城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計及應用分析

何人偉、宗立明、紀東

（北京市地鐵運營有限公司運營四分公司，北京 100102）

0 引言

隨著各項信息技術的發(fā)展，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺逐漸將各項信息技術融合其中，常見的信息技術形式有人工智能技術、大數(shù)據(jù)技術、云計算等，朝著智能化的趨勢發(fā)展?；诖?，無人駕駛成為城市軌道交通發(fā)展的重點，這樣的情況對設備維保管理有較高的要求，因此，需要針對目前的發(fā)展趨勢，對城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺進行設計，加強其應用力度，確保列車運行處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)，提升維護的質量和效率。

1 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺分析

1.1 平臺系統(tǒng)概述

在大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境下，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計成為一項重點內(nèi)容，其目的就是保證列控系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)維持較高的安全性和可靠性，為列車營造一個良好的運行狀態(tài)。同時，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺主要根據(jù)用戶的需求，將信息技術作為依托，實現(xiàn)監(jiān)視以及事務處理、資源配置、數(shù)據(jù)利用、宏觀把控等功能。另外，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計，可以實現(xiàn)全網(wǎng)關鍵設備的健康管理與智能化運維模式，如圖1所示。

圖1 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺結構

1.2 平臺系統(tǒng)的優(yōu)勢

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的出現(xiàn)，對城市軌道運行維起到了保障性的作用，平臺優(yōu)勢主要包括以下幾個方面：

1.2.1 強化資源利用效率以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性

隨著各項信息技術的發(fā)展，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計，逐漸將云技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等應用到其中，這樣可以將計算機資源、存儲資源與網(wǎng)絡資源等進行統(tǒng)一管理，并且根據(jù)實際情況進行動態(tài)分配，以此實現(xiàn)資源利用最大化。另外，還可以共享硬件資源，根據(jù)情況進行擴容，在不進行任何修改的情況下，增設硬件資源，實現(xiàn)平臺的動態(tài)擴容，有效提升平臺的可靠性。

1.2.2 自動故障分析

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺將ATC、MDS 和DCS 等信號子系統(tǒng)融合其中，可以根據(jù)城市軌道運行的實際情況，存儲大量的設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史警告信息以及日志文件等，基于這些內(nèi)容進行自動化分析，判斷出設備是否存在故障、快速定位。同時，如果存在故障的話，可以采用可視化圖表的方式展示結果，更加直觀和清晰。還可以根據(jù)故障信息的參數(shù)性質，進行專項組合，以最快的速度鎖定可能性最大的信標，針對信標與不同列車ID 相關性的關聯(lián)，確定信標故障產(chǎn)生的原因，解決故障，確保城市軌道運行的安全性和穩(wěn)定性。

1.2.3 數(shù)據(jù)的快速讀寫與處理

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺利用感知層、實時分析層、線路應用層等保存各個子系統(tǒng)的多數(shù)據(jù)源、設備監(jiān)測的開關量、模擬量的檢測值以及各種日志信息等，數(shù)據(jù)的儲存和查詢時間可以達到3年。因此，在城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計的時候，可以構建大量的數(shù)據(jù)快寫與實時查詢數(shù)據(jù)訪問機制，便于數(shù)據(jù)的使用，如表1所示。

表1 城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺實測數(shù)據(jù)庫讀寫速度

2 平臺系統(tǒng)結構設計

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺結構相對復雜，所以一定要明確設計思路，合理設計平臺方案，保證后期應用的效果。

2.1 設計思路

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計的時候，可以用多傳感器與計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)進行結合，將多項信息技術應用到其中，形成完善、智能的城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺系統(tǒng)，確保軌道交通使用的安全性，提升后期維保的效率。其設計思路應重點考慮以下幾個方面：

第一，需要根據(jù)實際情況，設置完善、智能化的監(jiān)測設備，這樣可以對多源數(shù)據(jù)進行感知，從數(shù)據(jù)中判斷故障產(chǎn)生的位置，并且快速定位。明確故障產(chǎn)生的原因以及位置以后，系統(tǒng)可以簡單給出維修方案，將設備維護轉換成故障維修，確保設備運行的穩(wěn)定性和安全性。

第二，設置專家?guī)?，根?jù)設備的使用情況進行優(yōu)化，并且根據(jù)實際情況，給出后期維護的意見。

第三，在系統(tǒng)中設置安全防護系統(tǒng)，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常。

2.2 設計方案

2.2.1 技術體系

設計思路確定以后，就需要落實各項技術體系，主要包括：感知層、實時分析層、線路應用層等。從感知層的角度來說，主要是根據(jù)系統(tǒng)運行的狀態(tài)，獲取大量的數(shù)據(jù)，例如：系統(tǒng)運行參數(shù)、網(wǎng)絡信息、機械運行參數(shù)等，為后期的維護工作提供便利的條件。實時分析層是針對和感知層所獲取的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的實時分析，判斷系統(tǒng)運行是否存在故障，如果存在故障可以快速確定故障存在的位置，進行維修，避免造成事故，影響系統(tǒng)的正常運行。線路應用層在系統(tǒng)中，屬于基礎性功能，主要是實現(xiàn)線路感應展示，并且在實際應用的時候，將線路數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄€網(wǎng)層中，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性以及可靠性。

2.2.2 網(wǎng)絡體系

網(wǎng)絡體系主要包括管理網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)等方面，不僅可以保證網(wǎng)絡運行的安全性，也可以滿足不同層次平臺系統(tǒng)應用的需求。網(wǎng)絡體系設計的時候，主體數(shù)據(jù)和少量設備維護數(shù)據(jù)一般都儲存在生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)中，為了保證生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)的安全性，需要在線路內(nèi)部的兩側設置防火墻，起到隔離的作用。針對管理網(wǎng)，需要通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接口，進行數(shù)據(jù)信息的接收，確保信息數(shù)據(jù)接收的統(tǒng)一性。另外，在城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計的時候，需要綜合考慮系統(tǒng)使用的實際需求，保證服務器和終端設置的合理性，起到信息保護的作用。

2.2.3 功能系統(tǒng)

功能系統(tǒng)在城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺設計中，也起到了關鍵性的作用，主要包括：監(jiān)測中心、分析中心、應急中心、健康中心等方面。

首先，監(jiān)測中心是根據(jù)列控系統(tǒng)智能化運維平臺的運行情況，對各項數(shù)據(jù)進行實時獲取和分析，隨時掌握實時運行的動態(tài)，并且利用圖形將設備狀態(tài)以及應用情況進行清晰、直觀的展現(xiàn)，便于后期的使用。

其次，分析中心主要以大數(shù)據(jù)技術作為基礎，根據(jù)運維平臺系統(tǒng)運行的狀態(tài)，掌握數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，并且對網(wǎng)絡日志、系統(tǒng)運行等相關數(shù)據(jù)進行深度挖掘，實現(xiàn)故障實時監(jiān)測，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行提供保障。

再次，應急中心將智能分析作為依托模式，形成高效、智能的故障診斷、處理應急預案系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)運行故障，可以第一時間完成維修，避免造成嚴重的影響。

最后，健康中心的作用是運維系統(tǒng)對運行情況進行綜合的分析，從而對健康指數(shù)異常的設備進行智能統(tǒng)籌管理。

3 運維系統(tǒng)的具體應用

城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的應用包含的技術形式有很多，例如：5G 物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能技術等方面。通過各項技術形式，不僅提升運維平臺的智能性，也擁有很好的發(fā)展前景。

3.1 5G 物聯(lián)網(wǎng)技術

5G 物聯(lián)網(wǎng)技術是移動通信發(fā)展的一個重要方向，主要是因為其具有延時性低、高寬帶的優(yōu)勢，將該項技術與互聯(lián)網(wǎng)技術相互結合，用于設備設施管理中，可以更好地實施監(jiān)測，隨時了解設備的運行情況，做好設備維護。在城市軌道交通領域中，將5G 物聯(lián)網(wǎng)技術與列控系統(tǒng)智能化運維平臺中的感知層相互融合，可以提高智能感應能力，及時排查出運維平臺中設備出現(xiàn)的故障與隱患，便于后期維護工作的開展。另外，在城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺中，利用5G 物聯(lián)網(wǎng)技術，可以解決傳輸限制的問題，以此實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的效果，促進運維平臺的發(fā)展。

3.2 云計算技術

在城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺通過利用云計算技術，可以構建維保私有云，集中管理大量的數(shù)據(jù)和信息，為數(shù)據(jù)的分析和處理提供了相對便利的條件，也促使設備維修逐漸向預防轉變，降低故障的產(chǎn)生，提升維護的效率，充分展現(xiàn)出列控系統(tǒng)智能化運維平臺存在的意義。

3.3 大數(shù)據(jù)與人工智能技術

隨著信息技術的發(fā)展，網(wǎng)絡逐漸成為社會發(fā)展的主體。通過對人工智能和大數(shù)據(jù)等技術的使用，可以實現(xiàn)精準防護，確保城市軌道運行的安全性和穩(wěn)定性。同時，在列控系統(tǒng)智能化運維平臺中利用大數(shù)據(jù)技術與人工智能技術，可以根據(jù)實際需求，對資源進行動態(tài)分配，做出統(tǒng)一的部署。將大數(shù)據(jù)和人工智能技術作為基礎，可以形成多源數(shù)據(jù)感知層，實現(xiàn)故障預警功能，有效提升運行維護的效果，可以對設備數(shù)據(jù)進行收集、整理、分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的規(guī)律，進行故障診斷以及維護，縮短維護時間，提升工作效率。

4 發(fā)展趨勢

基于城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺的功能和網(wǎng)絡等理論體系，逐漸向數(shù)據(jù)導向和應用導向等方面出發(fā)，可以實現(xiàn)多元化的發(fā)展。數(shù)據(jù)導向列控系統(tǒng)各項設施相互結合，可以有效實現(xiàn)在線監(jiān)測，對各項數(shù)據(jù)進行深度分析，獲取系統(tǒng)運行的實際情況，形成以大數(shù)據(jù)為主的設備運行狀態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)對各項數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析等功能，還可以將信息交換，發(fā)布到網(wǎng)絡進行共享，實現(xiàn)故障診斷預警等功能，保證維修的及時性。從應用導向的角度來說，城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺根據(jù)對設備運行情況的全面感知，對數(shù)據(jù)進行獲取以及傳輸，實時掌握設備運行的情況，促使系統(tǒng)實現(xiàn)全壽命周期管理模式。另外，利用數(shù)據(jù)化、圖形化的方式，將設備在線監(jiān)測維護的相關信息清晰、直觀地展示，將其應用到整個業(yè)務流程中，將各項技術形式應用到其中，對數(shù)據(jù)進行深度挖掘，實現(xiàn)全量數(shù)據(jù)感知、在線監(jiān)測、應急處置等功能，構建完善的主動維保系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化管理。

5 結語

綜上所述，隨著城市軌道交通的發(fā)展，列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計與應用成為一項重點內(nèi)容，利用各種先進的技術形式，形成軌道網(wǎng)絡架構、功能模塊、業(yè)務應用等結構體系，促使運維平臺呈現(xiàn)智能化發(fā)展。同時，列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計與實現(xiàn)，可以有效保證城市軌道交通的可靠性，為人們出行提供安全保證，提升運行以及維修效率。列控系統(tǒng)智能化運維平臺的設計與應用，可以實現(xiàn)主動式的應急維護，降低故障的產(chǎn)生，為城市軌道交通的發(fā)展提供重要有力的支持。