摘要：文章聚焦地鐵車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)，分析行業(yè)中具有代表性的車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出其在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)價(jià)值與標(biāo)準(zhǔn)、管理層面存在的不足，并針對(duì)車(chē)輛檢修智能化發(fā)展需求，圍繞運(yùn)維信息化平臺(tái)建設(shè)，提出優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)體系制定及多專(zhuān)業(yè)融合應(yīng)用的實(shí)施路徑，為智能運(yùn)維技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛；智能運(yùn)維；建設(shè)路徑

中圖分類(lèi)號(hào)：U266.2 A 52 183 3

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速，截至2022年1月，內(nèi)地開(kāi)通軌道交通運(yùn)營(yíng)線路的城市有51個(gè)，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)8 819 km。隨著城市軌道交通里程數(shù)的增加，車(chē)輛的運(yùn)維問(wèn)題也成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)：（1）車(chē)輛的架大修等模式與線路車(chē)輛呈現(xiàn)供需矛盾；（2）云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與行業(yè)的深度融合，為運(yùn)維技術(shù)在車(chē)輛上的創(chuàng)新應(yīng)用提供了良好條件［1］。因此，車(chē)輛運(yùn)維技術(shù)既面臨創(chuàng)新挑戰(zhàn)，但也獲得了發(fā)展機(jī)遇。

1 車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在相關(guān)政策、信息技術(shù)及核心設(shè)備升級(jí)的支持下，各地鐵公司對(duì)車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)開(kāi)展了不同程度的研究，逐步形成了特色鮮明的車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)。以下介紹具有代表性的車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)。

1.1 上海地鐵

上海地鐵的車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期：

（1）初步試點(diǎn)期。2006年，上海地鐵啟動(dòng)列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至地面的研究。依托10號(hào)線項(xiàng)目基本完成了在線運(yùn)營(yíng)車(chē)輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸及圖形化顯示界面的開(kāi)發(fā)［2］。

（2）系統(tǒng)建立期。2011年，在6號(hào)線完成庫(kù)內(nèi)列車(chē)故障的車(chē)地傳輸及分析系統(tǒng)的建成應(yīng)用。由于采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型多且傳輸量大，在3、4號(hào)線搭建了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的軟件平臺(tái)，解決正線列車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。2016年，上海地鐵制定了基于代替部分人工檢修而非輔助的軌旁智能檢測(cè)的戰(zhàn)略方向，并開(kāi)工建設(shè)17號(hào)線軌旁綜合檢測(cè)系統(tǒng)（SMIT），同年搭建完成車(chē)輛智能運(yùn)維平臺(tái)，車(chē)輛系統(tǒng)初具規(guī)模，達(dá)成了基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化運(yùn)維規(guī)劃。

（3）全面發(fā)展期。2018年，17號(hào)線軌旁綜合檢測(cè)系統(tǒng)（SMIT）正式使用。檢修人車(chē)比由原來(lái)的0.6下降到0.33，即車(chē)輛日檢變?yōu)?日檢，用車(chē)率提升3%。當(dāng)車(chē)輛每提高1%的用車(chē)率，成本相當(dāng)于少采購(gòu)11列車(chē)，每年可以節(jié)省用人成本約2.8億元，節(jié)省維修材料支出5 000萬(wàn)元［3］。

截至2021年年底，上海地鐵牽頭開(kāi)發(fā)的“軌道交通車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)（RISE）”作為國(guó)家示范工程，已進(jìn)入全面建設(shè)發(fā)展期。該系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)為支撐，涵蓋車(chē)地?zé)o線實(shí)時(shí)傳輸（IOR）、軌旁綜合檢測(cè)系統(tǒng)（SMIT）、維護(hù)管理系統(tǒng)，結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景做深度開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛狀態(tài)檢測(cè)自動(dòng)化、管理維護(hù)信息化、數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化。目前已覆蓋18條線路的1 000余列車(chē)和全部27個(gè)檢修基地，形成了車(chē)輛智能運(yùn)維的技術(shù)、管理及標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)的全面拓展建設(shè)和應(yīng)用［4］。

1.2 深圳地鐵

深圳地鐵自2016年開(kāi)始開(kāi)展智慧運(yùn)維創(chuàng)新試點(diǎn)，并對(duì)地鐵車(chē)輛智慧運(yùn)維平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃與搭建；到2018年底統(tǒng)籌平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，規(guī)劃整體功能布局；2019年制定下發(fā)智慧運(yùn)維發(fā)展綱要和系列標(biāo)準(zhǔn)；2020年進(jìn)入全面建設(shè)智慧地鐵時(shí)期，前期搭建的云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)，除用于列車(chē)智慧運(yùn)維試點(diǎn)，還可驗(yàn)證智慧應(yīng)用和云技術(shù)相結(jié)合技術(shù)路線的可行性［5］。

近一年來(lái)，深圳地鐵結(jié)合自身車(chē)輛運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)搭建了以hadoop大數(shù)據(jù)構(gòu)架為基礎(chǔ)的車(chē)輛智慧運(yùn)維平臺(tái)，包括智慧系統(tǒng)（智慧列車(chē)、智慧檢修、智慧監(jiān)測(cè)）、車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)、智慧運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)車(chē)地監(jiān)測(cè)與維護(hù)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、融合、處理，形成車(chē)輛故障預(yù)警-處理-反饋的全閉環(huán)過(guò)程狀態(tài)修及全壽命周期管理［6］。通過(guò)圖像智能分析系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件故障識(shí)別及異常報(bào)警，響應(yīng)效率提高80%，檢修效率提升50%，檢修人員配置降低10%，全壽命周期維保成本節(jié)約10%，逐步實(shí)現(xiàn)車(chē)輛檢修向數(shù)據(jù)化發(fā)展。

深圳地鐵依托車(chē)輛智慧運(yùn)維平臺(tái)，采用“大數(shù)據(jù)+需求應(yīng)用”的雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)路線［7］，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)手段，深掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)分析，可支持智慧應(yīng)用跨專(zhuān)業(yè)、跨系統(tǒng)、 跨功能實(shí)施，由計(jì)劃預(yù)防修向精準(zhǔn)維修轉(zhuǎn)變，逐步實(shí)現(xiàn)深入檢修、優(yōu)化檢修的智慧運(yùn)維模式。

1.3 廣州地鐵

2011年，廣州地鐵以承擔(dān)國(guó)家“863計(jì)劃”科研項(xiàng)目“城市軌道交通列車(chē)在途監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)”為契機(jī)，開(kāi)始進(jìn)行地鐵車(chē)輛系統(tǒng)智能運(yùn)維建設(shè)。通過(guò)利用傳感器等檢測(cè)設(shè)備，研發(fā)車(chē)-地?zé)o線傳輸設(shè)備，搭建數(shù)據(jù)傳輸中心，開(kāi)發(fā)了首套可隨時(shí)掌握列車(chē)狀態(tài)的在途監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警系統(tǒng)。為提高數(shù)據(jù)利用價(jià)值，廣州地鐵依托1號(hào)線等線路開(kāi)展列車(chē)動(dòng)力牽引等關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的示范應(yīng)用，創(chuàng)建了車(chē)輛走行部與輪軌質(zhì)量狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。并在2016年首次牽頭建設(shè)“城市軌道交通系統(tǒng)安全與運(yùn)維保障國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”，深度探索數(shù)據(jù)最大化應(yīng)用的有效途徑及向供電、信號(hào)等專(zhuān)業(yè)擴(kuò)展數(shù)據(jù)在線功能監(jiān)測(cè)應(yīng)用的方法。

2019年，廣州地鐵率先提出建設(shè)基于1個(gè)軌道交通智能平臺(tái)+ 4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的“1+4”智慧軌道交通體系，全面推進(jìn)線網(wǎng)智慧運(yùn)維新技術(shù)平臺(tái)搭建。2020年，基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算融合應(yīng)用的車(chē)輛檢修智能運(yùn)維系統(tǒng)建成并使用，將車(chē)輛設(shè)備部件的使用壽命和維修成本分別提高25%和降低30%以上，代替了80%的人工檢測(cè)。

2021年底，廣州地鐵依托11號(hào)線發(fā)起城軌交通行車(chē)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施主動(dòng)運(yùn)維系統(tǒng)研究及工程應(yīng)用，利用“智能裝備+大數(shù)據(jù)”搭建智能大修系統(tǒng)，將智能化裝備、數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)集于一體，實(shí)現(xiàn)行車(chē)關(guān)鍵設(shè)備的“智能感知、智能聯(lián)動(dòng)”，有效補(bǔ)充了車(chē)輛感知狀態(tài)的不足，為開(kāi)展車(chē)輛運(yùn)行健康評(píng)估、故障智能診斷及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的運(yùn)維工作奠定良好基礎(chǔ)。

2 地鐵車(chē)輛智能運(yùn)維發(fā)展存在的問(wèn)題

2.1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析的前瞻性不足

2.1.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象及功能有待優(yōu)化

地鐵車(chē)輛是集機(jī)械、電氣及網(wǎng)絡(luò)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，其被監(jiān)測(cè)的部件及功能是依據(jù)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)安全等原則和重要程度來(lái)確定的?，F(xiàn)有的車(chē)輛智能運(yùn)維首要考慮監(jiān)測(cè)的是與安全直接相關(guān)的牽引制動(dòng)、車(chē)門(mén)及電氣等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，但對(duì)走行部等結(jié)構(gòu)復(fù)雜部件的監(jiān)測(cè)內(nèi)容還不明確。此外，智能運(yùn)維系統(tǒng)還與車(chē)輛自身控制系統(tǒng)的部分監(jiān)測(cè)功能相重合，但兩者未建立物理的連接關(guān)系，若能互聯(lián)車(chē)輛控制系統(tǒng)，則在很大程度上能夠節(jié)省監(jiān)測(cè)的成本。

2.1.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)手段亟須革新

車(chē)輛智能運(yùn)維最初的監(jiān)測(cè)方式是在被監(jiān)測(cè)部件附近加裝傳感器，受限于安裝空間及監(jiān)測(cè)技術(shù)滯后，現(xiàn)階段普遍使用紅外線、激光及雷達(dá)等傳感技術(shù)來(lái)檢測(cè)部件以獲取列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)。實(shí)際上，車(chē)輛與鋼軌間振動(dòng)及運(yùn)行環(huán)境惡劣等均會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)裝置自身產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差。而發(fā)展前沿的動(dòng)態(tài)圖像特征識(shí)別、機(jī)器自監(jiān)督學(xué)習(xí)等技術(shù)還不夠成熟，也是制約數(shù)據(jù)采集的重要因素，未來(lái)可以依靠機(jī)器視覺(jué)與圖像識(shí)別等技術(shù)的融合應(yīng)用來(lái)攻克此類(lèi)問(wèn)題。

2.2 數(shù)據(jù)的價(jià)值挖掘及標(biāo)準(zhǔn)化尚在探索階段

2.2.1 數(shù)據(jù)價(jià)值深度有待挖掘

數(shù)據(jù)是車(chē)輛運(yùn)維系統(tǒng)診斷故障的依據(jù)，當(dāng)前的車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集體系的搭建、采集范圍、方式（數(shù)據(jù)采集間隔）及各子系統(tǒng)的功能需求還處于探索階段；缺乏對(duì)車(chē)輛關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)類(lèi)型的篩選（狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)等）及故障數(shù)據(jù)高發(fā)時(shí)段的梳理，以及同類(lèi)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與規(guī)律的分析、跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)匹配的可行性的深入研究，制約其智能化水平的進(jìn)步。

2.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不夠健全

由于車(chē)輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等各類(lèi)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)備制造商、平臺(tái)供應(yīng)商及地鐵公司等實(shí)施主體都缺乏有效的交互和共享，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙車(chē)輛專(zhuān)業(yè)與其他專(zhuān)業(yè)間智能運(yùn)維數(shù)據(jù)的互通互用。各地鐵公司已陸續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、傳輸標(biāo)準(zhǔn)和存儲(chǔ)規(guī)范等開(kāi)展研究工作，逐步規(guī)范數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)解釋和定義。

2.3 系統(tǒng)管理呈分散化狀態(tài)

2.3.1 信息安全管理有待加強(qiáng)

車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)以車(chē)載云平臺(tái)或大數(shù)據(jù)平臺(tái)等為樞紐對(duì)接生產(chǎn)、辦公及外部網(wǎng)絡(luò)，涉及信息安全風(fēng)險(xiǎn)的感知、監(jiān)控、處置及檢查，缺乏專(zhuān)門(mén)的安全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)控，亟須構(gòu)建信息安全綜合防御體系，關(guān)注信息安全防護(hù)。另外，地鐵公司制定的信息安全保護(hù)等級(jí)、制度規(guī)范及管理流程還不夠全面，與法律法規(guī)、企業(yè)管理和信息技術(shù)的契合度不高，未來(lái)要實(shí)現(xiàn)運(yùn)維系統(tǒng)信息安全的態(tài)勢(shì)可視化、預(yù)警自動(dòng)化、流程自動(dòng)化、管理扁平化的目標(biāo)，還需全行業(yè)共同努力，逐步克服。

2.3.2 運(yùn)維系統(tǒng)智能化管理程度不高

車(chē)輛運(yùn)維系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在人員、設(shè)備、工藝和檢測(cè)等方面，普遍存在如下問(wèn)題：（1）對(duì)車(chē)輛及軌旁檢測(cè)設(shè)備的預(yù)警維護(hù)缺乏針對(duì)性；（2）對(duì)車(chē)輛庫(kù)內(nèi)人員進(jìn)出、安全防護(hù)等環(huán)節(jié)的有效管理不到位；（3）檢修結(jié)果與車(chē)輛和軌旁檢測(cè)系統(tǒng)反向驗(yàn)證的過(guò)程未能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。這些問(wèn)題僅靠智能運(yùn)維平臺(tái)難以得到快速解決，更需要通過(guò)有效的管理手段以及各系統(tǒng)間共享的關(guān)聯(lián)信息來(lái)切實(shí)提高車(chē)輛運(yùn)維管理水平。

3 地鐵車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)發(fā)展方向

3.1 優(yōu)化監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，提升生產(chǎn)效能

車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)發(fā)展對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的推動(dòng)作用明顯。（1）要具備以大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等信息化為基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺(tái)，梳理車(chē)輛設(shè)備監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵部件-核心部件-系統(tǒng)級(jí)的架構(gòu)，考慮跨專(zhuān)業(yè)接口的擴(kuò)展，明確要達(dá)到的效果；（2）基于性能監(jiān)測(cè)的柔性運(yùn)維技術(shù)，統(tǒng)籌考慮監(jiān)測(cè)設(shè)備的布置、數(shù)據(jù)傳輸方式、通道、接口，以及各網(wǎng)絡(luò)線路數(shù)據(jù)融合等問(wèn)題；（3）兼顧系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新型、可靠性設(shè)計(jì)，解決好運(yùn)維數(shù)字化構(gòu)建、組件化技術(shù)、信息化分發(fā)、策略化適配的共性問(wèn)題，在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)重視智能化、人性化處理，用互聯(lián)網(wǎng)思維和技術(shù)為運(yùn)維業(yè)務(wù)的開(kāi)展與管理提供良好的拓展應(yīng)用環(huán)境。

3.2 建立標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范智能運(yùn)維管理

在智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，各專(zhuān)業(yè)基本是分離建設(shè)的，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)互通的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)無(wú)法充分發(fā)揮，且存在系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)性弱、“信息孤島”等缺陷，亟須加快完善規(guī)范的智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。

各地鐵公司在推進(jìn)車(chē)輛部件名稱、失效形式、檢修標(biāo)準(zhǔn)值制定方面已取得階段性成果［8］，今后要基于故障告警、故障預(yù)警、壽命評(píng)估等制定車(chē)載及軌旁在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及接口標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)車(chē)輛故障數(shù)據(jù)、故障處理工單、維修信息及備件信息編制設(shè)備臺(tái)賬標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合不同的車(chē)輛類(lèi)型、設(shè)備供應(yīng)商及線路的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用，開(kāi)展管理體系標(biāo)準(zhǔn)、管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，未來(lái)還要持續(xù)推進(jìn)車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)的架構(gòu)及功能標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 專(zhuān)業(yè)融合應(yīng)用，優(yōu)化指導(dǎo)修程

各專(zhuān)業(yè)智能運(yùn)維系統(tǒng)及數(shù)據(jù)建設(shè)相對(duì)孤立，難以跨專(zhuān)業(yè)形成詳細(xì)的車(chē)輛故障運(yùn)維信息。未來(lái)車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)的發(fā)展要考慮與通號(hào)、票務(wù)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)平臺(tái)兼容的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通互用。打破單一的系統(tǒng)架構(gòu)模式，依托云邊端協(xié)同的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)新模式，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)彈性擴(kuò)展和資源動(dòng)態(tài)平衡；基于容器、微服務(wù)等云原生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全面感知、全系統(tǒng)集成、多專(zhuān)業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)、智能場(chǎng)景深度融合，建立全面的能力開(kāi)放體系，支撐產(chǎn)業(yè)生態(tài)化發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

車(chē)輛智能運(yùn)維技術(shù)已進(jìn)入融合發(fā)展階段，運(yùn)維管理亟須形成真正的高效化、信息化和智能化。未來(lái)系統(tǒng)要向通用性方向發(fā)展，需要在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、數(shù)據(jù)融合共享、故障建模算法等方面深入研究。同時(shí)，還需地鐵公司、設(shè)備廠家、系統(tǒng)平臺(tái)供應(yīng)商攜手并進(jìn)，共同推動(dòng)地鐵車(chē)輛智能運(yùn)維系統(tǒng)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-11-20