淺談基于線上檢修的城軌車輛智能運維應用研究

李 行

(紹興市軌道交通集團有限公司，浙江 紹興 312000)

國內某條2號線一期工程線路為全國首條同時采用全自動運行、專用回流軌、綜合監控系統云平臺架構的軌道交通線路。同時，為了優化場段布局，一期工程暫不建設車輛段及停車場，轉而建設“過渡期運營保障臨時設施”(簡稱線上停檢線)，線上停檢線設3列位停車列檢列位、1列位雙周三月檢列位、1列位停車列位，協同配合另一車站折返線和站臺延長線共同承擔車輛日常檢修停放任務，定修及以上修程由1號線車輛基地承擔，線上停檢線如圖1所示。

隨著智慧城市下智慧地鐵概念的提出[1]，智慧車站、智能運維、大數據、云平臺、5G逐漸進入城市軌道交通行業，使得利用智能化設備來輔助直至替代傳統運維成為可能。目前，上海地鐵、北京地鐵、廣州地鐵等地鐵公司已經開始對車輛智能運維體系進行探索性應用，國內各大城市軌道交通企業均積極著手研究適用于自身的智能檢修模式[2]。上海地鐵意在建設一套聯合“車聯網子系統(IOR)”“軌旁車輛綜合檢測子系統(SMIT)”“車輛維護管理信息子系統(RISE)”“車輛維護專家系統”4個專業化系統整合而成的“智能運維系統平臺”[3],其在智能運維領域的研究與應用走在了全國地鐵行業的前列。

圖1 線上停檢線

1 運維方案

根據線上檢修選取智能運維設備實際安裝或使用位置的不同，車輛智能運維設備大體可分為車載設備、軌旁設備和輔助設備三大類。

表1車輛智能運維設備

線上停檢線的設立加大了車輛檢修作業的難度，車輛檢修作業急需優化調整。線上檢修的實際情況決定了所有安裝在車輛段及停車場的智能運維設備均需安裝在正線，暫不考慮架大修智能設備在現階段的運用，同時，一些正線安裝的設備需考慮后期遷移至車輛段的可能。

2 運維設備

2.1 車載設備

弓網在線監測系統[4]，是通過在車頂部署紅外熱像儀及可見光數據采集裝置實時采集運行端受電弓、接觸線、懸臂管、絕緣子、穩定臂、固定支架和電纜夾等數據信息，并存儲于車載數據機柜內，滿足故障定位查找要求。主要具備監測懸掛成像、受電弓幾何參數、弓網關系、受電弓狀態及數據綜合分析處理等功能。

2.1.1 走行部狀態監測系統。主要通過安裝布置在走行部轉向架上的傳感器網絡，具備監測軸箱齒輪箱(包括軸承內圈、外圈、滾動體、保持架等故障判斷)、牽引電機等關鍵部件的溫度、振動和沖擊等物理量、輪對狀態(包含踏面損傷、輪對失圓等)、軌道波磨的檢測。能夠對采集到的數據進行綜合分析處理，對走行部狀態進行評估等功能。

2.1.2 障礙物探測系統[5]。主要具備主動式障礙物檢測、脫軌檢測、被動式障礙物檢測等功能，在TMc車設置激光雷達、長/短焦工業攝像頭、被動障礙物及脫軌檢測裝置和智能主機等設備。主動式障礙物檢測裝置能自動判斷前方限界內有無障礙物或電客車，并能進行預警提示，被動式障礙物檢測裝置檢測到障礙物、脫軌檢測裝置檢測到脫軌時應施加緊急制動。

2.1.3 蓄電池狀態監測系統。主要配備智能監測裝置，集檢測、數字及模擬信號處理、通訊及智能控制于一體。能在線監測蓄電池的各項參數，包括蓄電池組和單體電池的電壓、電流、溫度等，有效監測蓄電池存在的鼓包、漏液等對列車的安全運營造成較大威脅的現象，并通過設置告警值提供預警信息，方便及時排除故障。

2.1.4 車門智能診斷系統[6]。具備車門工作情況的遠程實時監測、車門故障的遠程實時監測、車門亞健康狀態的分析、故障信息和亞健康狀態的信息推送、技術專家遠程會診、大數據分析等功能。

2.1.5 空調狀態監測系統[7]。具備空氣凈化，殺菌消毒(包括SARS、H1N1等流感病毒)，分解去除甲醛等有害化學物質、去異味等空氣凈化功能。配套空氣質量傳感器和信號反饋系統，能對車廂內的PM2.5、VOC、CO2、溫濕度進行實時監測，其運行狀態及空氣質量數據通過通訊模塊進行產品的遠程控制和數據傳輸。

2.2 軌旁設備

輪對及受電弓在線檢測系統均安裝在車站右線進站端。

輪對在線檢測系統主要采用非接觸式的方式，主要功能為檢測輪對尺寸(包括輪緣高度、車輪直徑、踏面磨耗量、輪對內側距等)，自動繪制車輪踏面輪廓線(具備自動繪制踏面輪廓線功能，與標準踏面輪廓線做比對，直觀顯示車輪磨耗情況)、超限報警，以及數據分析(對輪對大數據分析挖掘，檢測評價車輪狀態，科學指導車輪鏇修，實現輪對鏇修優化管理)等。

受電弓在線檢測系統分為受電弓狀態檢測和車頂圖像檢測兩個子系統。系統主要在動態非接觸情況下，通過自動圖像分析處理來對受電弓碳滑板磨耗量、中心線偏移量、接觸壓力等數據分析，對車頂異物和車頂關鍵部位狀態室內可視化觀測及判斷，具有故障自動監控及聲光報警，具有對檢測出的數據進行分析、判斷、整理等功能。

2.3 輔助設備

360°動態圖像智能檢測系統安裝在車站右線進站端。實現對車底走行部、車側轉向架、車頂受電弓及其他關鍵部件工作狀態的全面監控及檢測，對關鍵部件缺失、變形、異物等異常情況實現自動預警。系統由車底走行部圖像監測單元、車頂圖像監測單元、車側圖像監測單元組成。

車輛智能運維管理系統[8]，定位于列車維修管理和運維決策，基于大量車載和軌旁數據的融合挖掘分析，能夠實現對列車TCMS數據、所有車載/軌旁監測系統的過程數據以及各系統自身分析結果、車輛維保產生的數據的錄入等信息采集以及綜合分析功能，能夠實現由該系統來統一管理車輛的狀態、故障報送、列車健康狀態分析、亞健康狀態預警等管理功能。同時，需實現線路級及線網級的車輛運維狀態管理，并具備擴充性。

3 運維應用

通過研究發現，車輛智能運維設備還包括獨立于信號系統之外的列車防撞系統、軸溫齒輪箱及電機溫度檢測系統、車輛運行品質在線檢測、TCMS數據檢測系統、車輛能耗管理系統、檢修機器人等，由于上述車輛智能運維設備在功能上與既有設備出現重復或不夠成熟，故在現階段不采用。

由于正線安裝需在正線設立正線檢測區，部分檢測設備會受過車速度影響較大的限制，故采取360°車輛外觀檢測系統等設備安裝在正線車輛進出站位置以列車啟停的低速時段進行檢測，同時，由于地下隧道環境較為惡劣，一些細小部件如方孔鎖等的識別準確率會受到影響。車輛段取消后，在車站站廳層設置取代DCC的檢修調度室，車輛智能運維管理系統等智能運維設備的服務器均設置于檢修調度室內。探究過渡期車輛智能運維的應用，還需統籌考慮在正線的安裝空間及使用要求，核定總體布置要求、設備基礎土建要求、給排水、通風空調、供電容量及供電要求和接口條件。智能運維體系，如圖2所示。

圖2 智能運維體系

鑒于車輛智能運維的不斷發展，車輛智能運維應具有一定的擴充性和開放性，一方面車輛智能運維應能容納檢修機器人等后續成熟設備的不斷加入，亦能容納不斷增購列車的運維需求，另一方面，車輛智能運維應滿足同供電、工務、車站等智能化運維設備的聯通需求。近年來，BIM技術已不僅限于建筑行業，在軌道交通領域也有著廣泛的應用[9]。該地鐵正在構建多專業多維度的智慧地鐵框架，使BIM和運維管理、運營管理系統、資產管理系統等相互協同，有效鏈接，使車輛運維零部件的保養、維修、更換、展示等信息在BIM平臺上實現。屆時，該線路將集成車輛基地傳統運維、線上檢修日常運維、車載正線智能運維為一體的綜合化車輛運維體系和綜合化運維管理體系，如圖3所示。

圖3 綜合化運維管理體系

4 結束語

車輛智能運維設備屬于車輛運維設備中的非標設備，各廠家的技術水平和設備質量參差不齊，部分設備的誤報率和檢測精度還不盡如人意。但是，隨著城市軌道交通線網規模的不斷擴大，減員增效的不斷提出，車輛運維壓力也在不斷增長，運用智慧化手段解決車輛運維的思路在不斷打開，隨著新技術的不斷應用和完善，智能運維一定會成為智慧地鐵的重要部分，智慧地鐵又將成為智慧城市的重要課題。