劉 婧 郭 行 蔣 銳 沈益斌

（1．寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，浙江 寧波 315020；2．寧波思高信通科技有限公司，浙江 寧波 315020）

0 前言

《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(jī)電等系統(tǒng)的智能運(yùn)維體系，從而提升城軌裝備維護(hù)的智能化程度和運(yùn)維效率，減少維護(hù)人工的作業(yè)強(qiáng)度，形成城軌裝備智能化。但是目前城市軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)還處在初級階段，同時隨著軌道交通的快速發(fā)展，列車運(yùn)行的密度也在不斷增加，因此對相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的安全和運(yùn)維管理提出了更嚴(yán)格的要求。現(xiàn)有運(yùn)維模式將面臨一些問題，例如線網(wǎng)擴(kuò)大、人力成本增大、缺乏歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及很難為設(shè)備故障處置提供指導(dǎo)等。而發(fā)展智能運(yùn)維系統(tǒng)，就可以為軌道交通提供1個安全穩(wěn)定的運(yùn)營環(huán)境。

1 智能運(yùn)維系統(tǒng)

智能運(yùn)維系統(tǒng)由硬件及軟件組成，其中軟件部分為智能運(yùn)維平臺管理軟件，以模塊化的方式進(jìn)行管理，包括設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)管理模塊、運(yùn)維安全生產(chǎn)管理模塊、運(yùn)維智能化決策模塊以及設(shè)備狀態(tài)綜合顯示模塊等，可以根據(jù)實(shí)際需求增加軟件的功能模塊[1]。

系統(tǒng)硬件主要由管理平臺、鏈路和采集終端設(shè)備組成。管理平臺一般設(shè)置在控制中心，且配置有智慧運(yùn)營及節(jié)能管理服務(wù)平臺;鏈路部分以光纜及各類控制線為主，可以為數(shù)據(jù)傳輸提供通道;采集終端主要以及攝像機(jī)、采集現(xiàn)場信號的傳感器（溫度、濕度等）包括機(jī)器人等，可以為智能運(yùn)維系統(tǒng)收集各種設(shè)備的狀態(tài)信息[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 智能巡檢

2.1.1 智能巡檢系統(tǒng)組成

設(shè)備房智能巡檢系統(tǒng)可以大幅減少日常巡視的人力成本，可以實(shí)現(xiàn)對動態(tài)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測與報(bào)警，同時還可以在第一時間為故障處置提供現(xiàn)場的實(shí)時影像。系統(tǒng)主要由智能巡檢和環(huán)境監(jiān)測組成。

2.1.1.1 智能巡檢部分

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)置軌道巡檢機(jī)器人，按照預(yù)先設(shè)定的行走軌跡及點(diǎn)位對設(shè)備房和機(jī)柜進(jìn)行巡檢，并將巡檢結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸至本地服務(wù)器，如果巡檢結(jié)果與設(shè)備正常狀態(tài)不一致，則準(zhǔn)確提供故障設(shè)備的位置及狀態(tài)信息。特殊情況下，可以遠(yuǎn)程手動控制機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)。

2.1.1.2 環(huán)境監(jiān)測部分

通過在機(jī)房內(nèi)的重要部位設(shè)置溫濕度傳感器、防入侵?jǐn)z像機(jī)以及水漬傳感器等前端設(shè)備，可以對機(jī)房內(nèi)的動態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析處理并上傳至監(jiān)視終端，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中存儲和查詢。

2.1.2 巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人可以采用升降式機(jī)器人，其主要由升降軌道機(jī)器人、通信系統(tǒng)以及監(jiān)控平臺構(gòu)成。機(jī)器人通過無線通信，可以將采集到的信息實(shí)時傳遞給后臺監(jiān)控平臺，遠(yuǎn)程監(jiān)控后臺通過專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與巡檢部門、遠(yuǎn)程專家組之間的數(shù)據(jù)交互。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)支持接入原有監(jiān)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和設(shè)備共享。升降式軌道巡檢機(jī)器人作為巡檢系統(tǒng)的核心，它具備系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、信息交互以及聲光報(bào)警等功能。

機(jī)器人支持的巡檢模式主要包括例行巡檢、專項(xiàng)巡檢、特殊巡檢及人工遙控巡檢，可以通過系統(tǒng)平臺軟件設(shè)置巡檢模式。

2.1.2.1 例行巡檢

機(jī)器人按照事先編制的工作計(jì)劃（統(tǒng)一定制的巡查點(diǎn)、檢測時間、數(shù)據(jù)記錄和掃查方式等），自動完成巡檢。

2.1.2.2 專項(xiàng)巡檢

按照專項(xiàng)工作需要編制任務(wù)計(jì)劃（巡查點(diǎn)、頻率、數(shù)據(jù)記錄和掃查方式），自動完成重點(diǎn)任務(wù)巡檢。

2.1.2.3 特殊巡檢

當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況時，可以緊急調(diào)動機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)入維保和應(yīng)急處理模式，對特定對象進(jìn)行巡檢、重點(diǎn)監(jiān)控并將數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至監(jiān)控后臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時在線操作，實(shí)時監(jiān)控受檢對象的工作狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。

2.1.2.4 人工遙控巡檢

通過手動控制機(jī)器人，對現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時遙控巡檢。該巡檢模式適用于運(yùn)維人員以及管理單位需要對某類設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行鎖定與監(jiān)測的情況，尤其是在機(jī)器人自主巡檢過程中，如果檢測到設(shè)備、環(huán)境狀態(tài)異常并報(bào)警時，運(yùn)維人員可以在第一時間操控機(jī)器人快速到達(dá)異常設(shè)備的位置，及時對異常設(shè)備進(jìn)行查看并核實(shí)報(bào)警信息，以便快速地制定響應(yīng)策略。

2.1.3 巡檢數(shù)據(jù)處理

巡檢過程的數(shù)據(jù)由后臺報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行處理，它可以自動存儲、統(tǒng)計(jì)和分析處理海量數(shù)據(jù)，例如巡檢點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)、報(bào)警信息查詢與缺陷異常分析以及環(huán)境記錄數(shù)據(jù)和紅外測溫?cái)?shù)據(jù)分析。所有報(bào)告及報(bào)表支持查詢、導(dǎo)出和打印。導(dǎo)出數(shù)據(jù)支持 Execl格式和文字格式，導(dǎo)出信息齊全，記錄準(zhǔn)確且完整，方便存儲、匯報(bào)、決策和作歸檔處理等。

系統(tǒng)能夠在每個巡檢任務(wù)結(jié)束后，自動生成巡檢任務(wù)報(bào)表。工作人員可以查詢設(shè)定時間內(nèi)的巡檢任務(wù)報(bào)表，支持以時間、巡檢類型以及任務(wù)名稱進(jìn)行組合篩選，具體情況見表1。

表1 報(bào)表系統(tǒng)

2.2 漏纜監(jiān)測

2.2.1 漏纜監(jiān)測原理

漏纜監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理是利用區(qū)間漏纜采取鄰站末端相連的連接特點(diǎn)，在2個相連的射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）設(shè)備處加裝信號收發(fā)模塊，該模塊具備對信號進(jìn)行分析和診斷的功能，可以對區(qū)間漏纜狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時采集、監(jiān)測，并在控制中心的設(shè)置終端實(shí)時顯示全部漏纜狀態(tài)及告警信息[3]。漏纜監(jiān)測系統(tǒng)除了不能準(zhǔn)確預(yù)測漏纜脫落、斷裂等突發(fā)性情況以及由偶發(fā)因素造成（例如被車輪崩飛的石子打擊）的發(fā)生時間極短的故障以外，其他不同類型的故障，例如生銹老化、彎折變形以及接頭浸水等緩慢發(fā)生的故障，在嚴(yán)重影響通信信號前都有較長的發(fā)展時間，而脈沖信號在探測到該故障時會產(chǎn)生不同的回波，通過分析回波的特征就可以獲知故障類型以及故障存在的時間，并預(yù)測該故障的發(fā)展趨勢，從而為“狀態(tài)修”提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 漏纜監(jiān)測功能

漏纜監(jiān)測系統(tǒng)采用脈沖壓縮技術(shù)，該技術(shù)具有傳統(tǒng)脈沖和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)體制的特性，實(shí)現(xiàn)了高精度故障定位、漏纜健康監(jiān)測及故障評估預(yù)測。同時漏纜監(jiān)測系統(tǒng)在軌道交通中主要在漏纜故障定位和漏纜狀態(tài)預(yù)防性監(jiān)測中應(yīng)用，從而確保了漏纜設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

當(dāng)發(fā)生接頭脫漏、跳線中斷等漏纜故障時，可以第一時間通過監(jiān)測系統(tǒng)確定故障問題及故障點(diǎn)位置，為故障處理提供有效的信息，縮短了故障定位的時間。

通過收集漏纜數(shù)據(jù)和建立數(shù)據(jù)模型，可以對漏纜狀態(tài)進(jìn)行預(yù)防性監(jiān)測，檢測步驟如下：1）將漏纜、跳線的彎折和斷裂趨勢、接頭松動趨勢等隱患和異?，F(xiàn)象作為實(shí)時監(jiān)測內(nèi)容。2） 通過波形等手段將漏纜間的關(guān)鍵連接點(diǎn)、接頭以及合路器等節(jié)點(diǎn)處的異常趨勢作為實(shí)時監(jiān)測的內(nèi)容。3） 對上述內(nèi)容進(jìn)行預(yù)防性分析，設(shè)置預(yù)警值，以終端顯示告警信息的形式為現(xiàn)場故障處理提供有效的處置依據(jù)。

2.2.3 漏纜監(jiān)測系統(tǒng)測試實(shí)例

通過在A城市地鐵5號線及B城市地鐵4號線進(jìn)行多次實(shí)地測試，證明漏纜系統(tǒng)能夠?qū)β├|、漏纜實(shí)時診斷設(shè)備的在線、離線和故障狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并且能夠查看漏纜的相關(guān)參數(shù)，監(jiān)測狀態(tài)、參數(shù)與現(xiàn)場校驗(yàn)結(jié)果一致，具體測試情況如下：1）在A城市地鐵5號線測試獲得的波形，其測量的對應(yīng)頻率值均為1.611 MHz，根據(jù)該頻率計(jì)算出的測試點(diǎn)距離故障點(diǎn)的距離為716.895 m。漏纜理論長度為716 m。2）在B城市地鐵4號線進(jìn)行故障定位測試，客戶端軟件能顯示故障距離定位，此時故障點(diǎn)與長興路站RRU的距離為 75 m，通過監(jiān)測系統(tǒng)顯示的距離，就能大大提升故障處置的效率，故障信息如圖2所示。

圖2 漏纜監(jiān)測系統(tǒng)軟件界面

3 可行性分析

軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)的可行性主要體現(xiàn)在以下5個方面。

3.1 技術(shù)層面具備可行性

智能運(yùn)維系統(tǒng)按照功能可以大致分為圖像識別、紅外熱成像、動態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理分析等部分，相關(guān)技術(shù)都已經(jīng)有成熟的應(yīng)用案例，因此從技術(shù)層面來說，智能運(yùn)維系統(tǒng)具備一定的可行性。

3.2 系統(tǒng)可以替代人工巡檢

目前設(shè)備房日常巡檢主要包括以下4個內(nèi)容：1） 機(jī)房無滲漏水、高溫等異常情況。2） 設(shè)備表面清潔，各箱體、機(jī)柜無破損。3） 設(shè)備指示燈亮滅及顏色正常。4） 地面、桌椅以及文件柜等非設(shè)備物品擺放整齊。

通過對前端巡檢機(jī)器人、各類傳感器數(shù)據(jù)采集以及后臺數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行分析，同時還與人工巡檢進(jìn)行比對，新增設(shè)備房智能巡檢系統(tǒng)完全可以滿足上述巡檢需求，從而替代人工完成巡檢工作。

3.3 系統(tǒng)可以利用既有光纖組網(wǎng)

設(shè)備房智能巡檢系統(tǒng)與通信專業(yè)各子系統(tǒng)類似，可以分為中心和站點(diǎn)2個層級。站點(diǎn)層相對比較獨(dú)立，它是由分布于各站點(diǎn)的巡檢機(jī)器人、溫濕度傳感器、水浸傳感器、交換機(jī)、攝像機(jī)以及硬盤錄像機(jī)等設(shè)備組成。中心層由集中管理服務(wù)器、操作終端等設(shè)備組成。站點(diǎn)層和中心層需要通過傳輸網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)交互通道。目前各站點(diǎn)專用通信機(jī)房都設(shè)有傳輸系統(tǒng)設(shè)備，通過區(qū)間96芯主干光纜進(jìn)行連接，提供光纖、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)通道，不需要另外敷設(shè)線纜組網(wǎng)。

3.4 系統(tǒng)與既有通信系統(tǒng)相互獨(dú)立

智能巡檢系統(tǒng)為新增系統(tǒng)，與設(shè)備房內(nèi)既有設(shè)備相互獨(dú)立，除了智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)備取電時需要接入U(xiǎn)PS空開以外，其他設(shè)備不會對既有系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。

3.5 設(shè)備房具備安裝條件

現(xiàn)場安裝作業(yè)內(nèi)容主要包括安裝導(dǎo)軌、機(jī)器人、各類傳感器、攝像頭、支架、機(jī)柜設(shè)備以及敷設(shè)對應(yīng)線纜。

車站內(nèi)的通信設(shè)備房機(jī)柜的單柜高度為2250 mm，排列整齊，柜體間距滿足智能巡檢機(jī)器人的作業(yè)需求，設(shè)備房上方有通風(fēng)管道、照明燈以及消防管道等設(shè)施及輔助支撐架。結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備房環(huán)境及機(jī)柜布置方式，可以采用吊懸方式安裝導(dǎo)軌和機(jī)器人，支架支撐點(diǎn)避開上方各類管道架設(shè)于設(shè)備房頂部墻面，并通過支架固定導(dǎo)軌。

4 結(jié)語

針對目前軌道交通運(yùn)維模式存在的問題，需要加快對智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用的研究，并通過推進(jìn)智能運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備全生命周期的管理，提高設(shè)備的整體運(yùn)維水平，預(yù)防和減少設(shè)備發(fā)生故障，降低了維護(hù)成本，為地鐵運(yùn)營安全、運(yùn)輸效率以及服務(wù)質(zhì)量提供了保障。同時還需要加大研究軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用的廣度和深度，逐步提升智能運(yùn)維系統(tǒng)的水平[4]。