軌道交通站臺門智能運維系統設計

鄧勇 龔清林 王驍 朱文艷

摘 要：針對軌道交通站臺門系統，闡釋了其智能運維平臺基本架構及主要功能設計，具體包括系統設備基礎信息管理、維護作業管理、系統學習與考核管理、系統故障實時監測與動態跟蹤、重要部件的全生命周期跟蹤監測、故障統計及預警、移動監測等七大功能，為軌道交通智能運維的實踐提供了參考。

關鍵詞：軌道交通;站臺門系統;智能運維;全生命周期;移動監測

中圖分類號：U29-39? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0031-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.009

0??? 引言

軌道交通作為城市公共交通的一部分，具有容量大、效率高、環保經濟、安全舒適等一系列優勢，因而成為大中型城市居民出行最重要的方式之一。隨著云技術、大數據、人工智能等先進技術的發展以及我國城市化道路建設的不斷深入，中國在軌道交通運營里程、建設規模、技術裝備等方面取得了舉世矚目的成就，走在了軌道交通行業發展的世界前沿。

2020年中國城市軌道交通協會發布了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》，明確了創建智慧城軌八大體系，建立了一個城軌云與大數據平臺，并制定了一整套中國智慧城軌技術標準體系，如圖1所示;提出了“兩步走”的中國特色智慧城軌發展路徑，實現城軌行業的信息化、智能化、智慧化運營管理，使智能駕駛、智能技術裝備、智能運維等關鍵核心技術進入世界前列，引領全球智慧城軌技術體系和產業鏈發展[1]。

1??? 站臺門系統概述

站臺門作為軌道交通車站機電設備的一部分，是保障乘客乘車安全的重要設備之一。同時，它對于地鐵列車的安全、正點運行有著重要的作用。站臺門系統主要由門體、門機系統、電源系統、控制系統等組成，涉及機械、電工電子、電氣控制、計算機、信號、傳感器技術等綜合知識。在實際運行過程中，站臺門系統一旦出現故障，將影響整個線路的運營，或引起夾人、人員傷亡事件，或導致列車延誤，影響運營單位形象。為此，在軌道交通中專門成立了門梯車間或站臺門工班，以保障站臺門的安全運行。

地鐵站臺門控制系統工作時間長、使用頻率高，其中電源、門控單元（DCU）、驅動電機、門鎖裝置、傳感器等關鍵部件動作頻率尤其高，特別是在上下班、節假日等高峰時間，站臺門容易受到乘客擠壓、倚靠等外部因素影響，導致站臺門控制系統故障發生次數增加，給乘客出行帶來不便，甚至可能引發重大安全責任事故，對地鐵正常運營造成嚴重影響。因此，如何實現站臺門系統的智能運維成為軌道交通運營單位研究的重點課題之一，而目前這方面的研究成果還比較少，基本處于探索研討階段[2-6]。本文就站臺門智能運維系統的平臺架構、主要功能等方面進行了初步設計和規劃，并將在后期的實踐中逐步驗證和實現。

2??? 智能運維平臺基本架構

軌道交通智能運維的核心內涵是應用云計算、大數據、人工智能等先進技術，對軌道交通相關的各種設備、設施、乘客、環境等數據信息進行全面檢測、深度融合，利用智能算法建立一套完整的軌道交通運營管理模型，構建安全高效、綠色智能的現代化城市軌道交通體系，從而提升軌道交通裝備智能化程度和運維效率，降低設備維護作業強度，減少運行管理成本，逐漸形成城軌裝備智能化運維的標準體系[7]。

站臺門智能運維系統主要由智能維護監測服務器、智能運維監測工作站、現場設備、顯示終端等組成。所有設備通過綜合智能運維主干網連接，要求主干網與信號系統隔離，且具備入侵防御功能，可自動或手動檢測系統存在的漏洞并處理[1]。智能運維平臺搭建主要包括數據采集、數據存儲、應用開發等幾個部分，如圖2所示。

2.1??? 數據采集平臺

在站臺門系統設備上安裝各種傳感器、視頻監控等軟硬件采集監控設備，對站臺門系統供電電源、UPS、驅動電機、控制繼電器、各種傳感器、工作電壓、工作電流、門狀態指示燈等一系列信息進行檢測，并將采集到的各種信息通過專用網絡傳輸給數據共享平臺。信息采集要考慮數據的多樣性和增加采集數據對象的便捷性。

2.2??? 數據存儲平臺

數據存儲平臺主要實現對關鍵數據的實時或定時存儲，且滿足平臺內、平臺間以及外部平臺數據共享要求。為滿足大數據的存儲要求，需要考慮數據信息的多樣性，例如結構化數據、半結構化數據、非結構化數據等;為滿足數據量不斷增加的要求，可增加磁盤陣列或者數據服務器;另外，為滿足智能運維平臺數據轉換、數據治理、數據共享、數據清洗等潛在數據服務需求，需提供平臺公共接口[1]。

2.3??? 應用開發平臺

應用開發平臺是采用神經網絡、機器學習、蟻群算法、模式識別等先進算法和人工智能技術，利用數據庫中的信息構建和訓練算法模型，搭建滿足用戶需求的各種應用系統，使站臺門智能運維系統更安全、精確和可靠，從而實現站臺門系統運行的實時監測，并提供信息查詢、信息管理、學習考核、運行狀態顯示、故障預警、移動監測等一系列功能。應用開發平臺可通過大屏幕或計算機顯示終端，實時顯示站臺門系統運行的整體情況，對關鍵設備和參數進行實時監測和狀態更新，并進行智能預警，且能夠根據運行情況和客戶需求，方便快捷地進行應用修改和功能開發。

3??? 智能運維平臺功能設計

根據站臺門智能運維系統的基本需求，可重點考慮系統設備基礎信息管理、維護作業管理、系統學習與考核管理、系統故障實時監測與動態跟蹤、重要部件的全生命周期跟蹤監測、故障統計及預警、移動監測（手機App）等功能的應用開發。后期可根據平臺內、平臺間或平臺外的需要，進行功能的完善和進一步開發。

3.1??? 系統設備基礎信息管理

站臺門系統設備基礎信息管理主要提供站臺門設備信息的查詢服務，并滿足設備全生命周期的監測記錄功能，主要管理站臺門各系統設備的物資編號信息、規格型號、安裝位置、維護安裝手冊等信息，方便工作人員快速了解設備構造，定位設備位置，掌握設備安裝、使用及維護方法等。同時，為實現設備的全生命周期跟蹤管理功能，可考慮增加關鍵設備或部件的原材料、生產廠家、出廠日期、安裝日期、運行時間等信息。

在應用開發時，可考慮全模擬仿真系統設計方案，可提供站臺門系統所有設備的實物仿真效果圖，并能進行部件拆分和更新，當點擊到某一設備或部件時，可實時顯示該設備所有基礎信息。

3.2??? 維護作業管理

維護作業管理是將設備、物資、人員有機結合起來，對系統巡檢、維修、保養的作業過程進行科學的管理，以提高系統設備維修保養的效率，提升設備維護保養的可追溯性。為了保證系統的安全性，在功能開發時，需要考慮不同人員權限設置，工作人員必須登錄正確的工號和密碼方可進入系統，從而完成設備維護作業的申報、審批，工作票的完善、歸檔等。

3.3??? 系統學習與考核管理

系統學習與考核管理主要集成站臺門系統相關的理論知識、專業技能知識、操作安全知識以及設備的維護保養知識、檢修案例庫、作業規程、規章制度等一系列資源，可包括在線課程、課件、PPT、視頻、微課等不同類型。應用開發時可根據站臺門系統的組成，分層分類整合資源，以方便現場工作人員或新員工在平臺上查看、學習站臺門相關的基礎知識和技能，了解設備維護保養的方式方法，提高維護管理人員的技能水平。同時，應用開發還需具備資源庫的更新功能，方便工作人員及時更新設備知識庫和檢修案例庫，儲備設備維護保養知識。

另外，還可根據該資源庫設置一套考核系統，包含練習模式和考核模式，維護管理人員或新進員工可通過平臺隨時進行設備系統的知識和技能學習，也可開展技能競賽或員工考核，從而降低新進員工的培養成本，縮短人才培養時間。

3.4??? 系統故障實時監測與動態跟蹤

該應用開發主要對站臺門系統的運行狀態和故障等進行實時監測和動態跟蹤，主要監測站臺門的開關門狀態信息、指示燈信息、互鎖解除、控制電源、驅動電源等數據，同時，以門體為主要背景，在滑動門門體頂部安裝視覺監測裝置，實時動畫顯示開關門狀態。

當設備發生故障時，系統能夠實時提示故障現象和大體位置。比如夾人夾物，可通過聲光報警等進行提示，讓值班人員在第一時間掌握設備故障情況;車站值班員可通過系統顯示終端平臺的模擬設備故障閃爍提示信號，告知現場維護人員快速定位故障設備。不同等級的報警用不同顏色或不同頻率的聲光信息進行提示，讓工作人員能夠快速定位需要重點關注的信息。同時，應用平臺具備故障動態跟蹤功能，可對每一次故障進行記錄，包括故障現象、故障原因、解決方案及流程，建立設備故障處置大數據案例庫，以方便事后學習和警示。

3.5??? 重要部件的全生命周期跟蹤監測

全生命周期跟蹤監測的目的是通過對設備的基礎信息管理、維護作業管理、運行狀態監測等信息進行綜合應用，形成設備的全生命周期管理圖譜，通過先進的人工智能算法建立設備故障預警模型，預測該設備部件的故障和壽命，并為同類設備的維護保養提供參考，讓設備維護保養有章可循。

針對站臺門系統，可重點考慮電源、DCU、開關門繼電器、門鎖、門體、驅動電機、傳動皮帶、行程開關等設備部件。全生命周期需要考慮設備的原材料、生產日期、生產廠家、安裝日期、運行次數、運行時長、工作電壓、工作電流、機械壽命、電氣壽命、剩余生命周期等信息，并采用神經網絡、K-means聚類算法、PCA降維算法、蟻群算法等先進的人工智能算法，對該設備及系統的運行狀態進行故障預警，從而提前預測故障的發生，降低系統的故障率，提高系統的安全性和可靠性[5]。

3.6??? 故障統計及預警

該應用開發主要有以下幾方面目的：一是根據監測數據進行故障實時預警;二是事故回放處理，方便原因查找，追溯責任和警示后人;三是建立應急故障管理系統，當故障發生時應急管理人員可調閱應急預案，及時反饋緊急事件給調度管理中心，并發送給各應急單位或負責人，迅速處理緊急事件。

該應用軟件需對設備的歷史報警和全生命周期運行數據進行實時或間隔統計分析，以便工作人員提前關注容易發生故障的系統和設備，并能根據設備當前運行狀態進行故障預警，從而清楚地了解經常發生或即將發生的系統故障，并進行重點預防和提前維護。

3.7??? 移動監測（手機App）

由于軌道交通屬于公共服務運輸行業，保障其安全性是第一位的，很多崗位需要維護管理人員24 h輪班值守。而站臺門系統在列車運行期間，是乘客接觸和使用最多的車站設備之一，一旦發生故障，需要工作人員第一時間進行維護處理。但是，地鐵線路一般較長，且站點多，維護檢修人員往往不能及時收到設備故障信息，從而導致搶修延誤，甚至可能造成更大的安全責任事故。

因此，有必要開發一款手機App接入地鐵站臺門運行系統，工班長或當天值班的維護人員可通過工號登錄系統，隨時查看各站點的站臺門運行狀態以及設備故障和預警信息。系統一旦發生故障或報警，可通過App及時通知到當天的值班管理人員和站臺門維護檢修人員，從而實現系統的移動監測功能。在應用開發時，需要重點考慮系統的安全性，防止不法分子攻擊和利用系統數據，造成負面社會影響。

4??? 結語

智能運維系統的引入能夠提高軌道交通運行效率和安全性，并有效降低運營成本。本文提出了站臺門智能運維系統的基本架構，并對系統的主要功能設計進行了分析，后期將重點研究智能運維系統的實踐運行。目前，智能運維的實踐還處于摸索階段，還有很多基礎核心問題需要解決，比如故障預測模型和核心算法、系統的安全性，這些都關系到整個智能運維系統核心功能的準確性和可靠性，制約著當前技術的發展。無論如何，筆者相信，隨著中國軌道交通的飛速發展和中國科技力量的不斷提升，軌道交通智能運維系統必將在不遠的將來得以實現。

[參考文獻]

[1] 百度文庫.中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要[EB/

OL].[2022-03-01].https：//wenku.baidu.com/view/

27f16cee8aeb172ded630b1c59eef8c75ebf9554.html.

[2] 譚文舉.軌道交通全自動運行條件下運營場景設計及智能運維研究[D].北京：北京交通大學，2020.

[3] 周超，杜呈欣，李樊，等.基于FTA的城際鐵路站臺門控制系統風險分析及故障診斷研究[J].鐵路計算機應用，2020，29（10）：69-73.

[4] 王建楹，孫奎，高振天.基于4G網絡的站臺門遠程監控與診斷維護系統設計[J].都市快軌交通，2020，33（6）：151-154.

[5] 孫奎，高振天，張樂彬.故障樹分析在站臺門故障診斷系統中的應用[J].工業儀表與自動化裝置，2020（2）：74-77.

[6] 黃寶靜，周凌云，桑曉明.基于CPS的超大城市地鐵機電設備智能運維體系設計[J].現代城市軌道交通，2021（3）：68-71.

[7] 陳嶸，王源，從建力，等.多源數據融合的列車-軌道狀態檢測技術[J].現代城市軌道交通，2021（3）：11-18.

收稿日期：2022-03-11

作者簡介：鄧勇（1985—），男，四川南充人，碩士研究生，副教授、工程師、技師，研究方向：軌道交通機電技術、機電一體化技術。