城市軌道交通信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)

武 強(qiáng)

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100036）

0 引 言

智能運(yùn)維系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)嚴(yán)格依照自頂而下進(jìn)行設(shè)計(jì)，立足于全局，科學(xué)調(diào)配系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備設(shè)施與資源，通過(guò)設(shè)計(jì)技術(shù)體系、管理體系等，充分考慮各層次用戶(hù)的需求特征，促使智能運(yùn)維系統(tǒng)適用于不同場(chǎng)景之中，以此有效提升設(shè)施利用率，防止出現(xiàn)信息孤島的問(wèn)題。此外，借助信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特征，例如高可靠性、高可拓展性等，努力健全智能運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)、多層級(jí)、多網(wǎng)絡(luò)的信息資源共享[1,2]。同時(shí)，有效提高系統(tǒng)技術(shù)、管理等方面的服務(wù)能力，減少后續(xù)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的成本投入。

1 城市軌道交通信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)需求性分析

目前，國(guó)內(nèi)主要城市信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維模式存在許多問(wèn)題，運(yùn)維保障技術(shù)僅從信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，信息傳遞依賴(lài)人工進(jìn)行，對(duì)故障處理綜合調(diào)度缺乏自動(dòng)化分析，采集數(shù)據(jù)僅限于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)記錄等，不利于系統(tǒng)安保能力提升。不同廠家提供的維護(hù)系統(tǒng)存在人機(jī)界面不兼容等問(wèn)題，給運(yùn)營(yíng)單位設(shè)備維護(hù)帶來(lái)不便。列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（Communication Based Train Control System，CBTC）為正線信號(hào)系統(tǒng)城軌交通線路，這種類(lèi)型的系統(tǒng)是基于集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)的，無(wú)法全方位、多層次地監(jiān)測(cè)信息設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。目前既有城市軌道交通信號(hào)制式并不統(tǒng)一，各線路監(jiān)測(cè)采集的信息在完整性和數(shù)量上都無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)維需求，同時(shí)還存在采樣數(shù)據(jù)渠道單一、數(shù)據(jù)分析依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題，而通過(guò)應(yīng)用智能運(yùn)維系統(tǒng)可以大幅提高維修保障效率。車(chē)輛運(yùn)維系統(tǒng)是以狀態(tài)維修模式為主的數(shù)字化系統(tǒng)，依托人工智能等新技術(shù)，借助實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備分析城軌交通車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)、診斷設(shè)備運(yùn)用健康狀態(tài)并指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)智能化管理[3]。CBTC結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 CBTC結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于城市軌道交通信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)而言，其最核心的需求便是對(duì)設(shè)備的維護(hù)、管理等。考慮到軌道交通在運(yùn)行、保養(yǎng)過(guò)程中將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，若是無(wú)法及時(shí)將這些數(shù)據(jù)信息如實(shí)記錄、儲(chǔ)存下來(lái)，那么在后續(xù)設(shè)備維護(hù)過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)困難。不僅如此，設(shè)備是否存在維護(hù)的需求同樣取決于其運(yùn)行過(guò)程中呈現(xiàn)的狀態(tài)，管理者可利用相關(guān)數(shù)據(jù)信息構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，從而確定設(shè)備的維護(hù)時(shí)間與維護(hù)內(nèi)容。考慮到在安排設(shè)備維護(hù)時(shí)往往會(huì)影響到原本正常的生產(chǎn)計(jì)劃，相關(guān)負(fù)責(zé)部門(mén)應(yīng)實(shí)時(shí)掌握固定資產(chǎn)流動(dòng)情況，提前根據(jù)相關(guān)設(shè)備的維護(hù)需求做好備件的采購(gòu)等工作[4]。考慮到不同層次下設(shè)備維護(hù)的需求有所差異，因此制定的決策支持同樣有所不同。基于此，管理者應(yīng)選派專(zhuān)業(yè)人才，針對(duì)設(shè)備的具體維護(hù)需求制定有針對(duì)性的決策支持方案，并對(duì)其中非結(jié)構(gòu)化的決策方案展開(kāi)詳細(xì)研究，以確保所制定的方案能夠?qū)崿F(xiàn)維護(hù)目標(biāo)。

2 智能運(yùn)維系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合分配所有的設(shè)備、信息資源，構(gòu)建公共、公開(kāi)、共享的系統(tǒng)平臺(tái)，以便不同層級(jí)的用戶(hù)隨時(shí)調(diào)取。同時(shí)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、靈活、安全、高效的數(shù)據(jù)采集傳輸接口。考慮到目前監(jiān)測(cè)設(shè)備型號(hào)各異，所收集到的數(shù)據(jù)也越發(fā)多樣，因此需要構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集體系，依照專(zhuān)業(yè)化的數(shù)據(jù)采集格式和接口協(xié)議整合所有的數(shù)據(jù)信息，盡可能避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)問(wèn)題。設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)化的應(yīng)用服務(wù)功能、應(yīng)用組件以及通用型應(yīng)用程序，以便構(gòu)建高效實(shí)時(shí)、公共共享的數(shù)據(jù)體系。

圖2 為智能運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

結(jié)合用戶(hù)的個(gè)性化需求，為用戶(hù)打造多樣化、可視化的數(shù)據(jù)展示頁(yè)面，真正做到業(yè)務(wù)協(xié)同。制定專(zhuān)業(yè)的信息安全保障制度，從而確保智能運(yùn)維系統(tǒng)能夠一直安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

依托數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)，對(duì)硬件運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，并將所監(jiān)測(cè)到的結(jié)果通過(guò)可視化的形式展示出來(lái)。其中，硬件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是對(duì)實(shí)體車(chē)道、電力設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、站區(qū)設(shè)施等的監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)展開(kāi)實(shí)時(shí)分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常便會(huì)立即警示，自主對(duì)整個(gè)硬件運(yùn)行狀態(tài)展開(kāi)監(jiān)測(cè)，有效避免出現(xiàn)故障。通信管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)則是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收費(fèi)系統(tǒng)下光電纜的運(yùn)行情況，靈活運(yùn)用技術(shù)手段獲取光電纜管道占用狀況、纖芯使用量等真實(shí)數(shù)據(jù)，隨后運(yùn)用圖形化的形式將整個(gè)光電纜的工作狀態(tài)呈現(xiàn)在管理者眼前，以便提高對(duì)光電纜資源的管理水平。若工作過(guò)程中光電纜出現(xiàn)斷點(diǎn)，則需在第一時(shí)間找到斷點(diǎn)發(fā)生的具體位置及時(shí)進(jìn)行處理，最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失[5]。軟件運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)是通過(guò)搜集軟件運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)用的信息編碼表等進(jìn)行一致性對(duì)比分析，一旦發(fā)現(xiàn)軟件的下發(fā)情況與版本號(hào)存在不一致，則立即提示管理人員。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于維護(hù)支持、智能分析、運(yùn)維管理需求，軌道交通信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)能夠重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下功能。

從信號(hào)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)角度出發(fā)，建立信號(hào)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中心，為軌道交通信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)感知、集成監(jiān)測(cè)、故障智能診斷、智能預(yù)警以及可視化故障再現(xiàn)等功能提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)、故障智能診斷及自動(dòng)定位。若在監(jiān)測(cè)信息設(shè)備的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)信息波動(dòng)超出安全允許范圍等異常時(shí)，該系統(tǒng)能夠及時(shí)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警，提醒維護(hù)人員開(kāi)展檢修工作[6]。

針對(duì)信號(hào)設(shè)備建立多維度的健康評(píng)價(jià)體系，完善健康管理數(shù)據(jù)分析中心。當(dāng)信息設(shè)備出現(xiàn)異常或故障時(shí)，健康管理數(shù)據(jù)分析中心能夠快速反應(yīng)，生成服役設(shè)備的健康指數(shù)評(píng)價(jià)表，并為設(shè)備的管理和維修提供科學(xué)準(zhǔn)確的建議，優(yōu)化設(shè)備狀態(tài)。同時(shí)，在建立多維度健康評(píng)價(jià)體系時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同類(lèi)型信號(hào)設(shè)備的規(guī)律和特點(diǎn)，采用健康度估算法對(duì)信號(hào)設(shè)備和系統(tǒng)總體運(yùn)用情況進(jìn)行評(píng)估，反饋在線設(shè)備監(jiān)測(cè)、診斷信息，提供離線設(shè)備的巡檢報(bào)告。

基于平臺(tái)基礎(chǔ)信息和地理信息技術(shù)，建立健全運(yùn)營(yíng)維護(hù)一體化協(xié)同體系。編制應(yīng)急方案，當(dāng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)一體化協(xié)同體系監(jiān)測(cè)到城市軌道交通信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，即可啟動(dòng)應(yīng)急方案，及時(shí)處理故障，維持設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)應(yīng)提供應(yīng)急預(yù)案、專(zhuān)家系統(tǒng)及應(yīng)急交通路線圖等業(yè)務(wù)查詢(xún)服務(wù)，滿(mǎn)足集成指揮調(diào)度、在線監(jiān)測(cè)查詢(xún)、異常信息統(tǒng)計(jì)及分析等處理需求。

統(tǒng)籌平臺(tái)各項(xiàng)資源，建立人、事、物、態(tài)聯(lián)動(dòng)主動(dòng)式維保體系，提升維護(hù)效率，縮短維護(hù)時(shí)間。依托智能感知和系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)完善主動(dòng)維保標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)評(píng)估信號(hào)設(shè)備的使用壽命，采用智能預(yù)測(cè)手段確定系統(tǒng)設(shè)備的維修周期，并根據(jù)預(yù)測(cè)維修周期設(shè)計(jì)管理與維護(hù)方案，輔助主動(dòng)維修保護(hù)模式延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提升運(yùn)維管理的質(zhì)量，保障系統(tǒng)信號(hào)設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性[7-9]。

對(duì)所收集的實(shí)時(shí)告警信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將不同廠家的告警按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)并統(tǒng)一呈現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需求對(duì)不同類(lèi)型的告警重新設(shè)置告警級(jí)別，并在監(jiān)控界面中顯示。通過(guò)資源信息，呈現(xiàn)各系統(tǒng)的設(shè)備拓?fù)溥B接圖、設(shè)備面板圖以及業(yè)務(wù)承載信息等。配合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）地圖，以電子地圖為背景顯示通信站點(diǎn)及機(jī)房的分布情況，在GIS地圖上查看站點(diǎn)、機(jī)房及設(shè)備分布情況。當(dāng)設(shè)備有告警時(shí)，可在GIS圖層上查看告警提示。

4 結(jié) 論

依托智能化控制和集成化管理等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)地鐵信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康管理數(shù)據(jù)分析、設(shè)備綜合監(jiān)控以及主動(dòng)式維保等功能，對(duì)保證運(yùn)營(yíng)安全、提升運(yùn)維效率以及降低維護(hù)成本等具有重要意義，能夠推動(dòng)信號(hào)設(shè)備維護(hù)向狀態(tài)運(yùn)維模式升級(jí)，降低列車(chē)延誤率。