城市軌道交通列控系統智能化運維平臺設計及應用探究

李 陽

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司 北京 100070）

1 引言

列控系統是線網運行的核心，也是列車安全運行的重要保障。隨著智慧城市建設的推進，人工智能技術、大數據、云計算等新技術在城市軌道交通中的應用越來越廣泛，城市軌道交通也逐漸向智能化方向發展，其由最初的幾條線路運營轉變為大規模網絡化運營，在超大規模線網環境下，無人駕駛成了城市軌道交通的發展趨勢，對列控系統中的設施設備的運維管理提出了更高要求。因此，網絡時代，有必要根據城市軌道交通的發展趨勢對列控系統智能化運維平臺進行設計，以提升運維管理的智能化水平，進而提高列控系統的安全性、可靠性、穩定性，確保列控系統安全運行、快速維護，進一步實現城市軌道交通全范圍、全方位、全過程的智能化控制。

2 城市軌道交通列控系統智能化運維平臺設計的技術基礎

基于5G的物聯網技術、云計算、大數據與人工智能等新技術具有系統狀態感知、智能化數據分析、海量數據挖掘等優勢，為設計城市軌道交通列控系統智能化運維平臺奠定有利基礎，進而推動城市軌道交通智能化建設。

2.1 基于5G的物聯網技術的應用

5G和物聯網是移動通信的發展方向。5G技術具有低時延、高帶寬的優點，將其與物聯網技術共同用于數以千計的設備中，進而實現更廣泛的物物互聯[1]。在城市軌道交通領域，基于5G的物聯網技術是多源融合智能感知功能實現的關鍵要素，在城市軌道交通中應用物聯網技術，將突破傳輸限制，實現“萬物互聯”，進而為運營管理帶來極致體驗。

2.2 云計算技術的應用

城市軌道交通列控系統通常利用監測維護子系統來維護設備，但監測維護子系統主要以車站為主體結構，集成化、智能化水平較低，不能有效匯聚和集中管理數據，導致城市軌道交通行業設施設備健康管理能力不足。為了滿足大規模線網環境對列控系統的高可靠性要求，可將云計算技術運用于城市軌道交通列控系統維護領域，進而建立維保私有云，以匯聚、集中管理海量數據信息，為大數據分析奠定基礎，進一步促進設備維修模式向預防轉變。

2.3 大數據與人工智能的應用

網絡時代，加快了智慧城市建設腳步，大數據與人工智能的應用推動了智能可控、主動精準防護、安全可靠的城市軌道交通大數據平臺的建設，利用該平臺能夠完善車輛資源動態分配，統一部署城市軌道交通業務應用，以及有效開發運營部署運行環境，服務于城市軌道交通各類信息系統，從而提高整體運營效率，進一步形成信息化、智能化的城市軌道交通綜合管理控制系統。在城市軌道交通列控系統維護領域，需要大數據技術、人工智能技術的支撐，形成多源數據感知、故障診斷預警功能，進而實現列控系統設備的智能化運維。例如運用人工智能和大數據來收集、整理與分析車載信號設備產生的海量信息元，從中發現數據隱藏規律，進而及時診斷故障，縮短故障維修響應時間，提高運維效率。

3 城市軌道交通列控系統智能化運維平臺的設計思路與方案

3.1 設計思路

大規模線網環境下，將利用多傳感器融合的計算機集中監測系統，并結合物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術來構建城市軌道交通列控系統智能化運維平臺，進而完善設備智能運維體系，實現列控系統的智能運營維護，保障列控系統的安全性、可靠性與可用度，提升運維效率[2]。設計的城市軌道交通列控系統智能化運維平臺應包括以下幾方面功能：（1）擁有完善的、能自動感知多源數據的智能化監測設備，以快速有效地對故障進行定位、診斷、報警，同時給出維修建議，使設備維護由故障維修轉變為狀態維修，實現設備的健康管理與智能化運維；（2）擁有相關專家庫，以不斷優化設備維護監測系統，同時指導設備維護；（3）擁有完善的網絡安全防護體系，進而實現設備維護管理類數據信息的移動化輸出。

3.2 設計方案

3.2.1 建立技術體系

列控系統設備維護組織結構包括兩層：線路級、線網級。其中線路級包括三層結構：（1）感知層，用來采集設備數據，如電氣特性參數、網絡信息、機械特性等，采集業務模塊包括計軸、ATS系統等；（2）實時分析層，對感知層所采集的數據信息進行分析處理，及時診斷設備故障，進而提前發現設備隱患并進行維修，提升設備安全性；（3）線路應用層，用來實現線路的基礎功能應用，如感知數據展示、報警展示與統計、線路設備狀態圖等，并將線路數據傳至線網層。線網級包括五層結構：（1）云層，是用于提供計算、存儲和信息資源的平臺組件，是構成線網級服務的基礎設施；（2）平臺層，其作用是結合城市軌道交通特性，向其提供數據處理平臺、可視化組件庫等，進而提供數據服務；（3）線網應用層，主要是對感知層、實時分析層的數據信息進行跨線路的綜合應用；（4）能力開放層，其作用是利用微服務來達到網絡資源的共享，挖掘數據信息的最大價值，統一提供對外服務；（5）可視化門戶層，主要是利用智能化運維門戶應用對外提供開放接口，形成諸如全景視圖、監測中心、應急中心等集成可視化主視圖[2]。

3.2.2 建立網絡體系

城市軌道交通列控系統智能化運維平臺，是跨生產網域、管理網域、互聯網域的三層網絡架構，既可以滿足網絡安全，又可以實現各層次的應用需求。列控系統的主體數據和少量的設備維護數據分別位于生產網域和管理網域，為了保證生產網域和管理網域兩網間的網絡安全，需要在生產網域內部于線路側安裝防火墻，以達到線路側和線網側安全隔離的效果；需要在管理網域內部利用線網側的數據接口來統一接入數據信息[3]。另外，利用防火墻達到管理網域與互聯網域單向互聯的目的，并結合業務應用需求對服務器和終端設備進行合理設置，以確保設備維護信息的智能化輸出。

3.2.3 建立功能體系

列控系統智能化運維平臺功能體系包括：（1）監測中心，通過運維平臺的智能能分析，實現對全線網列控通信系統設備和無線環境系統設備的實時在線監測，并以圖形化的形式展示設備狀態、運營情況等。（2）分析中心：基于“大數據”，分析網絡數據信息規律，實現對網絡日志、設備生產數據的深度分析、安全監控以及趨勢預測。（3）應急中心：依托智能化分析，建立高效、智能的的故障及隱患處理體系、完善的應急預案、影響范圍評估等，一旦出現故障，能快速完成應急搶修。（4）健康中心：通過對列控系統設備健康情況進行綜合分析，從而進一步對健康指數異常的設備驅動實施相應的維修作業，實現設備全壽命周期的運維管理。

4 城市軌道交通列控系統智能化運維平臺的應用

基于城市軌道交通列控系統智能化運維平臺功能體系理論，列控系統智能化運維平臺的應用可從數據導向和應用導向兩個方向出發。基于數據導向，結合全網設施設備在線監測及數據分析，構建大數據運行狀態中心分析設施設備運行規律，實現數據的深度挖掘與統計分析、信息交互發布共享以及故障診斷及預警預測等。基于應用導向，通過對設施設備狀態全量數據的感知、采集及系統數據接口上傳，實現對列控系統的全面監測，從而呈現系統設備的運營狀態視界，并以數據化、圖形化的方式將設備在線監測運營維護狀態信息展現出來，并將其應用于業務整體流程中。綜合列控系統智能化運維平臺中的全量數據感知、在線監測與應急處置功能，深度應用大數據、人工智能等技術，進而實現對設施設備全壽命周期管控、構建主動維保體系，進一步實現智能化運維管理。

5 結語

通過城市軌道交通列控系統智能化運維平臺的設計與應用，城市軌道交通網絡架構、功能模塊、業務應用等已初步構建完成，實現從自動化向智能化方向的轉變，在實現列控系統持續保持高可靠性、保障人們安全出行的基礎上，提高運輸效率、運營維護效率，同時實現大規模線網環境下列控系統設備的一體化智能運維、主動式應急防控與全壽命周期的運維管理。