城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計及應用探究

李 陽

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司 北京 100070）

1 引言

列控系統(tǒng)是線網(wǎng)運行的核心，也是列車安全運行的重要保障。隨著智慧城市建設的推進，人工智能技術、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術在城市軌道交通中的應用越來越廣泛，城市軌道交通也逐漸向智能化方向發(fā)展，其由最初的幾條線路運營轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模網(wǎng)絡化運營，在超大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境下，無人駕駛成了城市軌道交通的發(fā)展趨勢，對列控系統(tǒng)中的設施設備的運維管理提出了更高要求。因此，網(wǎng)絡時代，有必要根據(jù)城市軌道交通的發(fā)展趨勢對列控系統(tǒng)智能化運維平臺進行設計，以提升運維管理的智能化水平，進而提高列控系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，確保列控系統(tǒng)安全運行、快速維護，進一步實現(xiàn)城市軌道交通全范圍、全方位、全過程的智能化控制。

2 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計的技術基礎

基于5G的物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能等新技術具有系統(tǒng)狀態(tài)感知、智能化數(shù)據(jù)分析、海量數(shù)據(jù)挖掘等優(yōu)勢，為設計城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺奠定有利基礎，進而推動城市軌道交通智能化建設。

2.1 基于5G的物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

5G和物聯(lián)網(wǎng)是移動通信的發(fā)展方向。5G技術具有低時延、高帶寬的優(yōu)點，將其與物聯(lián)網(wǎng)技術共同用于數(shù)以千計的設備中，進而實現(xiàn)更廣泛的物物互聯(lián)[1]。在城市軌道交通領域，基于5G的物聯(lián)網(wǎng)技術是多源融合智能感知功能實現(xiàn)的關鍵要素，在城市軌道交通中應用物聯(lián)網(wǎng)技術，將突破傳輸限制，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，進而為運營管理帶來極致體驗。

2.2 云計算技術的應用

城市軌道交通列控系統(tǒng)通常利用監(jiān)測維護子系統(tǒng)來維護設備，但監(jiān)測維護子系統(tǒng)主要以車站為主體結(jié)構(gòu)，集成化、智能化水平較低，不能有效匯聚和集中管理數(shù)據(jù)，導致城市軌道交通行業(yè)設施設備健康管理能力不足。為了滿足大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境對列控系統(tǒng)的高可靠性要求，可將云計算技術運用于城市軌道交通列控系統(tǒng)維護領域，進而建立維保私有云，以匯聚、集中管理海量數(shù)據(jù)信息，為大數(shù)據(jù)分析奠定基礎，進一步促進設備維修模式向預防轉(zhuǎn)變。

2.3 大數(shù)據(jù)與人工智能的應用

網(wǎng)絡時代，加快了智慧城市建設腳步，大數(shù)據(jù)與人工智能的應用推動了智能可控、主動精準防護、安全可靠的城市軌道交通大數(shù)據(jù)平臺的建設，利用該平臺能夠完善車輛資源動態(tài)分配，統(tǒng)一部署城市軌道交通業(yè)務應用，以及有效開發(fā)運營部署運行環(huán)境，服務于城市軌道交通各類信息系統(tǒng)，從而提高整體運營效率，進一步形成信息化、智能化的城市軌道交通綜合管理控制系統(tǒng)。在城市軌道交通列控系統(tǒng)維護領域，需要大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術的支撐，形成多源數(shù)據(jù)感知、故障診斷預警功能，進而實現(xiàn)列控系統(tǒng)設備的智能化運維。例如運用人工智能和大數(shù)據(jù)來收集、整理與分析車載信號設備產(chǎn)生的海量信息元，從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏規(guī)律，進而及時診斷故障，縮短故障維修響應時間，提高運維效率。

3 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計思路與方案

3.1 設計思路

大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境下，將利用多傳感器融合的計算機集中監(jiān)測系統(tǒng)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術來構(gòu)建城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺，進而完善設備智能運維體系，實現(xiàn)列控系統(tǒng)的智能運營維護，保障列控系統(tǒng)的安全性、可靠性與可用度，提升運維效率[2]。設計的城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺應包括以下幾方面功能：（1）擁有完善的、能自動感知多源數(shù)據(jù)的智能化監(jiān)測設備，以快速有效地對故障進行定位、診斷、報警，同時給出維修建議，使設備維護由故障維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)維修，實現(xiàn)設備的健康管理與智能化運維；（2）擁有相關專家?guī)?，以不斷?yōu)化設備維護監(jiān)測系統(tǒng)，同時指導設備維護；（3）擁有完善的網(wǎng)絡安全防護體系，進而實現(xiàn)設備維護管理類數(shù)據(jù)信息的移動化輸出。

3.2 設計方案

3.2.1 建立技術體系

列控系統(tǒng)設備維護組織結(jié)構(gòu)包括兩層：線路級、線網(wǎng)級。其中線路級包括三層結(jié)構(gòu)：（1）感知層，用來采集設備數(shù)據(jù)，如電氣特性參數(shù)、網(wǎng)絡信息、機械特性等，采集業(yè)務模塊包括計軸、ATS系統(tǒng)等；（2）實時分析層，對感知層所采集的數(shù)據(jù)信息進行分析處理，及時診斷設備故障，進而提前發(fā)現(xiàn)設備隱患并進行維修，提升設備安全性；（3）線路應用層，用來實現(xiàn)線路的基礎功能應用，如感知數(shù)據(jù)展示、報警展示與統(tǒng)計、線路設備狀態(tài)圖等，并將線路數(shù)據(jù)傳至線網(wǎng)層。線網(wǎng)級包括五層結(jié)構(gòu)：（1）云層，是用于提供計算、存儲和信息資源的平臺組件，是構(gòu)成線網(wǎng)級服務的基礎設施；（2）平臺層，其作用是結(jié)合城市軌道交通特性，向其提供數(shù)據(jù)處理平臺、可視化組件庫等，進而提供數(shù)據(jù)服務；（3）線網(wǎng)應用層，主要是對感知層、實時分析層的數(shù)據(jù)信息進行跨線路的綜合應用；（4）能力開放層，其作用是利用微服務來達到網(wǎng)絡資源的共享，挖掘數(shù)據(jù)信息的最大價值，統(tǒng)一提供對外服務；（5）可視化門戶層，主要是利用智能化運維門戶應用對外提供開放接口，形成諸如全景視圖、監(jiān)測中心、應急中心等集成可視化主視圖[2]。

3.2.2 建立網(wǎng)絡體系

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺，是跨生產(chǎn)網(wǎng)域、管理網(wǎng)域、互聯(lián)網(wǎng)域的三層網(wǎng)絡架構(gòu)，既可以滿足網(wǎng)絡安全，又可以實現(xiàn)各層次的應用需求。列控系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)和少量的設備維護數(shù)據(jù)分別位于生產(chǎn)網(wǎng)域和管理網(wǎng)域，為了保證生產(chǎn)網(wǎng)域和管理網(wǎng)域兩網(wǎng)間的網(wǎng)絡安全，需要在生產(chǎn)網(wǎng)域內(nèi)部于線路側(cè)安裝防火墻，以達到線路側(cè)和線網(wǎng)側(cè)安全隔離的效果；需要在管理網(wǎng)域內(nèi)部利用線網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)接口來統(tǒng)一接入數(shù)據(jù)信息[3]。另外，利用防火墻達到管理網(wǎng)域與互聯(lián)網(wǎng)域單向互聯(lián)的目的，并結(jié)合業(yè)務應用需求對服務器和終端設備進行合理設置，以確保設備維護信息的智能化輸出。

3.2.3 建立功能體系

列控系統(tǒng)智能化運維平臺功能體系包括：（1）監(jiān)測中心，通過運維平臺的智能能分析，實現(xiàn)對全線網(wǎng)列控通信系統(tǒng)設備和無線環(huán)境系統(tǒng)設備的實時在線監(jiān)測，并以圖形化的形式展示設備狀態(tài)、運營情況等。（2）分析中心：基于“大數(shù)據(jù)”，分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息規(guī)律，實現(xiàn)對網(wǎng)絡日志、設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度分析、安全監(jiān)控以及趨勢預測。（3）應急中心：依托智能化分析，建立高效、智能的的故障及隱患處理體系、完善的應急預案、影響范圍評估等，一旦出現(xiàn)故障，能快速完成應急搶修。（4）健康中心：通過對列控系統(tǒng)設備健康情況進行綜合分析，從而進一步對健康指數(shù)異常的設備驅(qū)動實施相應的維修作業(yè)，實現(xiàn)設備全壽命周期的運維管理。

4 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的應用

基于城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺功能體系理論，列控系統(tǒng)智能化運維平臺的應用可從數(shù)據(jù)導向和應用導向兩個方向出發(fā)?；跀?shù)據(jù)導向，結(jié)合全網(wǎng)設施設備在線監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建大數(shù)據(jù)運行狀態(tài)中心分析設施設備運行規(guī)律，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘與統(tǒng)計分析、信息交互發(fā)布共享以及故障診斷及預警預測等?；趹脤颍ㄟ^對設施設備狀態(tài)全量數(shù)據(jù)的感知、采集及系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口上傳，實現(xiàn)對列控系統(tǒng)的全面監(jiān)測，從而呈現(xiàn)系統(tǒng)設備的運營狀態(tài)視界，并以數(shù)據(jù)化、圖形化的方式將設備在線監(jiān)測運營維護狀態(tài)信息展現(xiàn)出來，并將其應用于業(yè)務整體流程中。綜合列控系統(tǒng)智能化運維平臺中的全量數(shù)據(jù)感知、在線監(jiān)測與應急處置功能，深度應用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，進而實現(xiàn)對設施設備全壽命周期管控、構(gòu)建主動維保體系，進一步實現(xiàn)智能化運維管理。

5 結(jié)語

通過城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計與應用，城市軌道交通網(wǎng)絡架構(gòu)、功能模塊、業(yè)務應用等已初步構(gòu)建完成，實現(xiàn)從自動化向智能化方向的轉(zhuǎn)變，在實現(xiàn)列控系統(tǒng)持續(xù)保持高可靠性、保障人們安全出行的基礎上，提高運輸效率、運營維護效率，同時實現(xiàn)大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境下列控系統(tǒng)設備的一體化智能運維、主動式應急防控與全壽命周期的運維管理。