城市軌道交通智能化運(yùn)維研究

摘要：交通管控是現(xiàn)代都市的核心工作之一，包括城市軌道交通在內(nèi)，這就需要以現(xiàn)代化技術(shù)為相關(guān)工作提供支持。從優(yōu)勢上看，城市軌道交通智能化運(yùn)維效率較高，并且能夠?qū)崟r化、靈活作業(yè)，為發(fā)揮其作用，主張在實(shí)際工作中做好工作系統(tǒng)搭建，并選取合適的技術(shù)提供具體工作支持，同時設(shè)法改善系統(tǒng)的可控性和工作穩(wěn)定性。從發(fā)展角度出發(fā)，則應(yīng)關(guān)注引入更多技術(shù)服務(wù)城市軌道交通智能化運(yùn)維。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通"智能化運(yùn)維"作業(yè)系統(tǒng)"隨機(jī)森林法

Research"on"Intelligent"Operation"and"Maintenance"of"Urban"Rail"Transit

WEI"Mingjun

Guiyang"Urban"Rail"Transit"Operation"Co.，"Ltd.，"Guiyang，"Guizhou"Province，"550081"China

Abstract："Traffic"control"is"one"of"the"core"tasks"in"modern"cities，"including"urban"rail"transit，"which"requires"the"support"of"modern"technology"for"related"work."From"the"perspective"of"advantages，"the"intelligent"operation"and"maintenance"efficiency"of"urban"rail"transit"is"relatively"high，"and"it"can"operate"in"real-time"and"flexibly."In"order"to"play"its"role，"it"is"advocated"to"build"a"work"system"in"practical"work，"select"appropriate"technologies"to"provide"specific"work"support，"and"try"to"improve"system"controllability"and"system"stability."From"a"development"perspective，"attention"should"be"paid"to"introducing"more"technology"services"for"the"intelligent"operation"and"maintenance"of"urban"rail"transit.

Key"Words："Urban"rail"transit;"Intelligent"operation"and"maintenance;"Homework"system;"Random"forest"method

城市軌道交通是指采用軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重和導(dǎo)向的車輛運(yùn)輸系統(tǒng)，通常包括地鐵、輕軌、有軌電車、磁懸浮列車等，可以服務(wù)于城市內(nèi)部或城市與周邊地區(qū)的旅客運(yùn)輸，具有運(yùn)量大、準(zhǔn)時、快速的特點(diǎn)。近年來，我國各地城市軌道交通的發(fā)展速度較快，有效提升了都市內(nèi)的交通服務(wù)水平，考慮到城市交通繁忙、軌道車輛數(shù)目眾多的特點(diǎn)，還應(yīng)關(guān)注其運(yùn)維工作，這為智能技術(shù)的運(yùn)用提供了思路和空間[1]。在此背景下，分析城市軌道交通智能化運(yùn)維優(yōu)勢、方法，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1"城市軌道交通智能化運(yùn)維優(yōu)勢

1.1效率較高

城市軌道交通智能化運(yùn)維的基本優(yōu)勢在于效率高，該優(yōu)勢建立在兩個基礎(chǔ)上，一是智能化工作依賴信息化設(shè)備、技術(shù)提供支持，免去了傳統(tǒng)模式下運(yùn)維工作過度依賴人工的弊端，不會因人工操作失誤、懈怠出現(xiàn)異常。二是智能化運(yùn)維關(guān)注信息積累、處理，能夠借助大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代技術(shù)，了解目標(biāo)范圍內(nèi)交通工作的各類信息，尤其是具有宏觀特點(diǎn)的變化規(guī)律，以從長期角度擬定完善的運(yùn)維方案、計劃，進(jìn)一步改善交通運(yùn)維效率[2]。

1.2作業(yè)實(shí)時化

城市軌道交通智能化運(yùn)維也具有實(shí)時化水平高的優(yōu)勢。從特點(diǎn)上看，智能化運(yùn)維關(guān)注利用終端設(shè)備對軌道交通有關(guān)信息進(jìn)行采集，并根據(jù)采集結(jié)果下達(dá)各類指令，能夠?qū)崟r應(yīng)對各類情況，也能夠進(jìn)行交通指揮、調(diào)度作業(yè)。例如：在地鐵運(yùn)行過程中，可以利用城市軌道交通智能化系統(tǒng)，為不同列車設(shè)定合理的進(jìn)出站時間，避免車輛擁堵或相撞。此外，由于城市軌道交通智能化運(yùn)維系統(tǒng)可以借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)工作，也便于感知、預(yù)防可能出現(xiàn)的異常、事故，提升綜合管控實(shí)時性[3]。

1.3靈活性強(qiáng)

城市軌道交通智能化運(yùn)維的靈活性較強(qiáng)，該優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面。一是該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以利用信息技術(shù)平臺提升作業(yè)范圍，覆蓋某一個區(qū)、城市或不同類型的交通工具，靈活提供運(yùn)維服務(wù)。二是城市軌道交通智能化運(yùn)維工作依賴信息技術(shù)、軟件設(shè)備和工作邏輯組織作業(yè)，也具有較強(qiáng)的可遷移性，可以根據(jù)工作需要進(jìn)行程序、功能的拷貝，將其遷移到其他區(qū)域繼續(xù)發(fā)揮作用。較強(qiáng)的技術(shù)通適性也可以為城市軌道交通智能化運(yùn)維提供支持，使其面向更廣闊的空間提供運(yùn)維有關(guān)服務(wù)[4]。

2"城市軌道交通智能化運(yùn)維方法

2.1搭建作業(yè)系統(tǒng)

嘗試發(fā)揮城市軌道交通智能化運(yùn)維模式的優(yōu)勢，要求首先做好作業(yè)系統(tǒng)搭建，該系統(tǒng)搭建主要考慮3個要素：一是保證功能覆蓋性；二是提供完善的作業(yè)平臺和硬件系統(tǒng)；三是加強(qiáng)通信質(zhì)量控制。建議采用多終端工作、集中管控的基本模式[5]。其架構(gòu)如圖1所示。

按照圖1所示模式，城市軌道交通的各類信息，通過不同的終端設(shè)施進(jìn)行實(shí)時采集，包括列車信息（如定位、速度、編號等）、道路信息（擁堵情況、未來工作壓力預(yù)判等）和其他信息，上述信息均利用有線通信線路提供給遠(yuǎn)程端，遠(yuǎn)程端即城市軌道交通智能化運(yùn)維中心，中心利用設(shè)定完成的程序，對不同終端提供的信息進(jìn)行分析，借助分析結(jié)果下達(dá)各類指令，包括車輛的調(diào)度、應(yīng)急問題處理等。此模式下，以各類線路提供通信支持、保持通信質(zhì)量，以分布在各區(qū)域的終端設(shè)備保證智能運(yùn)維的覆蓋性[6]。考慮到智能化工作對計算機(jī)設(shè)備和作業(yè)平臺的高要求，建議在組織城市軌道交通智能化運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)時，應(yīng)用計算機(jī)群模式，其主機(jī)、分機(jī)的數(shù)目和性能可以參考如表1所示的標(biāo)準(zhǔn)。

如果本地軌道交通智能化運(yùn)維壓力較大，也可以進(jìn)一步增加計算機(jī)的數(shù)目以保證服務(wù)效能。

2.2選取關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通智能化運(yùn)維的重點(diǎn)在于“智能化”，這要求加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的選擇和應(yīng)用。為避免工作系統(tǒng)復(fù)雜性過高、應(yīng)用難度大的問題，原則上應(yīng)強(qiáng)調(diào)工作邏輯清晰化，簡化工作流程，以便降低瞬時數(shù)據(jù)處理壓力，提升系統(tǒng)響應(yīng)軌道交通運(yùn)行、事故處理的速度。建議采用降維分析法、隨機(jī)森林法，具體為軌道交通智能化運(yùn)維提供支持。

以列車速度控制為例，默認(rèn)某地鐵的標(biāo)準(zhǔn)速度為X"km/h，實(shí)際工作中，列車可能在各類因素影響下出現(xiàn)速度波動，并圍繞X上下波動。降維分析法下，可以對列車速度出現(xiàn)變化時隨之改變的若干關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行“采集”，每一個關(guān)鍵參數(shù)作為一個分析“維度”。可收集該列車以及同類列車運(yùn)行的原始信息，數(shù)目達(dá)到100000個以上，投入計算機(jī)中加以挖掘，了解其速度變化時出現(xiàn)的參數(shù)波動，默認(rèn)信息分析結(jié)果如下。

[風(fēng)速；電機(jī)溫度；傳送系統(tǒng)振動幅值；視野]

可根據(jù)挖掘結(jié)果，將上述4個維度的標(biāo)準(zhǔn)信息輸入計算機(jī)中，并確保計算機(jī)與軌道交通智能化運(yùn)維的關(guān)聯(lián)。設(shè)定工作標(biāo)準(zhǔn)：

當(dāng)4個維度中的2個維度超過標(biāo)準(zhǔn)水平，列車進(jìn)入“超速”狀態(tài)；2個維度低于標(biāo)準(zhǔn)水平，列車進(jìn)入“低速”狀態(tài)。

實(shí)際工作中，按照圖1所示模式，對列車信息進(jìn)行多角度采集，了解其運(yùn)行過程中周邊風(fēng)速、電機(jī)溫度、傳送系統(tǒng)振動幅值、視野情況。默認(rèn)某一組實(shí)時信息如下：

[35"m/s；52"℃；0.28"mm/s；5.6"m2/s]

該組數(shù)據(jù)實(shí)時提供至車載工作計算機(jī)處，車在計算機(jī)的內(nèi)置軟件對其進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化，同時啟動隨機(jī)森林，對該組信息進(jìn)行分析，隨機(jī)森林內(nèi)50%以上的決策樹認(rèn)為“2個以上維度超過標(biāo)準(zhǔn)值”，認(rèn)定列車處于“超速”狀態(tài)，可發(fā)出警報要求降速，50%以上的決策樹認(rèn)為“2個以上維度低于標(biāo)準(zhǔn)值”，認(rèn)定列車處于“低速”狀態(tài)，可以發(fā)出警報要求降速或增速，如果50%以上的決策樹認(rèn)為異常維度不超過2個，表明列車運(yùn)行穩(wěn)定，可以繼續(xù)進(jìn)行觀察。車載系統(tǒng)接受城市軌道交通智能化運(yùn)維中心遠(yuǎn)程管控，以形成完善的作業(yè)系統(tǒng)，積累大數(shù)據(jù)以備后用[7]。

2.3優(yōu)化控制模式

城市軌道交通智能化運(yùn)維需要考慮不同主體的控制需要，應(yīng)在實(shí)際工作中加強(qiáng)控制模式分析，包括現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程邏輯控制等。遠(yuǎn)程端控制工作的要求相對較低，可以允許在一定時間內(nèi)給予反映，現(xiàn)場控制的要求較高，可以嘗試通過控制器局域網(wǎng)總線（Controller"Area"Network，CAN）技術(shù)，為復(fù)雜的現(xiàn)場工作提供通信方面的支持[8]。

如上文所述的車輛速度控制工作，需要收集周邊風(fēng)速、電機(jī)溫度、傳送系統(tǒng)振動幅值、視野情況4個維度的信息，上述信息需要借助風(fēng)力傳感器、溫度傳感器等分別進(jìn)行采集，采集后的信息則應(yīng)通過有線線路進(jìn)行傳輸，在CAN總線技術(shù)支持下，可應(yīng)用如圖2所示模式完成通信。

按照圖2所示模式，4個關(guān)鍵維度信息通過獨(dú)立的傳感器和信道進(jìn)行傳輸、采集，再借助CAN總線系統(tǒng)，提供至車載智能工作系統(tǒng)內(nèi)，由后者進(jìn)行信息分析和判斷，快速處理終端事務(wù)，確保城市軌道交通智能化運(yùn)維質(zhì)量。CAN總線系統(tǒng)主要提供通信鏈路，以保證信息之間不會出現(xiàn)互擾，也不會受到其他客觀干擾性因素的威脅。

2.4加強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性

基于提升城市軌道交通智能化運(yùn)維質(zhì)量的目的，還應(yīng)設(shè)法改善系統(tǒng)設(shè)計，提升其工作魯棒性。主要建議采用多技術(shù)并用的模式，并添加備用系統(tǒng)。

多技術(shù)并用，包括上文所述的常規(guī)技術(shù)，也包括可以引入的可視化技術(shù)、云技術(shù)等，這些技術(shù)不直接影響城市軌道交通智能化運(yùn)維基本能力，但可以實(shí)現(xiàn)其能力的延伸、優(yōu)化和擴(kuò)展。例如：云技術(shù)可以對大量復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理，啟動云計算模塊，即便城市軌道交通智能化運(yùn)維瞬時信息龐大，也可以瞬時完成必要加工處理，提升運(yùn)維系統(tǒng)工作水平，改善魯棒性。備用系統(tǒng)可以應(yīng)對各類突發(fā)性問題、嚴(yán)重故障。可以在車載和遠(yuǎn)程智能化運(yùn)維系統(tǒng)之外，額外建設(shè)備用系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有基本的數(shù)據(jù)庫功能、通信功能，基于減省開支的目的，其他輔助性模塊也適當(dāng)略去。當(dāng)主系統(tǒng)因暴力因素、老化因素等無法常規(guī)投入作業(yè)時，切換備用系統(tǒng)臨時提供城市軌道交通智能化運(yùn)維服務(wù)，改善工作穩(wěn)定性。

3結(jié)論

綜上所述，城市軌道交通智能化運(yùn)維具有效率較高、實(shí)時化作業(yè)、靈活可控的優(yōu)勢，未來工作中應(yīng)加以重視。從實(shí)現(xiàn)方法上看，城市軌道交通智能化運(yùn)維需要以信息技術(shù)為中心，首先搭建完善的作業(yè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，借助統(tǒng)計學(xué)原理、大數(shù)據(jù)方法、計算機(jī)作業(yè)平臺、智能控制方式等，實(shí)現(xiàn)交通指揮、問題處理的即時化，此外也應(yīng)保證系統(tǒng)魯棒性，應(yīng)對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。未來還可以從技術(shù)聯(lián)動、云處理等角度尋求突破，進(jìn)一步提升城市軌道交通智能化運(yùn)維質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]劉斌，劉安，王志云，等.城市軌道交通車輛智能化運(yùn)維檢測措施研究[J].交通科技與管理，2024，5（1）：17-19.

[2]朱浩.用戶體驗(yàn)視角下城市軌道交通出行APP界面設(shè)計研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2023.

[3]馬敏.城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)演化特征及其抗毀性和韌性分析[D].西安：長安大學(xué)，2023.

[4]賀莉娜，郭澤闊.基于人工智能和大數(shù)據(jù)的城市軌道交通智能化運(yùn)維生態(tài)系統(tǒng)研究[J].城市軌道交通研究，2022，25（9）：79-84，89.

[5]王蕾，任奕臻，哈云霞.城市軌道交通信號智能化運(yùn)維自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2022（7）：217-220.

[6]何家明.城市軌道交通運(yùn)維需求智能化分析平臺的研究及應(yīng)用[J].城市軌道交通，2022（6）：39-41.

[7]何人偉，宗立明，紀(jì)東.城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運(yùn)維平臺設(shè)計及應(yīng)用分析[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2022（11）：58-60.

[8]李陽.城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運(yùn)維平臺設(shè)計及應(yīng)用探究[J].信息記錄材料，2021，22（5）：97-98.