曾 光，杜 飛，黎新華

（1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通學(xué)院，廣州 510630；2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100034）

0 引言

城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱“城軌”）是城市交通系統(tǒng)中的重要組成部分，也是推進(jìn)城市綠色、智慧、可持續(xù)發(fā)展的重要手段。城軌的智能化發(fā)展對(duì)城軌從業(yè)人員提出了新的更高要求，而城軌實(shí)訓(xùn)中心是培育城軌技能人才的重要場(chǎng)所之一，良好的實(shí)訓(xùn)中心運(yùn)維管理系統(tǒng)能夠提高實(shí)訓(xùn)效率與質(zhì)量、實(shí)訓(xùn)設(shè)備維保效率、實(shí)訓(xùn)中心運(yùn)營(yíng)安全性，并降低運(yùn)維成本，對(duì)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要作用［1］。

隨著城軌智能化的推進(jìn)以及職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)的需求，軌道類高職院校實(shí)訓(xùn)中心面臨著越來(lái)越復(fù)雜的挑戰(zhàn)。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的復(fù)雜度和體量不斷提升，而傳統(tǒng)的管理方式卻未能有效解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備維護(hù)、物資管理、教學(xué)管理、應(yīng)急管理等方面的問(wèn)題。此外，大多數(shù)實(shí)訓(xùn)中心缺乏完備的列車運(yùn)營(yíng)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，管理體系不完善，執(zhí)行手續(xù)不規(guī)范，對(duì)外開(kāi)放程度較低，整體效率低下，實(shí)訓(xùn)質(zhì)量也無(wú)法得到有效監(jiān)控和評(píng)價(jià)［2］?，F(xiàn)有的紙質(zhì)化管理方式已不能滿足實(shí)訓(xùn)中心日益增長(zhǎng)的管理任務(wù)需求，缺乏精細(xì)化管理習(xí)慣，信息化管理手段也欠缺有效監(jiān)控和反饋機(jī)制，無(wú)法提供針對(duì)性的預(yù)警和改進(jìn)建議［3］。

信息化、智能化的管理手段已成為提高實(shí)訓(xùn)中心管理水平的重要趨勢(shì)。本文基于需求分析，將云-邊協(xié)同框架應(yīng)用于城軌實(shí)訓(xùn)中心智能化管理，通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同融合的城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理，以期滿足城軌實(shí)訓(xùn)中心日益復(fù)雜化的管理需求。

1 需求分析

1.1 多專業(yè)的融合協(xié)同

城軌實(shí)訓(xùn)中心通常面向通信信號(hào)、車輛技術(shù)、機(jī)電工程、運(yùn)營(yíng)管理等多個(gè)專業(yè)開(kāi)放，這些專業(yè)之間存在密切的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。單一專業(yè)的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)雖然具有很強(qiáng)的針對(duì)性，但無(wú)法滿足整個(gè)實(shí)訓(xùn)中心的全方位管理需求。因此，為實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同融合，需要采用一個(gè)統(tǒng)一的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，將已有的單一專業(yè)智能運(yùn)維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚整合，實(shí)現(xiàn)智能化管理多個(gè)專業(yè)的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、資源動(dòng)態(tài)更新、教學(xué)數(shù)據(jù)展示、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)操作等功能，從而提高實(shí)訓(xùn)中心管理系統(tǒng)面對(duì)不同環(huán)境、不同需求的適應(yīng)性及系統(tǒng)自身的綜合性［4-5］。

1.2 集成化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

城軌實(shí)訓(xùn)中心的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括實(shí)訓(xùn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)環(huán)境兩個(gè)方面，其中實(shí)訓(xùn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是通過(guò)傳感器、智能運(yùn)維專項(xiàng)子系統(tǒng)等對(duì)各專業(yè)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，包括設(shè)備的電源變化、溫度變化、運(yùn)行數(shù)據(jù)、告警信號(hào)等關(guān)鍵信息；實(shí)訓(xùn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是通過(guò)攝像頭、傳感器等對(duì)實(shí)訓(xùn)中心規(guī)定區(qū)域內(nèi)設(shè)備擺放的整潔度、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的異物入侵、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的人流量以及明火或異味等安全因素的監(jiān)測(cè)。所有數(shù)據(jù)以圖形化、實(shí)景化等方式進(jìn)行展示，方便管理者掌握實(shí)訓(xùn)中心的運(yùn)行狀況，更快地發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行維護(hù)，提高運(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)，與安全監(jiān)控中心、報(bào)警平臺(tái)等構(gòu)建形成應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提高運(yùn)營(yíng)安全性［6-7］。

1.3 智能化的故障預(yù)防

城軌實(shí)訓(xùn)中心主要為實(shí)踐教學(xué)服務(wù)，其中的實(shí)訓(xùn)設(shè)備使用頻率較高，并且大多部分學(xué)生為初學(xué)者或經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)備使用規(guī)范方面得不到很好保證，使得實(shí)訓(xùn)設(shè)備的故障率一直居高不下。對(duì)此，需要通過(guò)對(duì)設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合故障案例庫(kù)、智能分析庫(kù)、維護(hù)手冊(cè)等提高智能化預(yù)判算法精確度的內(nèi)容，建立不同設(shè)備的故障處理體系，并定義對(duì)應(yīng)的故障代碼，形成故障樹(shù)。梳理故障形成的邏輯，有效指引設(shè)備日常預(yù)防性維護(hù)措施的實(shí)施，從而降低實(shí)訓(xùn)設(shè)備故障率和維護(hù)成本，保證實(shí)訓(xùn)設(shè)備的安全和可靠性，進(jìn)而提高實(shí)訓(xùn)效率和質(zhì)量［8］。

1.4 信息化的資源管理

城軌實(shí)訓(xùn)中心的資源管理主要涉及設(shè)備、人力、物料、實(shí)訓(xùn)計(jì)劃等方面。設(shè)備資源管理包括設(shè)備編碼、名稱、型號(hào)、價(jià)格、購(gòu)置時(shí)間、使用部門、年限、責(zé)任人等信息；人力資源管理包括累計(jì)使用人數(shù)、當(dāng)月使用認(rèn)識(shí)、優(yōu)秀實(shí)訓(xùn)成績(jī)、榮譽(yù)表彰等信息；物料資源管理包括物料類別、庫(kù)存數(shù)量、出入庫(kù)記錄、報(bào)廢記錄、領(lǐng)用人、數(shù)量和時(shí)間等信息；實(shí)訓(xùn)計(jì)劃管理包括項(xiàng)目名稱、班級(jí)、時(shí)間、地點(diǎn)、指導(dǎo)老師等信息。信息化的資源管理可方便統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和共享，提高使用和管理效率［9］。

1.5 數(shù)字化的場(chǎng)景輸出

由于經(jīng)費(fèi)、技術(shù)或規(guī)劃等原因，當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)高職院校在城軌實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)方面還存在實(shí)訓(xùn)設(shè)備零散、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)規(guī)模較小、實(shí)訓(xùn)條件不能完全模擬真實(shí)工況等問(wèn)題，而完備真實(shí)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是深化產(chǎn)教融合的重要體現(xiàn)之一。數(shù)字化的場(chǎng)景輸出有別于專項(xiàng)的虛擬仿真系統(tǒng)，其模型及數(shù)據(jù)基于校企合作企業(yè)提供的現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)場(chǎng)景庫(kù)，并能夠根據(jù)不同專業(yè)的不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，提供數(shù)字化的場(chǎng)景輸出接口，與實(shí)訓(xùn)中心真實(shí)設(shè)備連接，形成虛實(shí)聯(lián)動(dòng)，提高實(shí)訓(xùn)的真實(shí)性和可操作性，更好地模擬真實(shí)的城市軌道交通環(huán)境，同時(shí)增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)的可重復(fù)性和可比性，方便教學(xué)管理和評(píng)估［10］。

1.6 多方面的反哺機(jī)制

城軌的數(shù)字化、智能化程度日益提升，為各類業(yè)務(wù)的智能運(yùn)維管理奠定了基礎(chǔ)，廣州地鐵集團(tuán)有限公司、廣州鐵科智控有限公司等均在大力推動(dòng)智能運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，并取得良好成效，這也衍生出智能運(yùn)維管理相關(guān)的崗位需求。城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，應(yīng)該體現(xiàn)當(dāng)前城軌智能運(yùn)維發(fā)展的前沿技術(shù)應(yīng)用與前沿技能要素，在推動(dòng)實(shí)訓(xùn)中心的智能運(yùn)維管理的同時(shí)，此系統(tǒng)本身也能作為智能運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的模塊之一，對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求，反哺實(shí)訓(xùn)教學(xué)。此外，此系統(tǒng)也能夠根據(jù)采集的數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)、建議等信息反饋至系統(tǒng)各單元模塊，促進(jìn)系統(tǒng)各模塊智能化程度的更新進(jìn)步［11］。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 邏輯架構(gòu)

針對(duì)城軌實(shí)訓(xùn)中心的多層次需求，綜合運(yùn)用云計(jì)算、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建了基于云邊協(xié)同架構(gòu)的城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。此系統(tǒng)將云計(jì)算和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，形成一個(gè)分布式的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。云計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。兩者之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交換和共享，從而實(shí)現(xiàn)更快速、更可靠的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用服務(wù)。同時(shí)，云邊協(xié)同架構(gòu)還支持邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的自主決策和任務(wù)分配，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化的服務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景。這種云邊協(xié)同方式的優(yōu)勢(shì)在于能夠充分利用云計(jì)算和邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，同時(shí)降低維護(hù)成本和復(fù)雜度，進(jìn)而提高城軌實(shí)訓(xùn)中心的管理效率和資源利用率，促進(jìn)城軌實(shí)訓(xùn)的智能化和數(shù)字化進(jìn)程［12］。

圖1 城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

在本架構(gòu)中，終端設(shè)備通過(guò)傳感器收集運(yùn)維數(shù)據(jù)后，將其上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)。邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并向終端設(shè)備下發(fā)指令和決策，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)。云數(shù)據(jù)中心接收處理后的數(shù)據(jù)和區(qū)域決策反饋結(jié)果，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和模型訓(xùn)練，并將指令和模型下發(fā)至各邊緣節(jié)點(diǎn)，為相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)提供支持。此外，為滿足城軌實(shí)訓(xùn)中心的環(huán)境管理、物資管理、教學(xué)管理等需求，對(duì)應(yīng)平臺(tái)與云數(shù)據(jù)中心提供直接通信通道，實(shí)現(xiàn)云到端的直接數(shù)據(jù)交互。

2.2 物理架構(gòu)

根據(jù)邏輯架構(gòu)，本系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建實(shí)際的物理架構(gòu)，將各個(gè)子系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)集中到多個(gè)內(nèi)容服務(wù)器上，通過(guò)防火墻、交換機(jī)等傳輸設(shè)備接入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、綜合計(jì)算等功能（見(jiàn)圖2），并最終通過(guò)各種類型的顯示終端，將結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

圖2 城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)物理架構(gòu)

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 技術(shù)路線

基于云-邊協(xié)同的城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理系統(tǒng)，按照“數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)預(yù)處理—數(shù)據(jù)傳輸—數(shù)據(jù)分析—數(shù)據(jù)應(yīng)用”的邏輯，將系統(tǒng)劃分為物理感知層、數(shù)據(jù)匯聚層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層［13］（見(jiàn)圖3）。

圖3 實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維技術(shù)路線

第1 層級(jí)（物理感知層）：主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該層級(jí)使用智能感知技術(shù)對(duì)信號(hào)、車輛、通信、供電、機(jī)電、工務(wù)、環(huán)境等專業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。采集到的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口和傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)匯聚層，從而打破以往各專業(yè)獨(dú)立采集設(shè)備數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)孤島的局面。

第2 層級(jí)（數(shù)據(jù)匯聚層）：由多個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各專業(yè)設(shè)備及實(shí)訓(xùn)中心環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知。邊緣節(jié)點(diǎn)向上連接云計(jì)算中心，向下接入各專業(yè)終端設(shè)備的感知系統(tǒng)和實(shí)訓(xùn)中心環(huán)境感知系統(tǒng)，并利用云中心下移的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力及系統(tǒng)功能，進(jìn)行邊緣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。通過(guò)邊緣節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)評(píng)估、故障診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，我們能夠?qū)K端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面管理和控制。

第3 層級(jí)（網(wǎng)絡(luò)傳輸層）：主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和流轉(zhuǎn)。該層級(jí)可提供不同的數(shù)據(jù)信息傳輸方式，以滿足不同的傳輸需求，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路，鏈接不同空間位置的多種專業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)中心運(yùn)維數(shù)據(jù)的集中共享，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性，增強(qiáng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性。

第4 層級(jí)（數(shù)據(jù)處理層）：整個(gè)智能運(yùn)維系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能?；谠七厖f(xié)同架構(gòu)，該層級(jí)和以邊緣計(jì)算為核心的數(shù)據(jù)匯聚層在資源共享、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)體系、功能應(yīng)用等方面實(shí)現(xiàn)全面協(xié)同，并在故障案例、維護(hù)手冊(cè)、應(yīng)急方案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐下，通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、數(shù)字孿生等信息技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析處理，并生成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。而基于數(shù)據(jù)模型的分析結(jié)果，可以針對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的評(píng)估、故障診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)等工作，進(jìn)而保障整個(gè)運(yùn)維系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

第5 層級(jí)（業(yè)務(wù)應(yīng)用層）：基于大量的運(yùn)維數(shù)據(jù)，通過(guò)云邊協(xié)同架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維系統(tǒng)的頂層應(yīng)用功能。該層級(jí)包括6 個(gè)平臺(tái)，分別是實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、健康管理、應(yīng)急管理、物資管理和教學(xué)管理，這些平臺(tái)能夠提供全方位的數(shù)據(jù)支持和可視化服務(wù)，是城軌實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與展示。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 智能感知技術(shù)

智能感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各專業(yè)設(shè)備的全覆蓋智能感知和數(shù)據(jù)采集，以及各專業(yè)終端感知設(shè)備的實(shí)時(shí)評(píng)估、故障診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能。在本系統(tǒng)中，智能感知技術(shù)主要應(yīng)用于第1 層級(jí)的物理感知層，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。智能感知技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)城軌實(shí)訓(xùn)中心各專業(yè)設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，并將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)匯聚層，從而為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供充足的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［14］。

3.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是指用于管理數(shù)據(jù)的一組技術(shù)，包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、組織、訪問(wèn)和維護(hù)等方面。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以幫助本系統(tǒng)有效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速訪問(wèn)、查詢和分析。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要應(yīng)用于第2 層級(jí)的數(shù)據(jù)匯聚層和第5 層級(jí)的業(yè)務(wù)應(yīng)用層。在數(shù)據(jù)匯聚層，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要用于對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和管理，保證數(shù)據(jù)的可靠性、完整性和安全性，同時(shí)為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供所需的數(shù)據(jù)支持；在業(yè)務(wù)應(yīng)用層，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)管理和分析，例如對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、健康狀況、故障信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查詢、統(tǒng)計(jì)、分析和可視化展示，為運(yùn)維人員提供決策支持和指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)行效率和穩(wěn)定性［15］。

3.2.3 云-邊協(xié)同技術(shù)

云-邊協(xié)同技術(shù)是指云計(jì)算和邊緣計(jì)算之間的協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和分析的高效和實(shí)時(shí)性。在本系統(tǒng)中，云-邊協(xié)同技術(shù)主要應(yīng)用于第2 層級(jí)的數(shù)據(jù)匯聚層和第4 層級(jí)的數(shù)據(jù)處理層。本系統(tǒng)通過(guò)云-邊協(xié)同技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接入、匯聚、處理、分析、離線存儲(chǔ)等工作，并生成相關(guān)數(shù)據(jù)模型下發(fā)至邊緣節(jié)點(diǎn)，用于及時(shí)更新邊緣側(cè)模型，實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)設(shè)備的快速響應(yīng)。同時(shí)，通過(guò)云-邊協(xié)同技術(shù)，本系統(tǒng)的邊緣節(jié)點(diǎn)可以向云計(jì)算中心請(qǐng)求分配計(jì)算和存儲(chǔ)資源，在邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、融合、存儲(chǔ)、處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估、故障診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)［16］。

3.2.4 故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)

預(yù)測(cè)與健康管理（Prognostics Health Management，PHM）技術(shù)是一種基于數(shù)據(jù)分析、建模和預(yù)測(cè)算法，通過(guò)對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)其健康狀況的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。PHM 技術(shù)可以幫助本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、維護(hù)計(jì)劃優(yōu)化、降低運(yùn)維成本等目標(biāo)。在本系統(tǒng)中，PHM技術(shù)被應(yīng)用于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和預(yù)測(cè)，并結(jié)合邊緣計(jì)算、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理，同時(shí)利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，建立設(shè)備的預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)［17］。

3.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)可以支持微信端小程序、手機(jī)端APP、電腦端應(yīng)用軟件等多種推送方式，并且可以和實(shí)訓(xùn)中心的VR設(shè)備一體化聯(lián)動(dòng)（見(jiàn)圖4）。

圖4 實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維演示系統(tǒng)

3.3.1 數(shù)據(jù)匯聚與處理功能

在本系統(tǒng)中，可以通過(guò)傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等信息，并將這些數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)匯聚層，再利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理。在處理過(guò)程中，本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其滿足數(shù)據(jù)分析的要求。同時(shí)，本系統(tǒng)采用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和分析，提取數(shù)據(jù)特征，并生成預(yù)測(cè)模型和健康評(píng)估模型，用于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)和健康評(píng)估。通過(guò)數(shù)據(jù)匯聚與處理功能，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、預(yù)警預(yù)報(bào)等功能，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能

在本系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能是通過(guò)多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。首先，在數(shù)據(jù)匯聚層中，本系統(tǒng)采集并處理了大量的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等信息，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并作出相應(yīng)響應(yīng)。其次，在業(yè)務(wù)應(yīng)用層中，本系統(tǒng)通過(guò)PHM 技術(shù)，對(duì)設(shè)備的健康狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和診斷，并通過(guò)預(yù)警功能提供及時(shí)的預(yù)警和預(yù)報(bào)。此外，本系統(tǒng)還結(jié)合了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析和挖掘，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.3.3 故障診斷與預(yù)測(cè)功能

在本系統(tǒng)中，故障診斷與預(yù)測(cè)功能通過(guò)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的故障診斷模型和預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)。這些模型基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，并通過(guò)與已有模型的比對(duì)，及時(shí)識(shí)別故障并進(jìn)行預(yù)測(cè)。在故障發(fā)生時(shí)，本系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送警報(bào)信息并提供相應(yīng)的解決方案，幫助運(yùn)維人員快速診斷和修復(fù)故障，提高設(shè)備維修效率。此外，通過(guò)對(duì)故障數(shù)據(jù)的收集和分析，本系統(tǒng)還可以自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少故障率和維修成本。

3.3.4 健康管理與評(píng)估功能

本系統(tǒng)通過(guò)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，使用PHM算法進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和診斷，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的健康狀況，并向運(yùn)維人員提供預(yù)警和預(yù)測(cè)結(jié)果，以便及時(shí)采取措施防止故障發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。此外，本系統(tǒng)還可以基于PHM算法對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康評(píng)估，為運(yùn)維人員提供設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)的建議。健康管理與評(píng)估功能的實(shí)現(xiàn)，可以提高設(shè)備的可靠性和安全性，減少維修和更換成本，提高設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和性能。

3.3.5 應(yīng)急管理與響應(yīng)功能

在本系統(tǒng)中，應(yīng)急管理與響應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)，是在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)還能夠自動(dòng)判斷和分析設(shè)備異常情況，并快速響應(yīng)。當(dāng)本系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備出現(xiàn)故障或預(yù)警信號(hào)時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，及時(shí)通知相關(guān)人員并采取必要的措施，以保障設(shè)備運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。并且在應(yīng)急事件發(fā)生后，本系統(tǒng)將提供快速的應(yīng)急響應(yīng)管理功能，包括預(yù)案管理、事件響應(yīng)、應(yīng)急處置、評(píng)估反饋等環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別事件類型，根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)案自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急處置流程，并對(duì)處置效果進(jìn)行評(píng)估和反饋，以提高應(yīng)急響應(yīng)效率和效果。

3.3.6 教學(xué)管理與服務(wù)功能

在本系統(tǒng)中，具體教學(xué)管理與服務(wù)功能包括：實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理，即通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)的管理和分析，對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，提高教學(xué)質(zhì)量和效果；教學(xué)資源管理，即對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源進(jìn)行管理和調(diào)度，包括設(shè)備、教材、工具等，為教學(xué)活動(dòng)提供保障；學(xué)習(xí)效果評(píng)估，即通過(guò)對(duì)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)的分析和處理，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估和分析，為教學(xué)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持；教學(xué)服務(wù)支持，即為學(xué)生和教師提供實(shí)訓(xùn)教學(xué)相關(guān)的服務(wù)和支持，包括實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的維護(hù)和管理、教學(xué)指導(dǎo)和咨詢等；教學(xué)信息共享，即通過(guò)數(shù)據(jù)共享和交流，促進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源和經(jīng)驗(yàn)的共享和交流，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

3.4 應(yīng)用價(jià)值

基于云-邊協(xié)同架構(gòu)、多專業(yè)協(xié)同融合的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理系統(tǒng)對(duì)于提高城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心的信息化管理水平，促進(jìn)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高具有重要意義，并具有多重的應(yīng)用價(jià)值。首先，本系統(tǒng)為城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心提供了高效、智能的運(yùn)維管理工具，使得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、健康狀況等得以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè)。這不僅有助于提高設(shè)備維修效率，也能有效減少故障帶來(lái)的損失。其次，本系統(tǒng)在應(yīng)急管理方面提供了強(qiáng)大的支持，能夠及時(shí)預(yù)警并響應(yīng)突發(fā)情況，從而保障設(shè)備運(yùn)行安全和穩(wěn)定性，避免了可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果。此外，本系統(tǒng)還具備多專業(yè)融合協(xié)同的優(yōu)勢(shì)，能夠整合各個(gè)專業(yè)的知識(shí)和技術(shù)，從而更加全面、準(zhǔn)確地進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)和管理。這一特點(diǎn)對(duì)于軌道交通行業(yè)而言尤為重要，因?yàn)樵撔袠I(yè)的設(shè)備種類繁多、涉及多個(gè)領(lǐng)域，需要多方面的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行維護(hù)和管理。最后，本系統(tǒng)還為教學(xué)活動(dòng)提供了數(shù)據(jù)支持和管理服務(wù)，能夠提高教學(xué)質(zhì)量和效率。這一點(diǎn)對(duì)于軌道交通行業(yè)的人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)楦哔|(zhì)量的教學(xué)能夠培養(yǎng)出更加專業(yè)、能力更強(qiáng)的人才。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著智能時(shí)代的到來(lái)，實(shí)訓(xùn)中心的智能化管理已經(jīng)成為必然趨勢(shì)?；谠?邊協(xié)同結(jié)構(gòu)、多專業(yè)協(xié)同融合的城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心智能運(yùn)維管理系統(tǒng)集成了六大平臺(tái)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、健康管理、應(yīng)急管理、物資管理和教學(xué)管理平臺(tái)，解決了多平臺(tái)重復(fù)建設(shè)、各專業(yè)彼此封閉、設(shè)備故障監(jiān)控不足等問(wèn)題，為城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心的信息化、智能化管理水平提高，提供了全新思路。

城市軌道交通實(shí)訓(xùn)中心的智能化管理對(duì)技能人才培養(yǎng)質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)前，智能化運(yùn)維系統(tǒng)尚處于初步發(fā)展階段，多專業(yè)間的深度協(xié)同融合、設(shè)備故障的智能分析、邊緣計(jì)算和云平臺(tái)技術(shù)等方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)，本系統(tǒng)的發(fā)展，面臨著同樣的挑戰(zhàn)。然而，隨著新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，我們將緊跟新技術(shù)的發(fā)展步伐，通過(guò)不斷實(shí)踐與優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)更為通用、高效的實(shí)訓(xùn)中心智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)。