軌道交通站臺門智能運維系統(tǒng)設計

鄧勇 龔清林 王驍 朱文艷

摘 要：針對軌道交通站臺門系統(tǒng)，闡釋了其智能運維平臺基本架構及主要功能設計，具體包括系統(tǒng)設備基礎信息管理、維護作業(yè)管理、系統(tǒng)學習與考核管理、系統(tǒng)故障實時監(jiān)測與動態(tài)跟蹤、重要部件的全生命周期跟蹤監(jiān)測、故障統(tǒng)計及預警、移動監(jiān)測等七大功能，為軌道交通智能運維的實踐提供了參考。

關鍵詞：軌道交通;站臺門系統(tǒng);智能運維;全生命周期;移動監(jiān)測

中圖分類號：U29-39? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0031-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.009

0??? 引言

軌道交通作為城市公共交通的一部分，具有容量大、效率高、環(huán)保經(jīng)濟、安全舒適等一系列優(yōu)勢，因而成為大中型城市居民出行最重要的方式之一。隨著云技術、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術的發(fā)展以及我國城市化道路建設的不斷深入，中國在軌道交通運營里程、建設規(guī)模、技術裝備等方面取得了舉世矚目的成就，走在了軌道交通行業(yè)發(fā)展的世界前沿。

2020年中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，明確了創(chuàng)建智慧城軌八大體系，建立了一個城軌云與大數(shù)據(jù)平臺，并制定了一整套中國智慧城軌技術標準體系，如圖1所示;提出了“兩步走”的中國特色智慧城軌發(fā)展路徑，實現(xiàn)城軌行業(yè)的信息化、智能化、智慧化運營管理，使智能駕駛、智能技術裝備、智能運維等關鍵核心技術進入世界前列，引領全球智慧城軌技術體系和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展[1]。

1??? 站臺門系統(tǒng)概述

站臺門作為軌道交通車站機電設備的一部分，是保障乘客乘車安全的重要設備之一。同時，它對于地鐵列車的安全、正點運行有著重要的作用。站臺門系統(tǒng)主要由門體、門機系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，涉及機械、電工電子、電氣控制、計算機、信號、傳感器技術等綜合知識。在實際運行過程中，站臺門系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將影響整個線路的運營，或引起夾人、人員傷亡事件，或導致列車延誤，影響運營單位形象。為此，在軌道交通中專門成立了門梯車間或站臺門工班，以保障站臺門的安全運行。

地鐵站臺門控制系統(tǒng)工作時間長、使用頻率高，其中電源、門控單元（DCU）、驅動電機、門鎖裝置、傳感器等關鍵部件動作頻率尤其高，特別是在上下班、節(jié)假日等高峰時間，站臺門容易受到乘客擠壓、倚靠等外部因素影響，導致站臺門控制系統(tǒng)故障發(fā)生次數(shù)增加，給乘客出行帶來不便，甚至可能引發(fā)重大安全責任事故，對地鐵正常運營造成嚴重影響。因此，如何實現(xiàn)站臺門系統(tǒng)的智能運維成為軌道交通運營單位研究的重點課題之一，而目前這方面的研究成果還比較少，基本處于探索研討階段[2-6]。本文就站臺門智能運維系統(tǒng)的平臺架構、主要功能等方面進行了初步設計和規(guī)劃，并將在后期的實踐中逐步驗證和實現(xiàn)。

2??? 智能運維平臺基本架構

軌道交通智能運維的核心內(nèi)涵是應用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，對軌道交通相關的各種設備、設施、乘客、環(huán)境等數(shù)據(jù)信息進行全面檢測、深度融合，利用智能算法建立一套完整的軌道交通運營管理模型，構建安全高效、綠色智能的現(xiàn)代化城市軌道交通體系，從而提升軌道交通裝備智能化程度和運維效率，降低設備維護作業(yè)強度，減少運行管理成本，逐漸形成城軌裝備智能化運維的標準體系[7]。

站臺門智能運維系統(tǒng)主要由智能維護監(jiān)測服務器、智能運維監(jiān)測工作站、現(xiàn)場設備、顯示終端等組成。所有設備通過綜合智能運維主干網(wǎng)連接，要求主干網(wǎng)與信號系統(tǒng)隔離，且具備入侵防御功能，可自動或手動檢測系統(tǒng)存在的漏洞并處理[1]。智能運維平臺搭建主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、應用開發(fā)等幾個部分，如圖2所示。

2.1??? 數(shù)據(jù)采集平臺

在站臺門系統(tǒng)設備上安裝各種傳感器、視頻監(jiān)控等軟硬件采集監(jiān)控設備，對站臺門系統(tǒng)供電電源、UPS、驅動電機、控制繼電器、各種傳感器、工作電壓、工作電流、門狀態(tài)指示燈等一系列信息進行檢測，并將采集到的各種信息通過專用網(wǎng)絡傳輸給數(shù)據(jù)共享平臺。信息采集要考慮數(shù)據(jù)的多樣性和增加采集數(shù)據(jù)對象的便捷性。

2.2??? 數(shù)據(jù)存儲平臺

數(shù)據(jù)存儲平臺主要實現(xiàn)對關鍵數(shù)據(jù)的實時或定時存儲，且滿足平臺內(nèi)、平臺間以及外部平臺數(shù)據(jù)共享要求。為滿足大數(shù)據(jù)的存儲要求，需要考慮數(shù)據(jù)信息的多樣性，例如結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)等;為滿足數(shù)據(jù)量不斷增加的要求，可增加磁盤陣列或者數(shù)據(jù)服務器;另外，為滿足智能運維平臺數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)清洗等潛在數(shù)據(jù)服務需求，需提供平臺公共接口[1]。

2.3??? 應用開發(fā)平臺

應用開發(fā)平臺是采用神經(jīng)網(wǎng)絡、機器學習、蟻群算法、模式識別等先進算法和人工智能技術，利用數(shù)據(jù)庫中的信息構建和訓練算法模型，搭建滿足用戶需求的各種應用系統(tǒng)，使站臺門智能運維系統(tǒng)更安全、精確和可靠，從而實現(xiàn)站臺門系統(tǒng)運行的實時監(jiān)測，并提供信息查詢、信息管理、學習考核、運行狀態(tài)顯示、故障預警、移動監(jiān)測等一系列功能。應用開發(fā)平臺可通過大屏幕或計算機顯示終端，實時顯示站臺門系統(tǒng)運行的整體情況，對關鍵設備和參數(shù)進行實時監(jiān)測和狀態(tài)更新，并進行智能預警，且能夠根據(jù)運行情況和客戶需求，方便快捷地進行應用修改和功能開發(fā)。

3??? 智能運維平臺功能設計

根據(jù)站臺門智能運維系統(tǒng)的基本需求，可重點考慮系統(tǒng)設備基礎信息管理、維護作業(yè)管理、系統(tǒng)學習與考核管理、系統(tǒng)故障實時監(jiān)測與動態(tài)跟蹤、重要部件的全生命周期跟蹤監(jiān)測、故障統(tǒng)計及預警、移動監(jiān)測（手機App）等功能的應用開發(fā)。后期可根據(jù)平臺內(nèi)、平臺間或平臺外的需要，進行功能的完善和進一步開發(fā)。

3.1??? 系統(tǒng)設備基礎信息管理

站臺門系統(tǒng)設備基礎信息管理主要提供站臺門設備信息的查詢服務，并滿足設備全生命周期的監(jiān)測記錄功能，主要管理站臺門各系統(tǒng)設備的物資編號信息、規(guī)格型號、安裝位置、維護安裝手冊等信息，方便工作人員快速了解設備構造，定位設備位置，掌握設備安裝、使用及維護方法等。同時，為實現(xiàn)設備的全生命周期跟蹤管理功能，可考慮增加關鍵設備或部件的原材料、生產(chǎn)廠家、出廠日期、安裝日期、運行時間等信息。

在應用開發(fā)時，可考慮全模擬仿真系統(tǒng)設計方案，可提供站臺門系統(tǒng)所有設備的實物仿真效果圖，并能進行部件拆分和更新，當點擊到某一設備或部件時，可實時顯示該設備所有基礎信息。

3.2??? 維護作業(yè)管理

維護作業(yè)管理是將設備、物資、人員有機結合起來，對系統(tǒng)巡檢、維修、保養(yǎng)的作業(yè)過程進行科學的管理，以提高系統(tǒng)設備維修保養(yǎng)的效率，提升設備維護保養(yǎng)的可追溯性。為了保證系統(tǒng)的安全性，在功能開發(fā)時，需要考慮不同人員權限設置，工作人員必須登錄正確的工號和密碼方可進入系統(tǒng)，從而完成設備維護作業(yè)的申報、審批，工作票的完善、歸檔等。

3.3??? 系統(tǒng)學習與考核管理

系統(tǒng)學習與考核管理主要集成站臺門系統(tǒng)相關的理論知識、專業(yè)技能知識、操作安全知識以及設備的維護保養(yǎng)知識、檢修案例庫、作業(yè)規(guī)程、規(guī)章制度等一系列資源，可包括在線課程、課件、PPT、視頻、微課等不同類型。應用開發(fā)時可根據(jù)站臺門系統(tǒng)的組成，分層分類整合資源，以方便現(xiàn)場工作人員或新員工在平臺上查看、學習站臺門相關的基礎知識和技能，了解設備維護保養(yǎng)的方式方法，提高維護管理人員的技能水平。同時，應用開發(fā)還需具備資源庫的更新功能，方便工作人員及時更新設備知識庫和檢修案例庫，儲備設備維護保養(yǎng)知識。

另外，還可根據(jù)該資源庫設置一套考核系統(tǒng)，包含練習模式和考核模式，維護管理人員或新進員工可通過平臺隨時進行設備系統(tǒng)的知識和技能學習，也可開展技能競賽或員工考核，從而降低新進員工的培養(yǎng)成本，縮短人才培養(yǎng)時間。

3.4??? 系統(tǒng)故障實時監(jiān)測與動態(tài)跟蹤

該應用開發(fā)主要對站臺門系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障等進行實時監(jiān)測和動態(tài)跟蹤，主要監(jiān)測站臺門的開關門狀態(tài)信息、指示燈信息、互鎖解除、控制電源、驅動電源等數(shù)據(jù)，同時，以門體為主要背景，在滑動門門體頂部安裝視覺監(jiān)測裝置，實時動畫顯示開關門狀態(tài)。

當設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠實時提示故障現(xiàn)象和大體位置。比如夾人夾物，可通過聲光報警等進行提示，讓值班人員在第一時間掌握設備故障情況;車站值班員可通過系統(tǒng)顯示終端平臺的模擬設備故障閃爍提示信號，告知現(xiàn)場維護人員快速定位故障設備。不同等級的報警用不同顏色或不同頻率的聲光信息進行提示，讓工作人員能夠快速定位需要重點關注的信息。同時，應用平臺具備故障動態(tài)跟蹤功能，可對每一次故障進行記錄，包括故障現(xiàn)象、故障原因、解決方案及流程，建立設備故障處置大數(shù)據(jù)案例庫，以方便事后學習和警示。

3.5??? 重要部件的全生命周期跟蹤監(jiān)測

全生命周期跟蹤監(jiān)測的目的是通過對設備的基礎信息管理、維護作業(yè)管理、運行狀態(tài)監(jiān)測等信息進行綜合應用，形成設備的全生命周期管理圖譜，通過先進的人工智能算法建立設備故障預警模型，預測該設備部件的故障和壽命，并為同類設備的維護保養(yǎng)提供參考，讓設備維護保養(yǎng)有章可循。

針對站臺門系統(tǒng)，可重點考慮電源、DCU、開關門繼電器、門鎖、門體、驅動電機、傳動皮帶、行程開關等設備部件。全生命周期需要考慮設備的原材料、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家、安裝日期、運行次數(shù)、運行時長、工作電壓、工作電流、機械壽命、電氣壽命、剩余生命周期等信息，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡、K-means聚類算法、PCA降維算法、蟻群算法等先進的人工智能算法，對該設備及系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行故障預警，從而提前預測故障的發(fā)生，降低系統(tǒng)的故障率，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性[5]。

3.6??? 故障統(tǒng)計及預警

該應用開發(fā)主要有以下幾方面目的：一是根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行故障實時預警;二是事故回放處理，方便原因查找，追溯責任和警示后人;三是建立應急故障管理系統(tǒng)，當故障發(fā)生時應急管理人員可調(diào)閱應急預案，及時反饋緊急事件給調(diào)度管理中心，并發(fā)送給各應急單位或負責人，迅速處理緊急事件。

該應用軟件需對設備的歷史報警和全生命周期運行數(shù)據(jù)進行實時或間隔統(tǒng)計分析，以便工作人員提前關注容易發(fā)生故障的系統(tǒng)和設備，并能根據(jù)設備當前運行狀態(tài)進行故障預警，從而清楚地了解經(jīng)常發(fā)生或即將發(fā)生的系統(tǒng)故障，并進行重點預防和提前維護。

3.7??? 移動監(jiān)測（手機App）

由于軌道交通屬于公共服務運輸行業(yè)，保障其安全性是第一位的，很多崗位需要維護管理人員24 h輪班值守。而站臺門系統(tǒng)在列車運行期間，是乘客接觸和使用最多的車站設備之一，一旦發(fā)生故障，需要工作人員第一時間進行維護處理。但是，地鐵線路一般較長，且站點多，維護檢修人員往往不能及時收到設備故障信息，從而導致?lián)屝扪诱`，甚至可能造成更大的安全責任事故。

因此，有必要開發(fā)一款手機App接入地鐵站臺門運行系統(tǒng)，工班長或當天值班的維護人員可通過工號登錄系統(tǒng)，隨時查看各站點的站臺門運行狀態(tài)以及設備故障和預警信息。系統(tǒng)一旦發(fā)生故障或報警，可通過App及時通知到當天的值班管理人員和站臺門維護檢修人員，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的移動監(jiān)測功能。在應用開發(fā)時，需要重點考慮系統(tǒng)的安全性，防止不法分子攻擊和利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，造成負面社會影響。

4??? 結語

智能運維系統(tǒng)的引入能夠提高軌道交通運行效率和安全性，并有效降低運營成本。本文提出了站臺門智能運維系統(tǒng)的基本架構，并對系統(tǒng)的主要功能設計進行了分析，后期將重點研究智能運維系統(tǒng)的實踐運行。目前，智能運維的實踐還處于摸索階段，還有很多基礎核心問題需要解決，比如故障預測模型和核心算法、系統(tǒng)的安全性，這些都關系到整個智能運維系統(tǒng)核心功能的準確性和可靠性，制約著當前技術的發(fā)展。無論如何，筆者相信，隨著中國軌道交通的飛速發(fā)展和中國科技力量的不斷提升，軌道交通智能運維系統(tǒng)必將在不遠的將來得以實現(xiàn)。

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收稿日期：2022-03-11

作者簡介：鄧勇（1985—），男，四川南充人，碩士研究生，副教授、工程師、技師，研究方向：軌道交通機電技術、機電一體化技術。