程中國 歐曙光

（青島地鐵集團有限公司，山東青島 266035）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟與文明的發(fā)展，人們對城市交通設施的需求更加強烈，各項要求也有了提高，且交通設施的完善能夠提高城市經(jīng)濟運行的活力。因此，建設智慧城軌與智慧運維平臺，能夠推動城市交通的現(xiàn)代化與智能化，為城市各項活動運行提供保障，促進城市的進一步發(fā)展。

1 智慧城軌構(gòu)建藍圖

智慧城軌就是將城市交通與大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等高端技術(shù)進行融合，在具體城市軌道交通建設過程中，將城市交通線路與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)對交通環(huán)境、交通基礎設施以及乘客等多項信息的全面感知，并根據(jù)交通運行過程中周邊的實際情況進行自動調(diào)控，實現(xiàn)交通運營服務管理模式的創(chuàng)新，提高城市軌道交通的安全性，加快軌道交通運行的效率，推動智慧型城市交通建設的發(fā)展。智慧城軌的建設相當于列車具有“自主思考”的能力，不僅具備正常場景下的自動喚醒、自動出庫、正線自動運行、終點站自動清客、自動折返、自動回庫、自動洗車、自動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程控制功能，包括實現(xiàn)遠程故障復位、遠程開/關(guān)車門、遠程車輛廣播、自動故障扣車、列車運行狀態(tài)在線監(jiān)測、乘客緊急對講、自動調(diào)用視頻監(jiān)控等功能。節(jié)省人力成本、提高運營效率的同時，還具有更高的列車運行安全性。

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代發(fā)展步伐，推進軌道交通的信息化、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 智慧運維

智慧運維是以操作人員的知識以及運維經(jīng)驗為基礎，與大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，將智慧運維平臺與實際運維情況相適應，承擔城市交通系統(tǒng)的運行與維護工作，進而提高城市軌道交通的運行效率與質(zhì)量。智慧運維具的優(yōu)點：統(tǒng)一管理，在設備智慧運維管理平臺上進行統(tǒng)一管理，自動記錄和保存設備和運維日志；可擴展性，設備智慧運維管理系統(tǒng)采用云存儲，存儲容量高，可擴展性強；運行維護效率，利用大數(shù)據(jù)算法，人工檢查必須在幾小時內(nèi)完成，智能化協(xié)助運行維護可在幾秒鐘內(nèi)完成，錯誤率較低，協(xié)助運行維護人員高效檢查，提高運行維護效率；智能告警，通過告警數(shù)據(jù)概要歸并、KPI 相關(guān)度計算等，實現(xiàn)海量告警的智能應對；智能異常檢測，依據(jù)平臺的智能算法，智慧運維可自動判斷各類指標異常與否，無需用戶手動設定監(jiān)控閾值；智能決策分析，當多維數(shù)據(jù)集指定目標字段的臨界點后，自動定位到影響最大的組合，實現(xiàn)快速修復[1]。

智慧運維實現(xiàn)智能化操作和維護，根據(jù)強大的數(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)督管理精細化的數(shù)據(jù)中心運維平臺，彌補過去廣泛管理存在的不足，為推動數(shù)據(jù)中心智慧運維和支持業(yè)務運營提供保障。

3 智慧城軌發(fā)展趨勢下的智慧運維應用

3.1 智慧巡檢

智慧城軌發(fā)展趨勢下，提高城軌建設運行的質(zhì)量與效率，實現(xiàn)對城市軌道交通各個系統(tǒng)的實時管理，降低故障的發(fā)生概率，當存在故障隱患時，智慧運維平臺能夠及時定位故障部位，利用智慧運維平臺及時處理，確保城市軌道交通的高效運行。

智慧巡檢是智慧運維工作的重要內(nèi)容，可以實現(xiàn)對城市軌道交通車站及站內(nèi)各項基礎設施狀態(tài)、質(zhì)量等各個方面的實時監(jiān)控，確保設備保持良好的待命狀態(tài)，避免設備在應用過程中出現(xiàn)故障，為城市軌道交通安全運行負責。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)對巡檢信息進行同步展示，對巡檢過程中出現(xiàn)的異常情況進行跟蹤處理，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時監(jiān)控各類設備的運行數(shù)據(jù)并有效記錄，及時將數(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)能夠提高信息填報的完整度，豐富信息填報內(nèi)容，只需簡單幾個步驟即可快速完成巡查項填報、照片拍攝等，確保數(shù)據(jù)真實、規(guī)范，且信息數(shù)據(jù)時效性及巡查作業(yè)效率獲得保障，有效推動智慧巡檢工作的信息化進程；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)護等業(yè)務所關(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、管網(wǎng)巡檢、施工監(jiān)護等提供快捷有效的決策支撐；智慧巡檢系統(tǒng)讓各項監(jiān)控信息的調(diào)取與查閱更加便捷，工作人員能夠?qū)崟r在線進行各設備信息的檢查與更新，并且軌道交通各個單位工作人員還可以將一些工程現(xiàn)場照片、施工圖紙導入智慧巡檢系統(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；工作人員利用自動或者手動計劃模塊，可以智能生成日常、重?；蛱匮灿媱?，實現(xiàn)巡檢作業(yè)網(wǎng)絡化部署。工作人員可以利用智慧巡檢系統(tǒng)進行交通基礎設施的線下巡檢，利用手機端智慧巡檢App 自動實時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實時上報，智慧運維平臺的管理人員能夠?qū)崟r接收并處理隱患上報、處理整改等數(shù)據(jù)信息，進一步制定巡檢工作的動態(tài)輸出巡線軌跡、隱患地圖、巡視到位率統(tǒng)計表等；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，提高交通設施的運行效率，提升巡檢工作的質(zhì)量。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)建

智慧運維系統(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器人對軌道交通設施的行走軌跡以及點位進行預先設定與監(jiān)督，將所有監(jiān)控數(shù)據(jù)實時傳輸、分析與整理，并及時傳送到各區(qū)域服務器，實現(xiàn)交通基礎設施的實時監(jiān)控，當監(jiān)控交通設施存在故障隱患時，智慧運維系統(tǒng)能夠指揮機器人進行設施預處理，為維修人員的設備維修提供時間。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)利用具有特殊功能的攝像設備以及環(huán)境溫度、濕度傳感設備，對設施停放區(qū)域的環(huán)境進行動態(tài)監(jiān)測，確保設施儲存區(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劃巡檢與手動遙控巡檢工作。計劃巡檢工作是工作人員在利用機器人進行巡檢工作之前，對機器人的工作內(nèi)容、工作計劃進行完善，確保機器人能夠自主、準確地完成預定的巡檢工作，為工作人員的后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)支持。手動遙控監(jiān)控是指交通基礎設施或者周邊環(huán)境存在異常情況時，工作人員通過對巡檢機器人的操控，讓機器人快速到達設施異常位置，利用先進技術(shù)對異常情況進行分析，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設施故障數(shù)據(jù)庫，將機器人傳輸回來的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行對比，提高設施故障處理的針對性，分析故障出現(xiàn)的原因并制定相應的防范措施，降低交通基礎設施出現(xiàn)故障的概率。（2）環(huán)境溫度與濕度監(jiān)測系統(tǒng)，利用紅外測溫設備實時采集設施表面以及環(huán)境的溫度變化，利用紅外線探測技術(shù)實現(xiàn)對設施異常情況的有效監(jiān)測，減少智慧運維工作人員的工作量，確保對交通基礎設施狀態(tài)進行實時監(jiān)控；利用環(huán)境濕度監(jiān)測設備監(jiān)督設施儲存區(qū)域的濕度，當濕度指標超過合理范圍時，該設備自動采取相應的措施降低環(huán)境濕度，為設施的儲存創(chuàng)造適宜的環(huán)境。

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

3.3 能耗管理

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

智慧運維平臺將智慧城軌建設過程中的能源消耗數(shù)據(jù)進行整合，并建立相應的能源利用模型，工作人員針對模型數(shù)據(jù)內(nèi)容進行深入分析，深入了解建設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，實現(xiàn)對能源消耗問題的精細化管理[5]。此外，智慧運維平臺通過對智慧城軌各項數(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，通過定時控制或者聯(lián)動控制等，自動生成數(shù)據(jù)變化報表，為管理人員制定決策提供數(shù)據(jù)信息支持，降低各項施工設備的能源消耗。

3.4 故障預測與健康管理系統(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)分析并預測監(jiān)控設施的健康狀況、故障頻發(fā)區(qū)域與周期、故障的發(fā)生、監(jiān)控管理設施的狀態(tài)，達到自主保障、自主診斷的要求，提高工作人員各項決策的科學性；監(jiān)督各項設施的質(zhì)量檢查、運行監(jiān)督與維護、基礎組件的配置等工作，控制智慧城軌建設與管理的成本，發(fā)揮故障預測與健康管理系統(tǒng)的價值。該系統(tǒng)的建設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)的征兆和趨勢進行跟蹤，對未來可能發(fā)生的故障進行預測，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)與應用能夠減少城市軌道設施建設的成本，提高運營效率與安全性，確保城市軌道交通運行品質(zhì)的提升，為乘客提供優(yōu)質(zhì)的服務，為相關(guān)部門帶來顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。

該系統(tǒng)具有幾點優(yōu)勢：管理設施運行的生命周期支持多種數(shù)據(jù)獲取方式，包括實時數(shù)據(jù)采集、半實物數(shù)據(jù)仿真、數(shù)字仿真、離線數(shù)據(jù)等；具有大數(shù)據(jù)存儲計算平臺與大數(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)應用

數(shù)字孿生技術(shù)包括三維可視化、預測性分析與全生命周期。例如，地鐵的智慧運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，確保地鐵的運行安全，為乘客的人身安全提供保障。傳統(tǒng)地鐵運行監(jiān)控利用自動化管理與控制系統(tǒng)，大量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與分析需要工作人員花費很多時間進行整理，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)、通風與空調(diào)系統(tǒng)等展示在建模中，呈現(xiàn)一個虛擬仿真的環(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)化地鐵的各個系統(tǒng)，提高地鐵環(huán)境的舒適度，擴大地鐵的乘客容量[7]；預測性分析是對環(huán)境變化進行預測的能力。如，利用傳感設備監(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、計算地鐵各項系統(tǒng)設施運行的能耗等，為地鐵運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整體階段以及后續(xù)運行階段的數(shù)據(jù)進行全面收集與整理，提高數(shù)據(jù)監(jiān)控的整體性，在地鐵運行過程中能夠及時監(jiān)督各項數(shù)據(jù)變化，了解是否存在設施故障與老化等問題，提高設施維修效率，提高地鐵的效率與安全性，降低地鐵設施的維修成本。

4 結(jié)語

智慧城軌建設背景下，提高智慧運維平臺的建設速度，加強現(xiàn)代技術(shù)的利用，讓城市軌道交通運行更加智能，推進城市交通設施的完善，逐步構(gòu)建城市交通的網(wǎng)絡化，促使居民出行更加便利，促進社會經(jīng)濟文明的發(fā)展。