大規模網絡化運營下城市軌道交通通信系統設備的運營和維護

付一鳴

（武漢地鐵運營有限公司，湖北 武漢 430000）

通信系統作為城市軌道交通運營的重要組成部分，為實現軌道交通信息傳輸提供了技術保障。城市軌道交通通信系統由若干單元、信源、信宿與信道共同組成，其中各個單元均需要具備特定功能與相互依賴作用，供用戶發送與接收信息[1]。在交通通信系統中包含了大量的通信設備與軟硬件，通過合理的布局與配置，共同實現大規模網絡化運營下，城市軌道交通高效通信的目標[2]。隨著城市軌道交道運營線路條數、運營車站數、運營里程數、跨線路業務數的大幅度增長，對交通通信系統設備運行性能的要求也逐漸升高[3]。為了提高通信系統設備運行的質量與效率，充分發揮通信系統設備的性能與效應，在當前大規模網絡化運營下，針對城市軌道交通，開展了通信系統設備運營與維護的深入研究。

1 大規模網絡化運營下設備運營場景設計

為保證城市軌道交通通信系統設備運營與維護的質量及效率，在當前大規模網絡化運營下，依據城市軌道交通通信系統設備運行情況與特征，開展通信系統設備運營場景設計。本文設計的通信系統設備運營場景主要包括4 種，圖1 為通信系統設備運營場景組成示意圖。

圖1 通信系統設備運營場景組成示意圖

由圖1 可知，4 種城市軌道交通通信系統設備運營場景能夠詳細地描述城市軌道各個區域與通信運營環境下，通信系統設備運營的工況變化。在各個運營場景中設置聯動邏輯紐帶，通過遠程人工啟動作業，喚醒城市軌道交通通信系統設備的自檢功能[4]。在設備運營場景中設定數字集群式通信調度功能，集中控制信道，使通信信道享有有限運營權。設計通信耦合單元與串行通信控制板，基于移頻監控半雙工通信方式，控制通信系統設備傳輸速率與信號載頻，通過通信耦合單元，接收與發送設備通信控制數據[5]。在大規模網絡化運營下，設計通信系統設備運營場景的雙環路結構，賦予設備自愈功能。將微機控制技術應用于設備產品中，提高設備運營場景的可靠性與穩定性。根據通信系統設備運營場景的動態變化，不斷轉變其扁平架構，以滿足通信系統業務數據傳輸交互的需求。利用網絡技術，建立設備運營場景一體化結構，設定運營場景頂層管理功能，檢驗管理通信系統終端設備運行情況，延長設備使用壽命。通信系統設備運維工作人員根據設備運營場景中資源利用情況，集成管理通信系統各個終端設備?；谠O計的軌道交通通信系統設備運營場景，全方位、多維度地展示設備運營的實時情況[6]。

2 建立交通通信系統設備網絡化運維平臺

城市軌道交通通信系統設備網絡化運維平臺能夠有效地實現設備智能化運營與維護目標，基于此，本文在完成設備運營場景設計后，建立了交通通信系統設備網絡化運維平臺。

設計城市軌道交通通信系統設備網絡化運維平臺的基本框架。圖2 為城市軌道交通通信系統設備網絡化運維平臺基本框架圖。

圖2 城市軌道交通通信系統設備網絡化運維平臺基本框架圖

由圖2 可知，本文設計的設備網絡化運維平臺由智能維護監測服務器、運維監測工作站與顯示終端共同組成。將城市軌道交通通信系統設備通過主干網與網絡化運維平臺連接，自動檢測通信系統設備存在的漏洞，并對其作出響應處理。

在設備網絡化運維平臺基本框架的基礎上，設計設備網絡化運維平臺功能。圖3 為設備網絡化運維平臺功能結構圖。

圖3 設備網絡化運維平臺功能結構圖

由圖3 可知，設備網絡化運維平臺由城市軌道交通通信系統設備數據采集、健康度管理與故障分析診斷3 個模塊組成。

1） 數據采集。使用精度與性能較高的傳感器，實時采集城市軌道交通通信系統設備運行過程中，設備控制部分、設備轉換部分以及設備表示部分的工況數據，將運行數據組成完整的設備感知信息，描述設備的運行工況。

2） 健康度管理。設定平臺特征學習與特征分層提取算法，對通信系統設備運行圖像與運作聲音作出識別，將識別結果作為平臺輸入建模，管理設備健康度。利用物聯網技術的深入挖掘功能，分析并挖掘城市軌道交通通信系統中，各關鍵設備的數據，對關鍵設備運行數據進行清洗處理，分析并提取設備運行特征參數，進而根據其運行特征參數與運行工況特征，預測設備的健康度[7]。

3） 故障分析診斷。在通信系統設備健康度管理基礎上，進入設備網絡化運維平臺的故障分析診斷模塊，通過平臺故障分析診斷模塊，對設備工況數據進行聚類處理，指定故障診斷派發任務，逐層診斷設備所有故障可能。依據設備故障特點與各個部件之間存在的關聯，描述設備故障信息與故障原因。采用通信系統設備自查故障與接報故障記錄的方式，管理記錄設備故障，進而確定故障發生的影響因素與邏輯關系，為運維人員提供設備安全控制關鍵信息，幫助運維工作人員快速判斷設備故障源，并定位故障，進而制定通信系統設備故障維修方案[8]?；诰W絡化運維平臺可視化功能，重點維護設備故障概率較高的位置，結合預防性定期維護保養，全面實現通信系統設備網絡化運維的目標。

3 評價城市軌道交通通信系統設備運維質量

完成上述設備網絡化運維平臺建立后，為進一步實現城市軌道交通通信系統設備全面運營維護的目標，解決其中存在的問題與不足，接下來，對設備運維質量進行評價。依據城市軌道交通通信維護規則，本文主要從3 個角度開展通信系統設備運維質量評價，分別為設備質量評價、設備工作質量評價與設備運用質量評價。

1） 城市軌道交通通信系統設備質量評價。通信系統單臺設備評價得分能夠衡量運營與維護工作的優劣程度，屬于設備運維質量評價的基礎評判依據，其計算表達式為

式中：Qa為通信系統單臺設備評價得分；Qc為通信系統單臺設備評價項目分值；Qr為設備每個評價項目權重。

2） 城市軌道交通通信系統設備工作質量評價。設備工作質量指的是運維人員在通信系統設備日常維修中的質量，能夠反映設備維護業務能力與檢修計劃落實情況。通信系統單臺設備工作質量評價表達式為

式中：Qc為通信系統單臺設備工作質量；Nq為未按時完成檢修計劃的設備數量；Nz為通信系統設備生產計劃總數。

3） 城市軌道交通通信系統設備運用質量評價。設備運用質量評價能夠全面反映城市軌道交通通信系統的維護效果。評價中，采集設備綜合網管數據，結合實際維護情況，動態檢測設備運行數據、設備線路、設備上行PRB 資源利用率與下行PRB資源利用率、無線通信接通率、通信網絡時延與丟包率。根據各項運行質量評價指標的動態檢測結果，獲取通信系統設備運用質量信息。

綜上，先從設備質量評價、設備工作質量評價與設備運用質量評價3 個角度分別對通信系統設備運維質量作出全方位的檢測與評價，獲取設備工作與運用中存在的不足問題；再利用上述提出的方法，有針對性地對不足問題進行運營與維護，進而高效實現提高設備性能與效用的目標。

4 效果分析

綜合上述內容，為本文提出的城市軌道交通通信系統設備運營與維護方法的全部設計流程。在提出的新方法投入城市軌道交通工程應用前，開展了如下文所示的運營維護效果分析，驗證新方法的有效性與可行性后，方可投入實際使用。

選取S 市的城市軌道交通作為此次實驗研究的依托。S 市的城市地鐵運營線路全長約為75.2 km，總共設有60 座車站，均為地下車站，運營里程長度為73.5 km。該城市軌道交通通信系統架構采用總公司與子公司結合的形式，通信距離覆蓋軌道交通全線。通信系統信道數量約為115 個組，均具備偵聽與組呼功能，能夠高效實現城市軌道交通調度作業。在該軌道交通系統中，需要通信業務的多數為控制中心、各個地鐵車站與地鐵車場。由于地鐵車場與地鐵車站業務存在較強的相似性，可以將其劃分為同一類業務。通信系統中包括傳輸部分與接入部分，其中，傳輸層負責提供各種通信通道，使城市軌道交通通信業務能夠從傳輸節點安全可靠地傳輸至另一個節點；接入層負責完成通信業務接入與匯聚，將匯聚好的通信業務交由傳輸節點，再通過傳輸層完成通信傳輸。在掌握S 市城市軌道交通通信系統相關概況后，按照上述本文提出的方法流程，對S 市通信系統設備進行全面運營與維護，檢驗新方法的應用效果。

在此次通信系統設備運營與維護效果分析實驗中，引入對比分析的方法，將上述本文提出的方法設置為實驗組，將常規的通信系統設備運營維護方法設置為對照組，通過對比兩種方法的運維效果，進而判斷提出方法的可行性。綜合考慮此次實驗所研究通信系統設備的運行特征，選取運營維護后，通信系統各個單項設備合格率作為此次對比分析的評價指標，其計算表達式為

式中：Ra為通信系統各個單項設備合格率；Na為通信系統單項設備合格數量；Nm為通信系統單項設備總數。

通過計算，得出此次實驗的評價指標，單項設備合格率越高，說明通信系統設備運營與維護效果越好，設備運行性能得到了顯著提升，反之，則說明通信系統設備運營與維護效果較差，設備運行性能較低。隨機選取城市軌道交通通信系統中的6 種單項設備，每種單項設備選取50 個，分為6 組，分別標號為01、02、03、04、05、06。利用本文提出新的方法與常規方法分別對通信系統設備進行運營維護。利用模擬分析軟件與統計軟件，計算并統計通信系統設備運營維護后的合格率，繪制通信系統單項設備合格率柱狀對比圖。圖4 為通信系統單項設備合格率對比結果。

圖4 通信系統單項設備合格率對比結果

通過圖4 的對比結果可知，本文提出的通信系統設備運營與維護方法應用后，各個單項設備合格率明顯高于常規方法，單項設備合格率均達到了97%以上，設備運營與維護的效果較好，能夠顯著提高通信系統設備的運用質量與工作質量，為城市軌道交通實現高效通信提供有力的技術支持。

5 結束語

在當前城市軌道交通行業高速發展的趨勢下，對通信系統運行質量的要求逐漸升高。為了改善通信系統設備運用與工作中存在的問題，本文提出了一種全新的設備運營與維護方法。根據圖4 的實驗對比結果可以得知，應用上述本文提出的方法對通信系統設備進行運營與維護后，單項設備合格率得到了顯著提升，明顯高于常規方法，單項設備合格率均達到了97%以上。本文提出的方法能夠有效優化通信系統設備整體運營與維護效果，為提升城市軌道交通通信質量與效率作出重要貢獻。