軌道交通中信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用和維護(hù)

那 杰

（西安中鐵軌道交通有限公司，陜西西安 710000）

1 信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)主要功能

IOM 智能運(yùn)維系統(tǒng)功能分為基礎(chǔ)功能和可選功能兩類。基礎(chǔ)功能不依賴于高級(jí)功能。

基礎(chǔ)功能包括：全景圖。提供頂層的運(yùn)維數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、展示運(yùn)營(yíng)可靠度、故障數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)安全數(shù)據(jù)和維護(hù)工作量數(shù)據(jù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)。提供各系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)維數(shù)據(jù)和報(bào)警的顯示、存儲(chǔ)和分析；提供歷史數(shù)據(jù)的調(diào)取和分析預(yù)測(cè)；設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告等功能。數(shù)據(jù)分析。提供故障場(chǎng)景的數(shù)據(jù)分析和展示，對(duì)故障數(shù)據(jù)模型進(jìn)行管理和迭代，對(duì)數(shù)據(jù)的規(guī)律和趨勢(shì)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量分析。

可選功能包括。專家系統(tǒng)：對(duì)報(bào)警和故障提出維修建議，并針對(duì)實(shí)際維護(hù)/維修的故障定位和維修步驟對(duì)維修建議進(jìn)行更新優(yōu)化?？梢酝ㄟ^(guò)BIM、3D、5G 和AR 等技術(shù)由專家對(duì)一線運(yùn)維人員進(jìn)行賦能，提高運(yùn)維效率，提供AR 遠(yuǎn)程協(xié)作、基于3D 的培訓(xùn)指導(dǎo)和配置管理功能。

1.1 全景圖

全景圖一般用于在大屏上展現(xiàn)，集中展示線網(wǎng)級(jí)頂層統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)線網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)維數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)和故障統(tǒng)計(jì)等信息進(jìn)行總體的評(píng)價(jià)和展示。全景圖由多個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)區(qū)域組合構(gòu)成，每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域顯示不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容。顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源應(yīng)該與客戶要求保持一致。應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的過(guò)濾，允許客戶手工輸入。幾個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域可以進(jìn)行排列組合。全景圖應(yīng)包含如下數(shù)據(jù)區(qū)域。

1.1.1 線網(wǎng)圖

展示各線路以站點(diǎn)為單位的故障狀態(tài)。狀態(tài)分為故障和預(yù)警，分不同顏色顯示。當(dāng)重要故障發(fā)生時(shí)，線網(wǎng)圖中相應(yīng)位置站點(diǎn)圖標(biāo)會(huì)進(jìn)行閃動(dòng)提示，便于運(yùn)維人員快速發(fā)現(xiàn)線網(wǎng)中的故障。當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到閃動(dòng)站點(diǎn)，提示框會(huì)提示故障的簡(jiǎn)介。鼠標(biāo)點(diǎn)擊后會(huì)跳轉(zhuǎn)到詳細(xì)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)頁(yè)面進(jìn)行故障數(shù)據(jù)的詳細(xì)呈現(xiàn)。

1.1.2 運(yùn)營(yíng)可靠度

系統(tǒng)提供管理界面進(jìn)行數(shù)據(jù)的人工輸入，包括5分鐘晚點(diǎn)次數(shù)、15分鐘晚點(diǎn)、清客和道岔故障次數(shù)等。可以按線路、時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.1.3 平均故障間隔里程MDBF

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)平均故障里程，形成折線圖展示、對(duì)比、預(yù)測(cè)，同時(shí)提供管理界面進(jìn)行數(shù)據(jù)的人工輸入，可以按線路、時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.1.4 告警趨勢(shì)分析

提供故障告警統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)曲線，以及基于歷史數(shù)據(jù)的故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)曲線，按線路、時(shí)間、子系統(tǒng)類型和告警等級(jí)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.1.5 設(shè)備健康度

對(duì)設(shè)備健康度進(jìn)行評(píng)估、分析和展示，按線路、時(shí)間、子系統(tǒng)類型、健康狀態(tài)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.1.6 告警提醒

按照故障類型和級(jí)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。鼠標(biāo)點(diǎn)擊可以進(jìn)入詳細(xì)的故障報(bào)警查看和處理頁(yè)面。

1.1.7 安全運(yùn)營(yíng)信息

常見(jiàn)需要的當(dāng)前時(shí)間、安全運(yùn)營(yíng)天數(shù)、安全運(yùn)營(yíng)公里數(shù)等相關(guān)運(yùn)營(yíng)安全信息。

1.2 維修指揮

系統(tǒng)協(xié)助運(yùn)維人員組織高效的搶修，快速克服故障，避免對(duì)運(yùn)營(yíng)造成影響。

告警發(fā)生后，由維護(hù)人員對(duì)告警進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)于需要進(jìn)行人工維修的故障，系統(tǒng)會(huì)利用生產(chǎn)管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)備品、物資、值班人員、應(yīng)急人員的快速定位，并利用故障分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障原因的智能診斷，并提供維修指導(dǎo)建議。

生產(chǎn)管理模塊根據(jù)報(bào)警信息自動(dòng)創(chuàng)建工單，工單內(nèi)容應(yīng)自動(dòng)填入。工單內(nèi)容包括時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備類型、設(shè)備ID、報(bào)警內(nèi)容、維修建議、物資及備品備件位置、應(yīng)急人員位置等。維修建議包括可能原因、維護(hù)方法、影響范圍、發(fā)生次數(shù)。維修人員可以根據(jù)需要修改工單內(nèi)容，并派發(fā)給選定的應(yīng)急人員處理。

應(yīng)急人員根據(jù)工單領(lǐng)取物資和備件，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。維修結(jié)束后需在工單中記錄實(shí)際維修步驟，并關(guān)閉工單。系統(tǒng)會(huì)對(duì)工單中填寫(xiě)的實(shí)際維修記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)維修建議庫(kù)進(jìn)行更新。

最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警的跟蹤處理，根據(jù)不同的問(wèn)題參與者，按預(yù)定規(guī)則自動(dòng)傳遞文檔、任務(wù)信息，通過(guò)信息化流程手段實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的閉環(huán)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備日志等海量數(shù)據(jù)的跨專業(yè)深度的統(tǒng)計(jì)和分析。根據(jù)預(yù)置的分析模型對(duì)故障場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)警、定位、數(shù)據(jù)展示、回放和觸發(fā)工單。每種故障有一種或多種各個(gè)維度的分析模型對(duì)應(yīng)，可以不斷迭代進(jìn)行完善。

分析手段主要包括：統(tǒng)計(jì)分析、專項(xiàng)分析和預(yù)測(cè)模型分析。挖掘設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)備工作環(huán)境、設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)備出廠質(zhì)量、設(shè)備維護(hù)質(zhì)量、設(shè)備劣化曲線的關(guān)系。建立不同服役環(huán)境、不同設(shè)備老化狀態(tài)、不同設(shè)備缺陷情況下的設(shè)備中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)評(píng)估及預(yù)測(cè)模型。

1.3.1 ATC數(shù)據(jù)分析

（1）信標(biāo)丟失。通過(guò)采集車載ATC 報(bào)告的信標(biāo)丟失、丟失原因，分析軌道信標(biāo)性能，以及車載TI接收器性能是否有減弱趨勢(shì)。包括：信標(biāo)丟失次數(shù)與列車ID 相關(guān)性、信標(biāo)丟失次數(shù)與信標(biāo)ID 相關(guān)性、列車ID 與信標(biāo)ID 相關(guān)性、不同列車信標(biāo)丟失次數(shù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)、不同信標(biāo)被丟失次數(shù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)。

（2）列車丟失定位。通過(guò)ATS 報(bào)告的列車丟失定位的位置、車載ATC 報(bào)告的信標(biāo)丟失和丟失原因，分析列車丟失定位與列車ID、列車位置以及丟定位原因的特征關(guān)系。常見(jiàn)的分析方式：列車丟定位次數(shù)與列車ID 相關(guān)性、不同列車丟定位次數(shù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)、列車丟定位原因統(tǒng)計(jì)。

（3）停準(zhǔn)設(shè)備故障。通過(guò)車載ATC 報(bào)告的停準(zhǔn)失敗、失敗原因，結(jié)合ATS 報(bào)告的列車位置、目標(biāo)站臺(tái)等信息，分析停準(zhǔn)故障與列車ID、列車位置和故障原因的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及系統(tǒng)整體停準(zhǔn)精度的分析。包括：停準(zhǔn)設(shè)備故障次數(shù)與列車ID 相關(guān)性、不同列車未停準(zhǔn)次數(shù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)、停準(zhǔn)設(shè)備故障的原因統(tǒng)計(jì)。

（4）列車超速。通過(guò)車載ATC 系統(tǒng)報(bào)告的列車超速、超速原因、車輛牽引相應(yīng)情況，結(jié)合ATS 報(bào)告的列車位置信息，分析定位超速原因。

（5）輪徑校準(zhǔn)。通過(guò)車載ATC 報(bào)告的輪徑校準(zhǔn)情況、校準(zhǔn)失敗的原因，并結(jié)合列車位置進(jìn)行分析。預(yù)測(cè)出輪徑變化趨勢(shì)，定位校準(zhǔn)失敗的原因。

（6）車地?zé)o線通信丟失。通過(guò)ATS 報(bào)告的車載通信丟失位置、DCS 報(bào)告AP 天線與車載ATC 通信中斷情況，可以直觀定位車載ATC 故障或AP 故障。此場(chǎng)景共有以下3種分析方式：列車與軌旁丟失通信與列車ID 相關(guān)性、列車與軌旁丟失通信與列車位置相關(guān)性、列車與軌旁丟失通信與AP 相關(guān)性。

（7）旅速分析。地鐵車輛的運(yùn)行旅速是衡量地鐵運(yùn)力運(yùn)能的重要指標(biāo)，旅速的好壞直接體現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)能力。通過(guò)對(duì)于每個(gè)車次的旅速分析，可以直觀地看到列車的早點(diǎn)，晚點(diǎn)情況，并且對(duì)于影響旅速的因素進(jìn)行了分析，能夠?yàn)楸Ｕ下盟賮?lái)提供依據(jù)。

1.3.2 基礎(chǔ)設(shè)備分析

（1）道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)分析。通過(guò)微機(jī)監(jiān)測(cè)報(bào)告的轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)等信息，對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)差異可以評(píng)判轉(zhuǎn)轍機(jī)的健康程度，及時(shí)提醒維護(hù)。

（2）道岔轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)及時(shí)間。轉(zhuǎn)轍機(jī)分析是對(duì)于全網(wǎng)的所有的轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行針對(duì)動(dòng)作次數(shù)，動(dòng)作時(shí)間的分析，動(dòng)作次數(shù)是轉(zhuǎn)轍機(jī)維修的重要指標(biāo)，動(dòng)作時(shí)間是衡量轉(zhuǎn)轍機(jī)可用性的重要指標(biāo)，轉(zhuǎn)轍機(jī)的部分故障是可以通過(guò)觀察轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作時(shí)間指標(biāo)來(lái)進(jìn)行及時(shí)維修，保障轉(zhuǎn)轍機(jī)的可用性。

運(yùn)維人員可以選擇時(shí)間段和轉(zhuǎn)轍機(jī)的方式來(lái)查看單個(gè)或者多個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作情況，并且具有統(tǒng)計(jì)功能，通過(guò)K 線圖形進(jìn)行的展示，圖形中包括最大值，最小值，數(shù)據(jù)的占比關(guān)系。通過(guò)觀察圖形信息，能夠方便直觀查看轉(zhuǎn)轍機(jī)的狀態(tài)信息。

（3）道岔動(dòng)作故障分析。道岔動(dòng)作電路繼電器動(dòng)作時(shí)序檢測(cè)，對(duì)每個(gè)電路鏈路節(jié)點(diǎn)故障相應(yīng)的道岔動(dòng)作曲線，將電流的流向及繼電器的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)圖形化。

道岔曲線實(shí)時(shí)采集比對(duì)，系統(tǒng)建立故障診斷庫(kù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)特征值，根據(jù)故障庫(kù)曲線與實(shí)時(shí)故障曲線比對(duì)，結(jié)合參數(shù)特征值智能判斷故障點(diǎn)，并提供處置思路和維護(hù)建議；對(duì)道岔動(dòng)作的電流、電壓和功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)不同的道岔類型，建立道岔動(dòng)作曲線庫(kù)。根據(jù)大數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)建立不同類型道岔的道岔動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)曲線。將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出數(shù)據(jù)的異常，并生成報(bào)警和異常原因的推斷。監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，對(duì)道岔故障進(jìn)行預(yù)警。

（4）道岔缺口。分析道岔的缺口信息，包括缺口報(bào)警發(fā)生時(shí)的圖像照片、實(shí)時(shí)圖像、缺口標(biāo)記的參考線、缺口類型和缺口數(shù)值等數(shù)據(jù)。利用曲線擬合和預(yù)測(cè)算法對(duì)缺口變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)提醒維護(hù)。

采用有效算法對(duì)缺口圖像進(jìn)行處理，減小呈現(xiàn)的缺口值誤差，杜絕出現(xiàn)實(shí)際缺口正常而采集缺口偏大現(xiàn)象，提高采集精度、減少誤報(bào)警現(xiàn)象。

（5）信號(hào)電源。對(duì)信號(hào)電源各模塊的數(shù)據(jù)信息，包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及過(guò)壓、欠壓、缺相、錯(cuò)序、輸入突變等報(bào)警信息進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和呈現(xiàn)。

1.3.3 DCS分析

（1）DCS 流量預(yù)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)流量情況，生成端口流量的規(guī)律曲線圖。利用曲線擬合算法和趨勢(shì)計(jì)算對(duì)每日未來(lái)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)預(yù)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)流量異常時(shí)會(huì)及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息。

（2）DCSAP 通信性能預(yù)測(cè)。通過(guò)車載ATC 報(bào)告的列車位置、DCS 報(bào)告的DCSAP 與車載ATC 通信場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)AP 性能下降趨勢(shì)。

（3）設(shè)備性能。對(duì)工作站/服務(wù)器硬盤(pán)使用狀況、工作站/服務(wù)器CPU 占用率、工作站/服務(wù)器風(fēng)扇、溫度、DCS 網(wǎng)絡(luò)流量/車-地通信流量和丟包數(shù)據(jù)進(jìn)行分析呈現(xiàn)。

2 系統(tǒng)的應(yīng)用

除了傳統(tǒng)微機(jī)監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)功能外，智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用核心體現(xiàn)在以采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而獲取的大數(shù)據(jù)，結(jié)合智能化專家診斷、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備的智能診斷和預(yù)警分析，具備故障所處定位、故障原因分析、處理維護(hù)指導(dǎo)等智能診斷分析功能，結(jié)合故障閉環(huán)管理流程，實(shí)現(xiàn)智能化、集成化的綜合智能診斷、分析功能、可通過(guò)大數(shù)據(jù)不斷學(xué)習(xí)更新模型及優(yōu)化應(yīng)急管理模式。通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)預(yù)防及判斷都將極大地提升現(xiàn)場(chǎng)效率。下面舉幾個(gè)特色模塊作為應(yīng)用說(shuō)明。

2.1 道岔分析優(yōu)化

目前的智能運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)展示曲線，缺口及對(duì)應(yīng)高亮顯示動(dòng)作電路的情況，讓維護(hù)人員直觀感受故障情況，確保當(dāng)故障發(fā)生及可能發(fā)生時(shí)，都有直觀顯示，通過(guò)圖紙匹配及優(yōu)化的故障模型，結(jié)合專家系統(tǒng)將大大提升判斷準(zhǔn)確性，節(jié)約處置時(shí)間。

2.2 DCS分析優(yōu)化

常見(jiàn)的通信系統(tǒng)分析均是對(duì)場(chǎng)強(qiáng)、設(shè)備狀態(tài)做圖形化展示，但是很難動(dòng)態(tài)反饋車地通信實(shí)時(shí)情況，通過(guò)智能運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的整合分析，形成電子地圖。紅色代表列車，能清晰觀察列車與AP 設(shè)備的關(guān)聯(lián)情況，冗余情況，當(dāng)出現(xiàn)任何關(guān)聯(lián)不穩(wěn)及中斷情況，都將實(shí)時(shí)通過(guò)地圖展現(xiàn)，當(dāng)然也可直接通過(guò)設(shè)置通信狀態(tài)門(mén)限來(lái)將設(shè)備通信敏感度進(jìn)行優(yōu)化，確保系統(tǒng)整體通信狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)督。

2.3 管理的優(yōu)化

信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)管理的優(yōu)化是顯而易見(jiàn)的，通過(guò)整合人、機(jī)、料、環(huán)、法等各個(gè)環(huán)節(jié)，優(yōu)化處置方案和模式，進(jìn)行資源優(yōu)化再整合，對(duì)未來(lái)的人員管理、績(jī)效考核、處置效能評(píng)估等均有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。對(duì)于通號(hào)和電務(wù)的運(yùn)維業(yè)務(wù)幾乎做到了全整合，確保了信息跨平臺(tái)的失真和效率。通過(guò)信息流流轉(zhuǎn)的優(yōu)化及移動(dòng)終端的推送，當(dāng)設(shè)置全自動(dòng)模式模式時(shí)，當(dāng)發(fā)生需故障、計(jì)劃生產(chǎn)任務(wù)等觸發(fā)的場(chǎng)景時(shí)，將結(jié)合任務(wù)擇優(yōu)推薦匹配人員、備件、搶修車輛的協(xié)調(diào)，進(jìn)行自動(dòng)協(xié)作。

通過(guò)流程的同步推送及優(yōu)化，節(jié)約大量時(shí)間及人員傳遞信息傳遞的失真，整體對(duì)任務(wù)的跟蹤做到了實(shí)時(shí)進(jìn)度更新及狀態(tài)控制，降低了運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用在信號(hào)系統(tǒng)本身以外，未來(lái)需要在維修指揮、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析、專家系統(tǒng)等方面進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)演進(jìn)，對(duì)管內(nèi)設(shè)備平均故障時(shí)間，平均動(dòng)作時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合外部環(huán)境因素等多種變化，動(dòng)態(tài)優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，并不斷更新故障案例數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)突發(fā)故障第一時(shí)間進(jìn)行影響評(píng)估和給出處置策略等等。通過(guò)信號(hào)智能運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用和維護(hù)，不斷地更新升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)高可預(yù)測(cè)性，減輕設(shè)備維護(hù)壓力及運(yùn)營(yíng)影響。