警。通過通信各子系統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)，實時采集各子系統(tǒng)的性能超限報警。（3）連接告警。當某一通信子系統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)持續(xù)一定時間不響應通信智能運維系統(tǒng)時，通信智能運維系統(tǒng)自動生成通信連接告警。

2.1.2 設備工作性能參數(shù)采集

（1）設備實時電流、電壓及功耗。采集UPS輸入電壓、輸出電壓、電流、電池組電流、單節(jié)電池電壓以及內阻等參數(shù)，其他各子系統(tǒng)采集服務器、交換機、存儲設備、PIS播放控制器、廣播功放、廣播控制器、錄音設備、母鐘設備以及接口擴展箱等設備的實時電流、電壓與功耗參數(shù)[4]。（2）交換機參數(shù)。采集各子系統(tǒng)交換機的端口實時速率、CPU利用率、CPU溫度、內存使用情況、設備溫度、端口在線狀態(tài)、IP沖突、風扇狀態(tài)、光口收發(fā)光功率等參數(shù)。（3）服務器和工作站相關參數(shù)。采集CPU利用率、CPU溫度、內存使用情況、網(wǎng)口實時網(wǎng)速、應用進程及占用CPU和內存資源以及硬盤使用情況等參數(shù)。（4）電源系統(tǒng)相關參數(shù)。采集交、直流輸出電源的電壓、電流、頻率等參數(shù)；采集UPS的輸出電壓、電流、頻率等參數(shù)；采集蓄電池組與單節(jié)蓄電池的電壓、內阻、溫度以及電池充電量等參數(shù)。

2.2 智能分析功能

智能運維系統(tǒng)應能采集通信子系統(tǒng)的工作性能參數(shù)，跟蹤參數(shù)變化趨勢并加以分析。系統(tǒng)可對設備參數(shù)設置預警和告警閥值，在設備參數(shù)接近該閾值時進行預警，指導維護人員提前介入。預警功能要采集、統(tǒng)計及展示的性能參數(shù)包括：①各系統(tǒng)服務器、交換機、錄音設備、視頻監(jiān)視終端以及各系統(tǒng)網(wǎng)管終端等的CPU利用率、CPU溫度、內存使用情況、應用進程、占用CPU和內存資源的情況、網(wǎng)口實時網(wǎng)速、硬盤使用情況以及實時電流、電壓、功耗等；②電源系統(tǒng)兩路輸入電源和交/直流輸出電源的電壓、電流、頻率等；③開關電源設備的各路交流輸入電流電壓頻率、負載電流電壓、整流器狀態(tài)、免維護電池電壓、電池內阻以及電池充電量等。

2.3 拓撲顯示功能

拓撲顯示功能提供良好用戶界面，以圖形方式顯示網(wǎng)絡拓撲，設備的運行狀態(tài)在網(wǎng)絡拓撲上實時動態(tài)顯示。在拓撲圖上動態(tài)反映各通信子系統(tǒng)網(wǎng)元預警和告警，當前網(wǎng)絡的運行可以通過聲音和顏色的變化來反映。同時還顯示選定對象的基本信息，包括名稱、位置、狀態(tài)、當前告警條數(shù)、當前告警的級別、告警內容以及原因的簡單描述等[5]。

2.4 告警信息管理功能

（1）信息即時推送。智能運維系統(tǒng)設備能對通信各子系統(tǒng)的運行狀況進行24小時不間斷信息采集，并將告警信息通過App即時推送到預定管理人員的移動終端。（2）告警信息過濾。通信智能運維系統(tǒng)可以控制告警接收條件實現(xiàn)告警過濾功能，可以設置接收到哪些報警或未接收到哪些報警，便于對一些不重要或不關心的告警信息進行過濾，使維護管理人員能夠集中精力對網(wǎng)絡中重要的告警信息進行監(jiān)視和處理，提高工作效率。（3）告警信息輸出。通信智能運維系統(tǒng)可以根據(jù)告警源、發(fā)生地點、告警級別、告警狀態(tài)、告警類型以及產生時間等條件對告警信息進行查詢和統(tǒng)計，查詢統(tǒng)計結果以報表、圖形方式顯示，并可對其進行存儲和輸出打印。

2.5 移動終端App功能

移動終端App支持巡檢、日常任務處理、歷史信息查詢、專家?guī)鞄椭F(xiàn)場圖像或視頻采集、維修記錄上傳以及備品備件查詢等，移動終端App功能通過運營商公網(wǎng)實現(xiàn)。

2.6 專家?guī)旃δ?/h3>

專家?guī)鞂ΤＲ?guī)問題提供必要的幫助,同時維修人員可通過該功能查詢工程相關資料（設備產品說明書、產品維修手冊、竣工圖紙、歷史維修記錄等）。通過智能運維系統(tǒng)收集通信各子系統(tǒng)的相關資料添加至專家?guī)欤⒉粩嗤晟茖＜規(guī)臁?/p>

2.7 系統(tǒng)安全管理功能

智能通信運維系統(tǒng)應具有檢測和控制用戶登錄和操作系統(tǒng)的功能，確保只有具有相應權限的用戶才能注冊和操作。

3 系統(tǒng)構成

通信智能運維系統(tǒng)主要由兩部分構成，即中心智能分析處理部分與底層信息感知部分，如圖1所示。中心智能分析處理部分負責完成運維數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應用；底層信息感知部分完成結構化、半結構化信息采集，一部分數(shù)據(jù)通過其他通信子系統(tǒng)主動上傳獲取，另一部分信息通過主動感知獲取。

圖1 通信智能運維系統(tǒng)

3.1 中心智能分析處理部分

在中心智能分析處理部分設置中心服務器區(qū)、監(jiān)控管理調度工作站、告警終端、數(shù)據(jù)存儲設備，并通過網(wǎng)絡安全隔離設備與公網(wǎng)對接。

3.1.1 中心服務器區(qū)

中心服務器區(qū)主要由應用服務器、智能分析服務器、應急預案服務器、接口服務器以及網(wǎng)管服務器等構成，可以完成運維數(shù)據(jù)的采集、管理、分析，實時掌握現(xiàn)場情況，準確判斷故障對運營的影響，及時做出恰當?shù)奶幚恚瓿缮a組織管理、維修計劃及規(guī)程管理、工單管理、應急案例庫、現(xiàn)場人員定位、設備及物資管理以及重大故障應急調度等工作。

本系統(tǒng)可以自動推送維修任務，統(tǒng)計展示維修進度、工單進度跟蹤和設備運行信息，自動統(tǒng)計生成檢修月度和年度報告。利用手持終端設備對現(xiàn)場人員賦能，提高對通信設備的檢修、搶險、救援等作業(yè)效率，實現(xiàn)故障搶修、緊急救援場景下的人員及物質統(tǒng)一調配指揮等。

3.1.2 監(jiān)控管理調度工作站

監(jiān)控管理調度工作站包括集中監(jiān)控工作站、智能運維調度工作站、應急預案工作站以及網(wǎng)管工作站。工作人員可在集中監(jiān)控工作站監(jiān)視通信各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)與通信機房的運行狀態(tài)，包括線路地圖、故障地點展示、人員位置顯示、備品備件位置顯示、值班室位置顯示、故障詳情及疑難問題跟蹤管理等。在智能運維調度工作站，工作人員可以完成報表統(tǒng)計、日常維護計劃制定以及運維物資管理等工作。在故障情況下，由應急預案工作站下發(fā)應急預案、調配救援物資、記錄現(xiàn)場搶修過程等。網(wǎng)管工作站主要完成本系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測、運維管理、系統(tǒng)配置等功能。

3.1.3 告警終端

本系統(tǒng)設置聲光告警設備，對故障信息可以進行聲音、光電顯示告警，并可以根據(jù)故障等級顯示不同的聲、光信號。此前,重要故障信息可以推送至相應維護人員的移動終端。

3.1.4 數(shù)據(jù)存儲設備

數(shù)據(jù)存儲設備一部分記錄底層信息感知部分上傳的通信各子系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)信息、通信各子系統(tǒng)的設備運行環(huán)境信息，另一部分記錄各類告警信息，可供智能分析服務器周期性調取，形成設備健康評估及壽命預測報表，為狀態(tài)修/預測修提供指導。此外，為特定的通信智能運維人員配備手持終端設備，通過公網(wǎng)接收智能運維系統(tǒng)下發(fā)的派班任務，并可在移動端上傳作業(yè)現(xiàn)場圖片和反饋處理結果，實現(xiàn)派班任務的閉環(huán)處理。

3.2 底層信息感知部分

底層信息感知部分主要采集通信各子系統(tǒng)設備運行狀態(tài)與運行環(huán)境信息。全面采集各終端設備的運行狀態(tài)及設備工作參數(shù)信息，通過通信各子系統(tǒng)的網(wǎng)管服務器多維度自動且不間斷上報。設置傳感器監(jiān)測機房環(huán)境溫濕度，設置自動巡檢機器人代替人工巡檢，并可周期性地將網(wǎng)管服務器無法監(jiān)測到的設備運行狀態(tài)信息上傳至中心智能分析處理部分。

4 結 論

通信智能運維系統(tǒng)綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多種技術，提供設備實時狀態(tài)監(jiān)測、智能分析與數(shù)據(jù)挖掘、設備健康評估及壽命預測、運營指標統(tǒng)計分析與質量評價、生產維修與應急指揮調度、運維信息化跟蹤以及運維信息可視化展示等功能，可以有效滿足未來軌道交通智能運維的需求，實現(xiàn)運維模式從“計劃/故障修”轉變?yōu)椤盃顟B(tài)修/預測修”，大大降低了人力成本，提高了運營效率和運維質量。