李 陽

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)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(shè)的推進(jìn)，人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)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(luò)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(shè)施設(shè)備的運維管理提出了更高要求。因此，網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行設(shè)計，以提升運維管理的智能化水平，進(jìn)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(hù)，進(jìn)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(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)

基于5G的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)與人工智能等新技術(shù)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(shè)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(chǔ)，進(jìn)而推動城市軌道交通智能化建設(shè)。

2.1 基于5G的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

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

2.2 云計算技術(shù)的應(yīng)用

城市軌道交通列控系統(tǒng)通常利用監(jiān)測維護(hù)子系統(tǒng)來維護(hù)設(shè)備，但監(jiān)測維護(hù)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(dǎo)致城市軌道交通行業(yè)設(shè)施設(shè)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(shù)運用于城市軌道交通列控系統(tǒng)維護(hù)領(lǐng)域，進(jìn)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(chǔ)，進(jìn)一步促進(jìn)設(shè)備維修模式向預(yù)防轉(zhuǎn)變。

2.3 大數(shù)據(jù)與人工智能的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)時代，加快了智慧城市建設(shè)腳步，大數(shù)據(jù)與人工智能的應(yīng)用推動了智能可控、主動精準(zhǔn)防護(hù)、安全可靠的城市軌道交通大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，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(wù)應(yīng)用，以及有效開發(fā)運營部署運行環(huán)境，服務(wù)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(jìn)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(hù)領(lǐng)域，需要大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的支撐，形成多源數(shù)據(jù)感知、故障診斷預(yù)警功能，進(jìn)而實現(xiàn)列控系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(jìn)而及時診斷故障，縮短故障維修響應(yīng)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(shè)計思路與方案

3.1 設(shè)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(jī)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(shù)來構(gòu)建城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺，進(jìn)而完善設(shè)備智能運維體系，實現(xiàn)列控系統(tǒng)的智能運營維護(hù)，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(shè)計的城市軌道交通列控系統(tǒng)智能化運維平臺應(yīng)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(shè)備，以快速有效地對故障進(jìn)行定位、診斷、報警，同時給出維修建議，使設(shè)備維護(hù)由故障維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)維修，實現(xiàn)設(shè)備的健康管理與智能化運維；（2）擁有相關(guān)專家?guī)欤圆粩鄡?yōu)化設(shè)備維護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，同時指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)；（3）擁有完善的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)管理類數(shù)據(jù)信息的移動化輸出。

3.2 設(shè)計方案

3.2.1 建立技術(shù)體系

列控系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)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(shè)備數(shù)據(jù)，如電氣特性參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息、機(jī)械特性等，采集業(yè)務(wù)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(jìn)行分析處理，及時診斷設(shè)備故障，進(jìn)而提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患并進(jìn)行維修，提升設(shè)備安全性；（3）線路應(yīng)用層，用來實現(xiàn)線路的基礎(chǔ)功能應(yīng)用，如感知數(shù)據(jù)展示、報警展示與統(tǒng)計、線路設(shè)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(wù)的基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)而提供數(shù)據(jù)服務(wù)；（3）線網(wǎng)應(yīng)用層，主要是對感知層、實時分析層的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行跨線路的綜合應(yīng)用；（4）能力開放層，其作用是利用微服務(wù)來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)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(wù)；（5）可視化門戶層，主要是利用智能化運維門戶應(yīng)用對外提供開放接口，形成諸如全景視圖、監(jiān)測中心、應(yīng)急中心等集成可視化主視圖[2]。

3.2.2 建立網(wǎng)絡(luò)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(luò)架構(gòu)，既可以滿足網(wǎng)絡(luò)安全，又可以實現(xiàn)各層次的應(yīng)用需求。列控系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)和少量的設(shè)備維護(hù)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(luò)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(dá)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(dá)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(wù)應(yīng)用需求對服務(wù)器和終端設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)置，以確保設(shè)備維護(hù)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(shè)備和無線環(huán)境系統(tǒng)設(shè)備的實時在線監(jiān)測，并以圖形化的形式展示設(shè)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(luò)數(shù)據(jù)信息規(guī)律，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)日志、設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度分析、安全監(jiān)控以及趨勢預(yù)測。（3）應(yīng)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(yīng)急預(yù)案、影響范圍評估等，一旦出現(xiàn)故障，能快速完成應(yīng)急搶修。（4）健康中心：通過對列控系統(tǒng)設(shè)備健康情況進(jìn)行綜合分析，從而進(jìn)一步對健康指數(shù)異常的設(shè)備驅(qū)動實施相應(yīng)的維修作業(yè)，實現(xiàn)設(shè)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(yīng)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(yīng)用可從數(shù)據(jù)導(dǎo)向和應(yīng)用導(dǎo)向兩個方向出發(fā)?；跀?shù)據(jù)導(dǎo)向，結(jié)合全網(wǎng)設(shè)施設(shè)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(shè)施設(shè)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(yù)警預(yù)測等。基于應(yīng)用導(dǎo)向，通過對設(shè)施設(shè)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(shè)備的運營狀態(tài)視界，并以數(shù)據(jù)化、圖形化的方式將設(shè)備在線監(jiān)測運營維護(hù)狀態(tài)信息展現(xiàn)出來，并將其應(yīng)用于業(yè)務(wù)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(yīng)急處置功能，深度應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)對設(shè)施設(shè)備全壽命周期管控、構(gòu)建主動維保體系，進(jìn)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(shè)計與應(yīng)用，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、功能模塊、業(yè)務(wù)應(yīng)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(chǔ)上，提高運輸效率、運營維護(hù)效率，同時實現(xiàn)大規(guī)模線網(wǎng)環(huán)境下列控系統(tǒng)設(shè)備的一體化智能運維、主動式應(yīng)急防控與全壽命周期的運維管理。