智能運維系統(tǒng)對道岔全生命周期分析與管理在大連地鐵1號線的應用

周紀武 張琨 王鋒 馬麗娜 鄭林濤 余建

摘要 以大連地鐵1號線為例，針對當前信號系統(tǒng)中道岔監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)挖掘能力不足以支撐運營需求現(xiàn)狀。運用眾合科技基于大數(shù)據(jù)分析的智能運維系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)中的多源融合感知道岔狀況、多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析、設備維護支持3個功能，實現(xiàn)了對道岔全生命周期跟蹤監(jiān)測，從而優(yōu)化運維組織工作，降低維護人力成本。

關鍵詞 軌道交通;智能運維系統(tǒng);大數(shù)據(jù);道岔故障分析

中圖分類號 U29-39 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0006-03

0 引言

《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提出，要建立供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)以及車站機電等系統(tǒng)的智能運維體系，從而提升城軌裝備維護的智能化程度和運維效率，減少維護工人的作業(yè)強度，形成城軌裝備智能化[1]。隨著大連地鐵線網(wǎng)客流量持續(xù)增加，運營規(guī)模不斷擴大，列車運行的密度也在不斷增加。對列車運營來說，行車安全一直以來是被予以高度關注的焦點。信號系統(tǒng)在此過程中發(fā)揮關鍵性作用，決定著列車是否能安全運營，而作為信號三大件之一的道岔，要求全生命周期始終保持高安全性和高可用性[2]，道岔作為動態(tài)設備，使用非常頻繁，同時受列車過車振動、機械磨損的影響，一旦出現(xiàn)道岔動作不到位、道岔無表示、道岔不解鎖等故障將直接影響列車運行。同時由于道岔具有構造復雜、使用壽命短、限制列車速度、養(yǎng)護維修投入成本高等特點，是城市軌道交通信號設備的薄弱環(huán)節(jié)。這些故障都會影響道岔正常使用，造成列車晚點等情況。為此，大連地鐵加速信號智能運維系統(tǒng)建設，在大連地鐵1號線姚家站引入眾合科技智能運維系統(tǒng)進行線路及車站試點，對當前道岔的維護技術和分析手段進行變革提升，實現(xiàn)了系統(tǒng)化的道岔設備管理。

1 道岔維護監(jiān)測現(xiàn)狀

目前大連地鐵1號線還未針對道岔使用監(jiān)測系統(tǒng)，道岔維護和故障分析完全依靠人工經(jīng)驗，在動態(tài)事件、應急場景中，監(jiān)測信息的缺失直接造成故障快速定位、搶修人員及物資等維修資源的調(diào)動與分配、運營與狀態(tài)信息之間溝通等效率低下[2]。

我國現(xiàn)有的道岔監(jiān)測系統(tǒng)以微機監(jiān)測系統(tǒng)[3]為主，已實現(xiàn)對道岔的動作電壓、電流、功率等電氣參數(shù)的監(jiān)測功能，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)生成動作曲線。但是，微機監(jiān)測系統(tǒng)缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的挖掘和快速分析能力，不能對異常曲線給出輔助分析和處理建議，導致對于道岔故障定位困難、響應和處理時間長。

2 道岔維護監(jiān)測需求分析

在大連地鐵線網(wǎng)規(guī)模持續(xù)擴大的背景下，道岔設備狀態(tài)監(jiān)測面對如此現(xiàn)狀，運營公司亟須實現(xiàn)道岔設備狀態(tài)監(jiān)測和智能分析。

道岔維護工作主要就是根據(jù)道岔的各項電氣參數(shù)進行故障分析、預判。在引入智能運維系統(tǒng)[4]以后，功能層面角度達成狀態(tài)有效監(jiān)測、故障輔助分析、故障復現(xiàn)，可以在道岔維護中為工作人員提供相應幫助。結構層面可以通過不斷拓展接入車站、線路，分析搜集所得數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通過不斷調(diào)整和演變，積累豐富經(jīng)驗，對維護管理[4]有很大幫助。

3 智能運維系統(tǒng)道岔全生命周期分析與管理功能實現(xiàn)

3.1 多源融合感知技術

道岔的監(jiān)測數(shù)據(jù)均從室內(nèi)組合獲取，數(shù)據(jù)采集安全隔離要求高，工程實施限制多，采樣尺度復雜多樣，采樣精度要求高，傳輸距離遠，采樣難度極大。

多源融合感知技術通過三相道岔功率傳感器、道岔表示電壓采集傳感器、開關量采集板卡等多源感知技術，首先由車站級監(jiān)測子系統(tǒng)預處理上傳至中心服務器，再通過網(wǎng)閘將源數(shù)據(jù)由信號內(nèi)網(wǎng)擺渡至天津的應用服務器，最終通過智能運維系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)融合;通過此技術，實現(xiàn)了對道岔相關繼電器開關量、道岔動作電源相電壓、線電壓、道岔動作電源三相電流、道岔表示交直流電壓數(shù)據(jù)的可信、精確、全覆蓋感知;實現(xiàn)了面向道岔設備的非侵入式電壓、電流、開關量等信息流感知，以保障感知的安全性。

3.2 多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析

道岔設備的運行場景復雜、異常樣本稀少、相對缺乏穩(wěn)態(tài)特征，存在診斷難、預警難的突出問題。此外，由于感知信息多樣化，傳統(tǒng)的面向單一數(shù)據(jù)類別的波形分析技術已無法滿足道岔維護分析及故障診斷需求。

多引擎融合可視化數(shù)據(jù)分析技術通過道岔表示開關量與表示電壓波形時序關聯(lián)可視化分析（見圖1）、道岔動作功率曲線與標準功率曲線關聯(lián)可視化分析（見圖2）、道岔動作電流曲線與標準電流曲線關聯(lián)可視化分析（見圖3）、以時間為軸生成的道岔相關繼電器開關量動作時序圖（見圖4）可視化分析等多種引擎混合驅(qū)動，能滿足維護查詢、故障診斷及根因追蹤等場景下多維度數(shù)據(jù)協(xié)同可視化分析需求。

3.2.1 道岔表示開關量與表示電壓波形時序關聯(lián)可視化分析

此功能是將一天中道岔每個時間點所處位置及定位交流、定位直流、反位交流、反位直流電壓歷史數(shù)據(jù)在同一時間軸上繪制，以此實現(xiàn)對道岔表示及表示電壓的協(xié)同關聯(lián)分析。

3.2.2 道岔動作曲線關聯(lián)可視化分析

道岔功率曲線（見圖2）是根據(jù)道岔動作過程中密集采樣（采樣周期40 ms）繪制的曲線，維護人員通過保存摩擦曲線、參考曲線作為道岔的標準曲線，通過對比實際曲線與標準曲線差異，結合道岔動作電流曲線（見圖3）、動作過程及經(jīng)驗，可對異常曲線形成的原因進行分析。

3.2.3 道岔動作相關繼電器開關量時序圖可視化分析

開關量時序分析（見圖4），是在同一時間軸上繪制所有道岔相關繼電器吸起落下狀態(tài)，時序圖的時間長度及具體時間由用戶自定義，且該圖可以放大或縮小時間顆粒度，以更詳細地查看繼電器動作。智能運維系統(tǒng)可通過判斷時序中錯誤或缺失的部分，給出故障報警提示。

3.3 設備維護支持

道岔設備劣化機理復雜，其維護決策嚴重依賴人工經(jīng)驗，往往存在過度維護和欠維護。智能運維系統(tǒng)通過以下幾點進行了改進和優(yōu)化。

3.3.1 趨勢分析

通過對道岔設備全生命周期的海量設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史運用統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行長期跟蹤挖掘，根據(jù)設備的故障等級、故障地點等生成趨勢圖（見圖5）。

3.3.2 道岔健康度分析

通過對設備全生命周期內(nèi)每次動作進行質(zhì)量監(jiān)控，智能評估設備健康度[5]并給出處置建議，反映設備真實質(zhì)量水平（見圖6）。

4 結語

該文所介紹的眾合科技信號智能運維系統(tǒng)，已在大連1號線上線運行1年。為道岔全生命周期網(wǎng)絡化運維提供了全面的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)分析手段以及可視化的設備健康管理，實現(xiàn)了設備的維護過程閉環(huán)跟蹤。依托其高度的集成化、自動化、智能化優(yōu)勢，使日常巡檢工作降低了80%，對高技能人才依賴程度降低了約50%，檢修頻次降低了50%，故障響應效率提高了80%;同時基于大數(shù)據(jù)智能運維系統(tǒng)的應用，從線路運維、關鍵設備維護2個層面，逐步推進了信號設備維護由計劃修向狀態(tài)修模式轉型。

作為東北地區(qū)首套基于大數(shù)據(jù)的城市軌道交通信號智能運維系統(tǒng)，大連地鐵信號智能運維系統(tǒng)的上線運用，在極大加快大連地鐵智能化建設，利于大連軌道交通運維管理工作長遠健康發(fā)展的同時，也使得大連地鐵躋身于國內(nèi)城軌智能運維技術研究的先行隊列，極大地提升了大連地鐵在城市軌道交通行業(yè)中的運維管理實力及品牌影響力。

參考文獻

[1]劉婧，郭行，蔣銳，等.城市軌道交通智能運維系統(tǒng)的研究及可行性分析[J].中國新技術新產(chǎn)品，2021（5）：12-14.

[2]陸鑫源，朱莉，張郁，等.城市軌道交通信號智能運維系統(tǒng)應用與實踐[J].鐵道通信信號，2020（3）：82-86.

[3]宋鋼，王國榮.信號故障的可診斷性及初步效果[J].鐵道通信信號，2008（5）：3-5.

[4]鐘茂年.探索基于大數(shù)據(jù)分析技術的智能運維體系[J].數(shù)字通信世界，2019（9）：58-59.

[5]施聰.城市軌道交通通信信號專業(yè)的智能運維系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2020（8）：172-176.