程中國 歐曙光

（青島地鐵集團(tuán)有限公司，山東青島 266035）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與文明的發(fā)展，人們對城市交通設(shè)施的需求更加強(qiáng)烈，各項(xiàng)要求也有了提高，且交通設(shè)施的完善能夠提高城市經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的活力。因此，建設(shè)智慧城軌與智慧運(yùn)維平臺，能夠推動(dòng)城市交通的現(xiàn)代化與智能化，為城市各項(xiàng)活動(dòng)運(yùn)行提供保障，促進(jìn)城市的進(jìn)一步發(fā)展。

1 智慧城軌構(gòu)建藍(lán)圖

智慧城軌就是將城市交通與大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等高端技術(shù)進(jìn)行融合，在具體城市軌道交通建設(shè)過程中，將城市交通線路與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)對交通環(huán)境、交通基礎(chǔ)設(shè)施以及乘客等多項(xiàng)信息的全面感知，并根據(jù)交通運(yùn)行過程中周邊的實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)營服務(wù)管理模式的創(chuàng)新，提高城市軌道交通的安全性，加快軌道交通運(yùn)行的效率，推動(dòng)智慧型城市交通建設(shè)的發(fā)展。智慧城軌的建設(shè)相當(dāng)于列車具有“自主思考”的能力，不僅具備正常場景下的自動(dòng)喚醒、自動(dòng)出庫、正線自動(dòng)運(yùn)行、終點(diǎn)站自動(dòng)清客、自動(dòng)折返、自動(dòng)回庫、自動(dòng)洗車、自動(dòng)休眠等一系列新功能，還能在一些特殊場景下提供安全保障和遠(yuǎn)程控制功能，包括實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障復(fù)位、遠(yuǎn)程開/關(guān)車門、遠(yuǎn)程車輛廣播、自動(dòng)故障扣車、列車運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測、乘客緊急對講、自動(dòng)調(diào)用視頻監(jiān)控等功能。節(jié)省人力成本、提高運(yùn)營效率的同時(shí)，還具有更高的列車運(yùn)行安全性。

智慧城軌的發(fā)展面向的是整體城市交通行業(yè)，因此智慧城軌必須緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，推進(jìn)軌道交通的信息化、智慧化，加大軌道交通與現(xiàn)代技術(shù)的融合力度，逐步構(gòu)建高度集成的城軌云端大數(shù)據(jù)平臺。

2 智慧運(yùn)維

智慧運(yùn)維是以操作人員的知識以及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，與大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，將智慧運(yùn)維平臺與實(shí)際運(yùn)維情況相適應(yīng)，承擔(dān)城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)工作，進(jìn)而提高城市軌道交通的運(yùn)行效率與質(zhì)量。智慧運(yùn)維具的優(yōu)點(diǎn)：統(tǒng)一管理，在設(shè)備智慧運(yùn)維管理平臺上進(jìn)行統(tǒng)一管理，自動(dòng)記錄和保存設(shè)備和運(yùn)維日志；可擴(kuò)展性，設(shè)備智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)采用云存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量高，可擴(kuò)展性強(qiáng)；運(yùn)行維護(hù)效率，利用大數(shù)據(jù)算法，人工檢查必須在幾小時(shí)內(nèi)完成，智能化協(xié)助運(yùn)行維護(hù)可在幾秒鐘內(nèi)完成，錯(cuò)誤率較低，協(xié)助運(yùn)行維護(hù)人員高效檢查，提高運(yùn)行維護(hù)效率；智能告警，通過告警數(shù)據(jù)概要?dú)w并、KPI 相關(guān)度計(jì)算等，實(shí)現(xiàn)海量告警的智能應(yīng)對；智能異常檢測，依據(jù)平臺的智能算法，智慧運(yùn)維可自動(dòng)判斷各類指標(biāo)異常與否，無需用戶手動(dòng)設(shè)定監(jiān)控閾值；智能決策分析，當(dāng)多維數(shù)據(jù)集指定目標(biāo)字段的臨界點(diǎn)后，自動(dòng)定位到影響最大的組合，實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)[1]。

智慧運(yùn)維實(shí)現(xiàn)智能化操作和維護(hù)，根據(jù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控能力，完成各領(lǐng)域的智能化、數(shù)字化。建立監(jiān)督管理精細(xì)化的數(shù)據(jù)中心運(yùn)維平臺，彌補(bǔ)過去廣泛管理存在的不足，為推動(dòng)數(shù)據(jù)中心智慧運(yùn)維和支持業(yè)務(wù)運(yùn)營提供保障。

3 智慧城軌發(fā)展趨勢下的智慧運(yùn)維應(yīng)用

3.1 智慧巡檢

智慧城軌發(fā)展趨勢下，提高城軌建設(shè)運(yùn)行的質(zhì)量與效率，實(shí)現(xiàn)對城市軌道交通各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管理，降低故障的發(fā)生概率，當(dāng)存在故障隱患時(shí)，智慧運(yùn)維平臺能夠及時(shí)定位故障部位，利用智慧運(yùn)維平臺及時(shí)處理，確保城市軌道交通的高效運(yùn)行。

智慧巡檢是智慧運(yùn)維工作的重要內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)對城市軌道交通車站及站內(nèi)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)、質(zhì)量等各個(gè)方面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保設(shè)備保持良好的待命狀態(tài)，避免設(shè)備在應(yīng)用過程中出現(xiàn)故障，為城市軌道交通安全運(yùn)行負(fù)責(zé)。智慧巡檢是基于三維BIM 模型，結(jié)合日常巡檢工作，用三維虛擬仿真技術(shù)對巡檢信息進(jìn)行同步展示，對巡檢過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行跟蹤處理，更好地提升日常巡檢效率，完善巡檢人員的管理工作。智慧巡檢工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控各類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)并有效記錄，及時(shí)將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)平臺，為后續(xù)工作人員的巡檢工作提供數(shù)據(jù)參考[2]。

智慧巡檢的應(yīng)用讓工作人員的工作考核、核查等變得更簡便、有序，可以減少人力與時(shí)間成本，提高管理效率；工作人員憑借智慧巡檢系統(tǒng)能夠提高信息填報(bào)的完整度，豐富信息填報(bào)內(nèi)容，只需簡單幾個(gè)步驟即可快速完成巡查項(xiàng)填報(bào)、照片拍攝等，確保數(shù)據(jù)真實(shí)、規(guī)范，且信息數(shù)據(jù)時(shí)效性及巡查作業(yè)效率獲得保障，有效推動(dòng)智慧巡檢工作的信息化進(jìn)程；智慧巡檢系統(tǒng)帶有GIS 功能，迅速建立城市軌道交通的巡檢、搶修、監(jiān)護(hù)等業(yè)務(wù)所關(guān)注的GIS 信息庫，管理人員及巡檢工作人員均可利用智慧巡檢系統(tǒng)快速瀏覽軌道交通線路周邊的地理信息，為現(xiàn)場搶修、日常維護(hù)、管網(wǎng)巡檢、施工監(jiān)護(hù)等提供快捷有效的決策支撐；智慧巡檢系統(tǒng)讓各項(xiàng)監(jiān)控信息的調(diào)取與查閱更加便捷，工作人員能夠?qū)崟r(shí)在線進(jìn)行各設(shè)備信息的檢查與更新，并且軌道交通各個(gè)單位工作人員還可以將一些工程現(xiàn)場照片、施工圖紙導(dǎo)入智慧巡檢系統(tǒng)，工作人員可以在智慧巡檢系統(tǒng)中獲得更多交通線路相關(guān)信息，提高資源利用率；工作人員利用自動(dòng)或者手動(dòng)計(jì)劃模塊，可以智能生成日常、重?；蛱匮灿?jì)劃，實(shí)現(xiàn)巡檢作業(yè)網(wǎng)絡(luò)化部署。工作人員可以利用智慧巡檢系統(tǒng)進(jìn)行交通基礎(chǔ)設(shè)施的線下巡檢，利用手機(jī)端智慧巡檢App 自動(dòng)實(shí)時(shí)上傳巡檢軌跡及照片等信息，如發(fā)現(xiàn)隱患或可疑事件可通過手機(jī)實(shí)時(shí)上報(bào)，智慧運(yùn)維平臺的管理人員能夠?qū)崟r(shí)接收并處理隱患上報(bào)、處理整改等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步制定巡檢工作的動(dòng)態(tài)輸出巡線軌跡、隱患地圖、巡視到位率統(tǒng)計(jì)表等；在巡視、搶修現(xiàn)場，工程人員可使用智慧巡檢系統(tǒng)App 在線調(diào)閱相關(guān)文檔資料，不用攜帶一堆紙質(zhì)文檔資料到現(xiàn)場，提高交通設(shè)施的運(yùn)行效率，提升巡檢工作的質(zhì)量。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)建

智慧運(yùn)維系統(tǒng)由智能巡檢與環(huán)境監(jiān)測兩部分構(gòu)成，智能巡檢工作是利用巡檢機(jī)器人對軌道交通設(shè)施的行走軌跡以及點(diǎn)位進(jìn)行預(yù)先設(shè)定與監(jiān)督，將所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、分析與整理，并及時(shí)傳送到各區(qū)域服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控交通設(shè)施存在故障隱患時(shí)，智慧運(yùn)維系統(tǒng)能夠指揮機(jī)器人進(jìn)行設(shè)施預(yù)處理，為維修人員的設(shè)備維修提供時(shí)間。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)利用具有特殊功能的攝像設(shè)備以及環(huán)境溫度、濕度傳感設(shè)備，對設(shè)施停放區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，確保設(shè)施儲(chǔ)存區(qū)域環(huán)境的合理，為工作人員的智能巡檢工作提供數(shù)據(jù)參考[3]。

（1）智慧巡檢系統(tǒng)能夠滿足工作人員的計(jì)劃巡檢與手動(dòng)遙控巡檢工作。計(jì)劃巡檢工作是工作人員在利用機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作之前，對機(jī)器人的工作內(nèi)容、工作計(jì)劃進(jìn)行完善，確保機(jī)器人能夠自主、準(zhǔn)確地完成預(yù)定的巡檢工作，為工作人員的后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)支持。手動(dòng)遙控監(jiān)控是指交通基礎(chǔ)設(shè)施或者周邊環(huán)境存在異常情況時(shí)，工作人員通過對巡檢機(jī)器人的操控，讓機(jī)器人快速到達(dá)設(shè)施異常位置，利用先進(jìn)技術(shù)對異常情況進(jìn)行分析，并將分析與整理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街腔垩矙z系統(tǒng)，工作人員可以利用數(shù)據(jù)分析制定故障處理的方案，提高故障處理效率。工作人員還可以建設(shè)設(shè)施故障數(shù)據(jù)庫，將機(jī)器人傳輸回來的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進(jìn)行對比，提高設(shè)施故障處理的針對性，分析故障出現(xiàn)的原因并制定相應(yīng)的防范措施，降低交通基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障的概率。（2）環(huán)境溫度與濕度監(jiān)測系統(tǒng)，利用紅外測溫設(shè)備實(shí)時(shí)采集設(shè)施表面以及環(huán)境的溫度變化，利用紅外線探測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對設(shè)施異常情況的有效監(jiān)測，減少智慧運(yùn)維工作人員的工作量，確保對交通基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；利用環(huán)境濕度監(jiān)測設(shè)備監(jiān)督設(shè)施儲(chǔ)存區(qū)域的濕度，當(dāng)濕度指標(biāo)超過合理范圍時(shí)，該設(shè)備自動(dòng)采取相應(yīng)的措施降低環(huán)境濕度，為設(shè)施的儲(chǔ)存創(chuàng)造適宜的環(huán)境。

智慧運(yùn)維平臺還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的安全維護(hù)，防止不法人員的入侵，集中管理城市軌道交通的運(yùn)行。防止不法人員的入侵主要通過高清攝像機(jī)對設(shè)施儲(chǔ)存以及運(yùn)維管理工作區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督，當(dāng)除了工作人員以外的人出現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，攝像機(jī)與智慧運(yùn)維平臺相連接，向工作人員發(fā)出警報(bào)，確保智慧運(yùn)維平臺中的信息安全。集中管理工作是智慧運(yùn)維平臺對所有監(jiān)控的集中操作，全面掌握城市軌道交通運(yùn)行狀況，有效實(shí)現(xiàn)對智慧巡檢工作的計(jì)劃與開展[4]。

3.3 能耗管理

智慧城軌建設(shè)過程中，能源消耗問題不可避免，帶來了環(huán)境污染、建設(shè)成本增加等問題。為了降低智慧城軌建設(shè)的能源與成本消耗，需要利用智慧運(yùn)維系統(tǒng)將各個(gè)施工設(shè)備與節(jié)能控制系統(tǒng)相聯(lián)系，利用智慧運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境變化情況等，及時(shí)調(diào)整施工建設(shè)的策略，降低施工建設(shè)過程中的能源消耗，還可以降低施工難度，提高智慧城軌的建設(shè)效率。

智慧運(yùn)維平臺將智慧城軌建設(shè)過程中的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并建立相應(yīng)的能源利用模型，工作人員針對模型數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行深入分析，深入了解建設(shè)過程中能源消耗問題，針對不合理的能源消耗部分開展研究，實(shí)現(xiàn)對能源消耗問題的精細(xì)化管理[5]。此外，智慧運(yùn)維平臺通過對智慧城軌各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集整理與分析，結(jié)合環(huán)保節(jié)能的原則與乘客舒適度的各項(xiàng)要求，將整理的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到智慧巡檢管理系統(tǒng)，調(diào)整部分參數(shù)，提高數(shù)據(jù)控制的智能化。例如，通過定時(shí)控制或者聯(lián)動(dòng)控制等，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)變化報(bào)表，為管理人員制定決策提供數(shù)據(jù)信息支持，降低各項(xiàng)施工設(shè)備的能源消耗。

3.4 故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)搭建

該系統(tǒng)是利用傳感器采集數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析并預(yù)測監(jiān)控設(shè)施的健康狀況、故障頻發(fā)區(qū)域與周期、故障的發(fā)生、監(jiān)控管理設(shè)施的狀態(tài)，達(dá)到自主保障、自主診斷的要求，提高工作人員各項(xiàng)決策的科學(xué)性；監(jiān)督各項(xiàng)設(shè)施的質(zhì)量檢查、運(yùn)行監(jiān)督與維護(hù)、基礎(chǔ)組件的配置等工作，控制智慧城軌建設(shè)與管理的成本，發(fā)揮故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)的價(jià)值。該系統(tǒng)的建設(shè)與完善是利用各種算法與模型找到故障的表象與故障根本原因之間的聯(lián)系，推算故障發(fā)生的根本原因并確定故障發(fā)生的部位，對故障出現(xiàn)的征兆和趨勢進(jìn)行跟蹤，對未來可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測，提前制定故障維修方案，調(diào)配維修資源，提高故障維修方案的完整度[6]。該系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用能夠減少城市軌道設(shè)施建設(shè)的成本，提高運(yùn)營效率與安全性，確保城市軌道交通運(yùn)行品質(zhì)的提升，為乘客提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，為相關(guān)部門帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

該系統(tǒng)具有幾點(diǎn)優(yōu)勢：管理設(shè)施運(yùn)行的生命周期支持多種數(shù)據(jù)獲取方式，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、半實(shí)物數(shù)據(jù)仿真、數(shù)字仿真、離線數(shù)據(jù)等；具有大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算平臺與大數(shù)據(jù)治理功能；具有大數(shù)據(jù)智能分析功能，支持故障預(yù)警模型、故障診斷模型等；提供數(shù)據(jù)可視化顯示功能。

3.5 數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用

數(shù)字孿生技術(shù)包括三維可視化、預(yù)測性分析與全生命周期。例如，地鐵的智慧運(yùn)維需要注意人流量監(jiān)測、控制與環(huán)境監(jiān)測等內(nèi)容，滿足乘客舒適度的需求，確保地鐵的運(yùn)行安全，為乘客的人身安全提供保障。傳統(tǒng)地鐵運(yùn)行監(jiān)控利用自動(dòng)化管理與控制系統(tǒng)，大量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與分析需要工作人員花費(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行整理，工作效率較低，影響環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化。三維可視化是利用3D 建模建立數(shù)據(jù)變化的立體模型，將地鐵車站的建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)等展示在建模中，呈現(xiàn)一個(gè)虛擬仿真的環(huán)境，工作人員利用3D 模型開展數(shù)據(jù)分析，評估地鐵的最大客流量，優(yōu)化地鐵的各個(gè)系統(tǒng)，提高地鐵環(huán)境的舒適度，擴(kuò)大地鐵的乘客容量[7]；預(yù)測性分析是對環(huán)境變化進(jìn)行預(yù)測的能力。如，利用傳感設(shè)備監(jiān)督地鐵環(huán)境中存在的安全隱患、監(jiān)督乘客是否存在身體不舒適、計(jì)算地鐵各項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)施運(yùn)行的能耗等，為地鐵運(yùn)行工作的開展提供數(shù)據(jù)參考；全生命周期是將智慧軌道建設(shè)整體階段以及后續(xù)運(yùn)行階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集與整理，提高數(shù)據(jù)監(jiān)控的整體性，在地鐵運(yùn)行過程中能夠及時(shí)監(jiān)督各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化，了解是否存在設(shè)施故障與老化等問題，提高設(shè)施維修效率，提高地鐵的效率與安全性，降低地鐵設(shè)施的維修成本。

4 結(jié)語

智慧城軌建設(shè)背景下，提高智慧運(yùn)維平臺的建設(shè)速度，加強(qiáng)現(xiàn)代技術(shù)的利用，讓城市軌道交通運(yùn)行更加智能，推進(jìn)城市交通設(shè)施的完善，逐步構(gòu)建城市交通的網(wǎng)絡(luò)化，促使居民出行更加便利，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)文明的發(fā)展。