多专业融合的地铁智慧运维平台研究

发布时间：2021-12-31

　　摘 要：随着地铁进入数字化时代，智慧运维成为行业热点。文章从多专业融合、跨专业应用角度出发，介绍深圳地铁智慧运维平台的构建模式及功能，提出存在的问题及发展建议。分析结论认为多专业融合的地铁智慧运维系统能够帮助运维人员实现地铁设备全寿命周期管理，保证设备运行健康安全，提高运维效率，提升资产价值。

　　关键词：地铁;智慧运维;多专业融合;智慧车站;供电系统

　　1 引言

　　随着全国各地地铁线网运营规模的快速扩张，设备数量迅速增加，设备维护任务越发繁重，地铁设备运维所面临的挑战和矛盾也不断出现，具体体现在监控信息不全面、联动功能少、自动巡检手段缺失、数据定义流向不准确 [1] 等方面。云计算、大数据和 5G 通信技术进入技术成熟期，为智慧运维提供了良好的数据存储、分析及通信条件，智慧运维逐步成为解决上述矛盾、打造智慧交通的必然发展方向。对关键设备设施进行全寿命周期的健康监测和故障智能诊断预警及成本分析，也成为业界普遍关注的热点 [2]。国内北京 [3]、上海 [4]、广州 [5]、宁波 [6]、南宁 [7] 等城市地铁公司均对智慧运维进行了研究，提出了不同的解决方案。本文从多专业融合、跨专业应用角度出发，依托大数据、云计算等技术，以设备全寿命周期管理、保证设备运行健康安全、提高运维效率、提升资产价值为目的，提出一种多专业融合的智慧地铁综合运维系统。

　　2 智慧运维平台构建原则及架构

　　深圳市地铁集团有限公司(以下简称“深圳地铁”)以机场站、深云站为试点，搭建具备融合“车站智慧服务、智慧车站管理、设备智慧运维、车站智慧巡检”等功能的智慧车站数字平台(图 1)，整合智慧施工、智慧票务、视频分析、设备健康度分析等应用，实时提供车站全场景动态信息服务，实现客流监控分析、运营风险预警、人员设备定位监控、事件处置辅助决策等功能。

　　智慧运维是智慧车站的核心版块，深圳地铁基于运营组织架构及设备系统管控模式，在云平台及大数据平台架构下，按照集团级、中心级、就地级 3 个层级构建深圳地铁智慧运维平台，以统一的数据存储、数据分析、时空定位和无线传输网络技术规划智慧运维平台架构，打通各信息孤岛，实现各专业数据互联互通和业务主动关联 [8]。

　　中心级的智慧运维平台包含车辆、供电、票务等模块，围绕智慧检测、健康管理、智慧检修方向进行建设。其中，智慧检测要求建立全感知体系，实现人员行为、设备状态趋势分析及预测;健康管理要求构建专家系统，在设备状态趋势分析基础上，实现设备主动运维管理，具备故障预判、寿命预警功能，主动指导维修;智慧检修要求实现人机器化向机器人化过渡，通过人员轨迹监控、作业过程指导，实现人工作业标准化。研究图像异常诊断技术应用，探索用机器辅助指导重复、不稳定的人工作业。

　　按照上述统一原则，深圳地铁基于供电系统的多专业融合智慧运维平台，以全面监测和检测为基础，建立变电、接触网、轨道、桥隧、房建多专业的智慧运维平台，协同生产管理系统，通过全寿命周期的闭环管理，实现智慧化的分析决策及跨专业全流程的综合应用。智慧运维平台架构如图 2 所示，其网络结构如图 3 所示。该平台在设备房、车站、线路、中心系统设置不同级别的运维终端，通过中心数据交互，将分别部署在不同网络的全流程多专业系统互联互通，借助成熟的技术架构，为多专业综合运维管理提供技术支持。

　　3 多专业融合智慧运维平台功能

　　3.1 多专业监控、检测和智慧分析

　　智慧运维平台以变电所监控系统为基本出发点，整合接触网、轨道、桥隧、房建等多专业的检测和监测数据，实现全面监控和检测。

　　变电所监控主要包含电力监控系统及设备房辅助监控(图 4)，通过视频、红外、开关动作特性、局放、气体浓度测量(氧气、六氟化硫)、感温测量等装置进行在线监测，融合电力监控系统采集数据，实现变电所设备及环境的全息感知。采用标准化数据接口和传输协议，具备自动巡检、智慧报表、定值管理等功能。电力监控系统数据显示和报警可以联动视频，增加了巡检可视化内容，解决了监测盲点，提高了数据采集和报警可靠性。

　　在运维现场，接触网、轨道、桥隧、房建等相关专业通常已经部署好各自专业的监控、检测仪器和设备，并掌握了大量的数据，如接触网拉出值、导高、磨耗、燃弧，轨道轨距、高程、轨向、正矢、三角坑、磨耗，桥隧及房建沉降量、水平移位、裂纹、渗漏水等。通过将各专业采集数据以标准的数据接口进行整合处理并展示，实现信息集中和操作统一。通过运用阈值分析、趋势分析、融合分析手段进行数据深度分析。结合离线数据分析和实时监测报警，实现设备故障、缺陷的报警提示和管理，为运营主动维护提供数据支持和决策指导。

　　3.2 全生命周期设备管理

　　将设备基础履历、设计运行限值、质量评价指标等静态数据，以及监控系统、生产管理系统生成的监测、故障缺陷、试验记录、检修台账、维修经历等动态数据，通过统一的设备模型建立全寿命周期的设备管理数据总仓。在静态数据基础上自动汇聚业务过程的全方位动态数据，实现设备信息全维度的查询统计及运维全过程的历史数据管理，从而为全流程的生产管理、各种智慧应用和跨专业的综合应用提供数据支撑，实现设备全寿命周期标准化管理。

　　3.3 全流程协同生产管理

　　通常在首条运营线路建成之初，运维部门就已经部署好诸如施工管理系统、安全生产系统、资产管理系统等运维管理和支持系统。这些系统通常由各责任部门主导开发，往往是各自孤立的系统，相互之间的数据无法互联和共享，导致很多关联业务需要在不同的系统中进行重复操作、效率降低，同时也无法快速实现生产流程上全过程数据的综合展示和应用。

　　通过针对性的接口开发，打通各中心级智慧运维平台与既有施工管理、安全管理、资产管理等各类系统，实现各系统数据的互联和共享，整合各部门业务，实现全流程协同生产管理和综合应用。例如，以数据总仓中设备全寿命周期数据档案为基础，结合检修周期，实现年度检修计划的智慧排程，防止漏修、过修。此外，也可结合实时的缺陷报警、故障预测和设备健康指数评估，实现缺陷维修、抢修和预防维修的智慧排程，及时处理故障，提高效率。

　　3.4 跨专业的智慧分析决策和综合应用

　　系统以设备基础数据、在线监测数据、故障缺陷记录、检修试验记录、值班日志等全寿命周期数据为基础，通过将零散的数据关联分析、专题分析和融合分析，对设备当前健康状态进行评估，得到设备健康状态和健康分值，以总维修成本最低和系统整体可靠性最高为优化目标，系统化地制定维修决策，以提高维修价值。

　　在数据监测分析时，系统采用专业内的越限分析、状态分析，横向、纵向综合分析，实现跨专业的智慧分析决策。例如，结合接触网故障信号和变电所跳闸信号，判断故障范围;通过分析轨道平顺度检测和接触网导高监测数据，综合判定弓网关系;结合隧道沉降、变形监测、接触网、轨道几何参数，对隧道结构状态进行推论。

　　4 存在问题及建议

　　智慧运维是一项系统工程，从专业上讲，涉及供电、车辆 [9]、机电、通信 [10]、信号 [11]、票务 [12] 等各专业设备系统;从空间上讲，涉及车站 [13]、区间、车辆基地 [14]、控制中心等各类场所;从时间上讲，涉及规划、设计、施工 [15]、运营、改造等各个阶段。各设备系统、各场所基本都建立了独立的维护子系统来采集本专业的设备信息，并建立了与设备系统对应的管理组织架构。在构建智慧运维系统时，如果前期不统筹做好顶层架构规划，部署统一的无线传输网络、统一的定位系统、统一的数据存储及分析平台，就没有办法实现各个生产系统的完全融合，发挥智慧运维的最大作用。深圳地铁基于维修中心管辖的设备设施系统，进行了以供电系统为基础的多专业融合的智慧运维系统构建的尝试。下一步将以所有设备系统共建统一平台为目标，采用云计算技术架构进行平台建设，建立统一生产大数据系统，以期实现更大范围的数据共享和更全面的智慧应用。

　　5 结语

　　智慧运维目前已经是地铁业界内的热门话题，关于各个专业系统内的智慧运维应该实现的功能以及实现方法已经有广泛的讨论和应用。笔者认为，智慧运维的理想目标是搭建一个覆盖各设备系统状态感知、资产管理、维保业务的多专业融合的系统，将生产与管理相结合，进行多专业的综合应用和跨专业的智慧分析，实现全流程维修管理，最终助力地铁运维实现全息感知、融合共享、效益驱动和主动安全的愿景。——论文作者：蒲晓斌，侯文军 

　　参考文献

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　　[3] 孙振海，房金萍，李光，等 . 北京地铁供电运行安全生产智能管理系统的研究及应用 [J]. 城市轨道交通研究，2020，23(10)：157-161.

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