王楠

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)的不斷應(yīng)用，自動化、信息化、數(shù)字化、智能化將成為地鐵車輛運維的重要發(fā)展方向。文章分析了目前地鐵車輛運維現(xiàn)狀及發(fā)展，指出以實現(xiàn)智能化運維需要解決的問題，并結(jié)合既有模式，對其系統(tǒng)組成的概念、過程及存在的問題進行闡述。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;智能運維系統(tǒng)

前言：

隨著我國軌道交通行業(yè)迅速發(fā)展，在軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施方面的投入也在不斷加大，同時對城市軌道交通的安全性、可靠性，網(wǎng)絡(luò)化、智能化的要求也越來越高。伴隨著國家“十三五”先進軌道交通戰(zhàn)略的推進，軌道交通運維智能化與健康管理被標(biāo)定為行業(yè)發(fā)展新方向。如何在保證城市軌道交通安全性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化，最大限度的節(jié)省人力、物力，節(jié)省設(shè)備資源成為了城市交通行業(yè)亟待解決的問題。

1. 地鐵車輛智能化運維發(fā)展現(xiàn)狀

軌道交通行業(yè)車輛系統(tǒng)由牽引、制動、輔助、列車網(wǎng)絡(luò)等多個子系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口通過MVB總線實現(xiàn)，并由列車控制單元（VCU單元）集中對外進行接口管理，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口關(guān)系如圖1所示。

這種系統(tǒng)接口架構(gòu)可以實現(xiàn)車輛子系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，狀態(tài)數(shù)據(jù)互通，列車控制單元（VCU）能夠通過與各子系統(tǒng)間的接口數(shù)據(jù)實現(xiàn)功能控制和故障診斷的重要作用。目前MVB總線在車輛自動控制實現(xiàn)上發(fā)揮著重要的作用。

隨著智能化技術(shù)的日漸發(fā)展，城市軌道交通的智能化運維發(fā)展趨勢已然形成，智能化運維也成為地鐵車輛系統(tǒng)技術(shù)更新的內(nèi)驅(qū)動力。智能化運維是結(jié)合運維技術(shù)、車輛設(shè)備技術(shù)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)遠程車輛實時監(jiān)測、車輛狀態(tài)診斷及故障定位，輸出維修建議、并與檢修作業(yè)聯(lián)動管理的系統(tǒng)。它不僅可以改善車輛檢修依靠人員以往經(jīng)驗的現(xiàn)象，還可以不斷積累運維數(shù)據(jù)、開發(fā)智能專家系統(tǒng)，最終實現(xiàn)智能運維決策、達到故障預(yù)測與健康管理的功能。

2. 地鐵車輛智能化運維系統(tǒng)組成

智能化運維平臺總體架構(gòu)設(shè)計分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用層。平臺通過車地通信傳輸接收車輛TCMS或其他子系統(tǒng)的實時或離線數(shù)據(jù)，依托數(shù)據(jù)中心，采用大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，經(jīng)過一系列綜合診斷分析，以各種報表圖形或信息推送的形式向用戶展示分析結(jié)果。并建立專家知識庫，針對診斷出的車輛故障將給出專家建議處理措施。因此，智能化運維的實現(xiàn)需要解決數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)四個問題。

2.1數(shù)據(jù)采集

采集數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智能化運維的首要工作，它的本質(zhì)是“以運營各級調(diào)度的角度向設(shè)備獲得數(shù)據(jù)”。運營調(diào)度包含行車調(diào)度、車場調(diào)度、電調(diào)、環(huán)調(diào)和檢修調(diào)度等，主要面向地鐵運行、設(shè)備管理、調(diào)度管理、維修管理和狀態(tài)管理工作。

為滿足各級運營調(diào)度的數(shù)據(jù)需求，智能化運維系統(tǒng)應(yīng)用軌旁和車載監(jiān)測設(shè)備采集各系統(tǒng)運行的狀態(tài)，它們通過豐富的傳感技術(shù)獲取圖像、聲音、電信號、磁信號、脈沖、震動等各種不同形式的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運營調(diào)度的數(shù)據(jù)需求。這些數(shù)據(jù)以不同格式、不同通訊協(xié)議接入運維支持平臺。

運營調(diào)度對車輛系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求主要有以下兩類：

一是實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，地鐵車輛各系統(tǒng)的運行狀態(tài)通過實時數(shù)據(jù)進行定量表征，在既有的系統(tǒng)設(shè)計中，含MCU控制單元的系統(tǒng)能夠通過采集電壓、電流等電信號表征電路狀態(tài)，例如牽引系統(tǒng)可通過采集電壓電流信號定量表征逆變器運行狀態(tài)、電機的啟動狀態(tài)、牽引電機的轉(zhuǎn)速和力矩值、接觸器狀態(tài)等，但對于不含MCU控制單元的系統(tǒng)則無法做到實時獲取定量狀態(tài)，如轉(zhuǎn)向架狀態(tài)、弓網(wǎng)狀態(tài)、異物檢測結(jié)果等，針對這樣的系統(tǒng)，可以借助既有具備控制單元的系統(tǒng)采樣傳感器進行檢測，或者單獨將這些新需求根據(jù)功能集成起來，單獨設(shè)計系統(tǒng)進行檢測，如走行部檢測系統(tǒng)、司機眼系統(tǒng)等新系統(tǒng)。有人駕駛線路中，列車各系統(tǒng)狀態(tài)由司機全面掌握，運營調(diào)度只能通過與司機溝通才可獲得列車牽引制動能力。在智能化運維和全自動運行項目中，列車的實時狀態(tài)只能由運營調(diào)度中心掌握，這兩種模式的差異不僅僅是數(shù)據(jù)呈現(xiàn)對象的改變，更是數(shù)據(jù)采集量和數(shù)據(jù)種類成倍增加的變化。在有人駕駛模式下，當(dāng)列車出現(xiàn)抖動、異響、間隙檢查、人員疏散和異物檢查等情況時應(yīng)由司機判斷和處置，但在無人駕駛模式下，這些情況的判斷非常困難，為盡可能地替代司機，列車需要增加更多的傳感器和技術(shù)來獲取車輛數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能化控制。

二是診斷數(shù)據(jù)，子系統(tǒng)通過采樣獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)原理對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行邏輯判斷，形成故障診斷信息，從使用者（運營調(diào)度）的視角出發(fā)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是“無意義”的，因為使用者需要非常清楚系統(tǒng)原理，才能明白基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代表的真實意義，以受電弓受流網(wǎng)壓為例，牽引系統(tǒng)通過電壓傳感器實時獲取網(wǎng)壓值，這種網(wǎng)壓值對于使用者來說就是無意義的，診斷工作就是賦予數(shù)據(jù)意義，從而對使用者形成指導(dǎo)意見，例如通過設(shè)定正常網(wǎng)壓范圍，設(shè)計網(wǎng)壓超限的邏輯，最終為運營組織提供決策依據(jù)。各子系統(tǒng)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)形成診斷數(shù)據(jù)的另一個目的還在于為系統(tǒng)保護提供數(shù)據(jù)，子系統(tǒng)診斷出故障信息或異常信息后，根據(jù)系統(tǒng)原理評估故障嚴(yán)重性和影響，進行適當(dāng)?shù)谋Ｗo。

子系統(tǒng)采樣獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過診斷賦予數(shù)據(jù)意義后，會上傳至管理系統(tǒng)進行更綜合的診斷工作。以車輛系統(tǒng)為例，牽引、輔助、空調(diào)等系統(tǒng)作為采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)，可直接與底層設(shè)備（牽引電機、逆變器、空調(diào)壓縮機等）交互， TCMS系統(tǒng)是管理系統(tǒng)，將各子系統(tǒng)發(fā)送的接口數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行整車狀態(tài)的診斷。從某種意義上說，管理系統(tǒng)是更高級、更綜合的子系統(tǒng)，并且可分為整車級、線路級和線網(wǎng)級等類型。

2.2數(shù)據(jù)傳輸

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被采集后，需要通過各種組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，其中，MVB總線具備數(shù)據(jù)傳輸功能，但面對更加豐富多樣、來源更加復(fù)雜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，MVB協(xié)議已不能滿足其傳輸任務(wù)，因此，車輛將需要更多的傳輸通道和協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸工作應(yīng)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型，從運營調(diào)度的需求出發(fā)，車輛系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可分兩類，一是文本數(shù)據(jù)，二是多媒體數(shù)據(jù)。文本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量小，信息純度高，系統(tǒng)對文本數(shù)據(jù)的實時性具有較高的要求，列車的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)多以文本數(shù)據(jù)形式。多媒體數(shù)據(jù)包括視頻、圖片、聲音和振動等，數(shù)據(jù)量大，信息純度低，輔助檢測系統(tǒng)多采用這類數(shù)據(jù)。車輛系統(tǒng)主要通過信號LTE通道和車載通信WLAN通道兩種通道傳輸數(shù)據(jù)，前者主要作為行車相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸通道，數(shù)據(jù)帶寬較小，數(shù)據(jù)安全性和可靠性較高，后者作為視頻、圖像數(shù)據(jù)的傳輸通道，數(shù)據(jù)帶寬較大，可靠性和安全性較低。

2.3數(shù)據(jù)整合

在智能化運維模式下，車輛專業(yè)需要打通系統(tǒng)間數(shù)據(jù)開放通道，理想情況下的運維系統(tǒng)應(yīng)能夠共享子系統(tǒng)和各級管理系統(tǒng)內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)。

一般情況下，子系統(tǒng)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并非全部可靠，在既有模式下，TCMS系統(tǒng)下各級子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性較高，能夠使用數(shù)據(jù)來表征該系統(tǒng)狀態(tài)，其他管理系統(tǒng)也能夠可靠地使用子系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)進行信息診斷。但在智能化運維模式下，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更加多樣化，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)不具備較高的可靠性。以圖像信號為例，車載設(shè)備通過攝像頭獲取弓網(wǎng)關(guān)系、客室客流狀態(tài)、軌道異常、障礙物和門間異物等數(shù)據(jù)，通過圖像識別算法進行數(shù)據(jù)分析，盡管智能化程度較高，但服務(wù)于安全相關(guān)地鐵車輛運行，可靠性仍然不夠，因此整合系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時，需要考慮數(shù)據(jù)的可靠性問題，若基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足夠可靠，根據(jù)整合數(shù)據(jù)做出的診斷信息可靠性也不會太高。為避免診斷信息給運營調(diào)度帶來信息誤導(dǎo)，診斷工作必須充分結(jié)合數(shù)據(jù)可靠性進行，若信息診斷依據(jù)的數(shù)據(jù)可靠性非常高，則診斷信息可以是“某系統(tǒng)發(fā)生了某事件”，若信息診斷依據(jù)的數(shù)據(jù)可靠性較低，則診斷信息可以是“某系統(tǒng)很有可能發(fā)生了某事件”，也許這種信息不是運營調(diào)度最需要的，但這僅僅只是一種對于不完全可靠數(shù)據(jù)的使用策略，除此之外還有很多其他的策略，例如對于可靠性僅有50%的數(shù)據(jù)，可通過兩種獨立系統(tǒng)分別采集診斷，通過投票的方式提高數(shù)據(jù)可靠度。

智能化運維模式的可用性極大程度上依賴于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，所以各系統(tǒng)需要為數(shù)據(jù)的有效性負(fù)責(zé)，不斷提高采集數(shù)據(jù)的可靠度和準(zhǔn)確度是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)，可以有效避免由于提供“錯誤信息”帶來的決策誤導(dǎo)。

2.4數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

如何將系統(tǒng)內(nèi)的診斷信息呈現(xiàn)給運營調(diào)度是智能化運維系統(tǒng)設(shè)計的最后環(huán)節(jié)，基于運營調(diào)度面向線路級甚至線網(wǎng)級的運營情況，數(shù)據(jù)量是非常龐大的。智能化運維系統(tǒng)和運營調(diào)度之間的人機界面需結(jié)合運營調(diào)度的行車組織規(guī)定和崗位職責(zé)進行設(shè)計，一是使用豐富的圖元呈現(xiàn)列車各系統(tǒng)的運行狀態(tài)，降低人機信息傳遞的難度和時間成本，二是對系統(tǒng)功能做合理切分和分離，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)契合運營調(diào)度思維結(jié)構(gòu)，降低運營調(diào)度操作的時間成本。

3. 結(jié)束語

本文基于對城市軌道交通車輛的智能運維的現(xiàn)狀的分析及行業(yè)發(fā)展的需求，提出構(gòu)建地鐵車輛智能運維系統(tǒng)需要解決的問題，為智能化運維系統(tǒng)的發(fā)展提供了建設(shè)性意見?！督煌ㄟ\輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》指出：推進交通運輸“互聯(lián)網(wǎng)+”，要求充分利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)交通運輸業(yè)，在這種態(tài)勢下，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)集成平臺等新技術(shù)快速發(fā)展，對既有車輛系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型形成倒逼事態(tài)，地鐵車輛是行車運營組織的重要組成部分，智能化運維系統(tǒng)的實現(xiàn)也推動著軌道交通車輛發(fā)展的信息化進程。

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