深圳地鐵基于城軌云的智慧運維應用探索

文｜張洪慶 鐘允

深圳地鐵智慧運營總體架構規劃及實踐

深圳地鐵運營智慧運維試點先行，自2016年開始，在專業開展智慧運維創新試點，為推廣儲備技術。2018年底開始頂層規劃整體功能布局，2019年下發智慧運維發展綱要和系列標準，2020年結合深圳地鐵集團公司整體數字化轉型戰略和藍圖規劃，全面推進企業智慧地鐵建設。

1.基于城軌云構建統一數字底座，賦能智慧應用

深圳地鐵運營2020年初先期搭建了云與大數據平臺，支撐智慧運維、智慧車站示范站應用試點，實施了應用集中、數據集中、多專業數據融合、數據治理和數據共享服務，驗證了智慧應用與云技術結合的技術路線。

深圳地鐵結合中國城市軌道交通協會城軌云規范，統一規劃基于城軌云的運營智慧平臺架構：骨干網為智慧應用開辟物理（或虛擬）通道，整合車站無線網絡覆蓋，預留5G 切片專網接入、車地高速網絡接入，解決智慧應用傳輸問題，實現全網安全互聯互通，支持生產系統、生產管理系統數據匯聚；實現“云”端統一存儲、統一分析，支持智慧應用跨專業、跨系統、跨功能的實施。深圳地鐵目前正在深云車輛段建設城軌云主數據中心，并規劃昂鵝車輛段建設備用數據中心。

深圳地鐵將城軌云安全生產域劃分為生產系統部署區和智慧應用部署區，按“穩態”和“敏態”需求，差異化設計和建設。

2.統一規劃智慧運營平臺架構，多專業應用集成

區別于生產系統按線路設計分專業功能，智慧應用直接基于線網設計功能和能力，功能方面，智慧應用基于業務設計流程，基于流程設計表單，基于表單收集系統數據，使企業的業務流主干清晰，有利于優化管理。能力方面，根據智慧應用共用需求，統一建設數據治理能力、數據可視化能力、數據服務能力、AI（人工智能）能力、BIM（建筑三維建模）+GIS（地理信息服務）能力等。

深圳地鐵運營智慧平臺架構按運營全業務一個平臺集成“智慧運維、智慧車站、智慧出行、智慧行車、智慧段場、智慧調度、智慧經營”七大板塊，各層級、各單位按權限使用不同的管控界面。各板塊及其子系統在云端共享數據庫和對象存儲，多種算法在AI 平臺異構，最大化的減少子系統共用功能重復建設、減少子系統數據庫。

3.數據集中治理挖掘，打造數據價值化鏈條

深圳地鐵運營旨在打造數據匯聚，數據可讀，數據可用，數據可視，最終實現智慧經營支撐決策的數據價值化鏈條，同步推進數據規范建設，讓數據價值化成為企業數字化的核心業務。

深圳地鐵運營以智慧運維為突破口，專業為主同步規范設備采集標準、傳輸標準和存儲規范，在數據匯聚云端時，同步完成數據專業解釋和定義，云端數據治理專業和業務并重，同步推進多專業數據融合、協同分析和業務邏輯的梳理、整治。

聚焦地鐵多專業運維難題，與運營場景融合，建立多專業智慧運維體系，實現設備狀態全面感知、全系統集成、多專業協同聯動、智能場景深度融合，推動運維模式升級，通過各專業智慧運維建設，在通號、車輛、票務、維修、機電設備等專業全面實現智慧運維。

以狀態修驅動維保模式變革，實現計劃預防修向數字化精準修轉變。智慧運維實現設備運行狀態監控和故障趨勢預測，結合大數據、云計算等技術手段，充分發掘數據價值，開展數字化運維變革研究，推進設備修制修程優化，從計劃修為主向狀態修、智能檢修為主的轉變，實現設備維護精細化管理，提高運維效率，提升設備設施健康管理水平，持續降低能耗和運維成本，提升運維管理效能。

4.建設信息安全中心，構建信息安全綜合防御體系

生產網絡、辦公網絡等多網匯聚中心云端，必然帶來更大的信息安全挑戰，需加強安全防護，實施IP 識別統管，建設信息安全中心，構建信息安全綜合防御體系，加強對全網的信息安全風險感知、監測及處置能力，實現安全態勢可視化、告警自動化、流程自動化、管理扁平化四大目標。

通過安全專網匯聚生產網、辦公網安全數據，實現深圳地鐵運營信息安全風險的集中監控、事件的集中處置、策略的合規檢查、態勢的統一展現。在信息安全中心基礎上，融入信息安全等級保護合規性評測、企業信息安全制度規范及管理流程，實現法律法規、企業管理和信息技術有機結合。

運營即檢修，智能實時診斷設備運營狀態

1.車輛運行狀態實時監控、診斷及故障分級處理

車輛TCMS 系統通過車地無線傳輸將列車各子系統的實時狀態及故障信息傳遞至智慧運維后臺，可以對列車速度、載荷、運行位置、客室溫度及牽引、制動、車門等子系統的實時狀態進行遠程監控，同時通過對3600 余條信息進行故障等級分類，并在后臺導入故障處理指引，實現在線所有列車故障實時報警及故障處理指引關聯提醒，第一時間為車輛段控制中心DCC 和運行控制中心OCC 提供技術支援，有效提升故障應急處理能力。

2.隧道設備狀態實時監控、診斷及故障分級處理

通過在車輛上搭載軌道、弓網、隧道檢測系統，在運營期間對弓網關系、隧道限界及巡檢、軌道狀態進行實時全方位、一體化綜合巡檢。通過在工程檢測車的車頂、車內、車底分別安裝相關的檢測、監測、測量及傳輸設備，實現非運營期間對弓網關系、隧道限界、軌道狀態異常的深度檢測、識別與分析，并將檢測結果實時發送至智慧運維后臺，對受電弓、接觸網、隧道、軌道進行實時監測診斷，對報警、缺陷、處理進行全流程管理，通過新技術應用逐步延長人工隧道設備巡檢周期。

3.信號和通信設備狀態實時監控、診斷及故障分級處理

整合信號在線監測和通信集中網管系統，完善數據采集，智慧運維后臺集中監測各設備狀態，采用全圖形化展示方式列車通信情況、各等級報警情況、站點運行情況、設備運行狀態、子系統報警狀態、站點報警狀態，實時報警列表可快速地定位設備的故障點，便捷高效處理故障。

充分利用監測、檢測設備的數據信息形成設備狀態案例庫，從故障模式、原因、影響、規律等方面對運用維修數據進行全面深入統計和大數據分析，當設備狀態曲線發生變化時，基于標準狀態曲線進行偏離分析和健康狀態診斷，提前發現故障苗頭，指導維修。通過微機監測系統，掌握設備工作狀態，制定科學有效的維修策略，向精準維修轉變，最終實現狀態修。

智能檢修

1.車輛智能檢修

采用高清線掃描二維成像及三維成像技術，實現全車360°全景高清圖像成像及走行部三維結構成像，可自動檢測車頂、車側和車底可視部位的關鍵部件，包括車頂受電弓、絕緣子、空調機組蓋、車門、車下轉向架，車底牽引裝置、電機外殼、閘瓦/片或制動盤、齒輪箱、抱軸箱等關鍵部件缺失、明顯變形、異物等異常情況，并實時將檢測結果傳輸至數據中心。采用基于深度學習的目標識別技術、異常判定方法和圖像特征分析方法，實現自動報警及提示，提升車輛檢修效率和檢修質量。

同時，輪對動態尺寸測量系統對輪對關鍵尺寸、輪溫、軸溫等進行非接觸式測量，自動檢測車輪直徑、輪緣高度、輪緣厚度、QR 值、輪對內側距、車輪不圓度，通過數據積累，判斷磨耗趨勢，實現輪對的趨勢預警，為計劃性鏇修提供有力的數據支撐。

2.變電所無人值守

通過安裝軌道式巡檢機器人、固定式巡檢攝像頭、環境監測傳感器等智能巡檢設備，采用自主或遙控方式，替代人工對變電所內設備運行狀態進行監測，并實時監測站內環境重要指標數據，并對數據進行綜合分析。

系統實現變電所智能監控，確保設備安全可靠運行并將故障響應時間變為實時響應，提高了故障處理效率，后臺支持智能數據處理，對巡檢數據進行對比和趨勢分析，及時發現變電所內設備和環境中存在的事故隱患和故障先兆，提高主變電所的數字化程度和全方位監測的自動化水平。

基于歷史積累數據進行健康管理分析，驅動狀態維修

深圳地鐵運營以故障預測與健康管理（PHM）技術以數據為分析對象，首先結合設備已有或新增的數據，根據不同監測數據所反映出的設備狀態制定健康管理輸出的結果標準，繼而聯合設備供應商開發健康管理診斷模型并進行實驗室及現場模擬驗證，將現場執行的檢修規程逐項分解，最后結合健康管理模型的評估結果逐項分析，實現以故障預警為主的狀態修。