曹项项
通号城市轨道交通技术有限公司 北京市 100071
摘要：随着城市轨道交通的发展，对轨道交通运行的安全性也提出了更高的要求。在城市轨道交通中，确保信号系统的正常工作是关键，一旦信号系统出现故障就会影响整个线路的通行。为了确保轨道交通信号系统运行的正常，基于计算机人工智能、大数据等技术构建智慧运维体系，实现对信号设备及其系统全过程运行的实时监测，能及时发现设备故障问题并给出针对性的准确的维修方案，提高了维修的效率和质量，为信号系统稳定运行、为列车安全通行奠定技术基础。
关键词：轨道交通；信号系统；智慧运维体系
1 需求分析
城市轨道交通的安全性问题一直是轨道交通建设发展中重点关注的方向，但是根据当前对城市轨道交通信号系统及设备的研究，还存在系统抗风险能力不足、未充分分析与利用好采集的数据、功能和模式分散、标准不一的问题。运维保障体系只进行了信号系统本身的设计，而忽视了对故障的分析，信息完全依靠人工传递，导致维修不及时，从而对整个系统运行产生不利影响，也影响故障下综合调度功能的发挥，不利于轨道交通的安全运营。而且只记录系统本身运行状态而忽视对系统深入的挖掘分析，影响系统安全能力的提升，当系统出现故障时无法智能预警和自动化分析处理。此外，因为标准不一，不同的厂家所提高的维护系统可能存在功能、人机界面与操作方式方面不兼容的问题，从而影响对轨道交通设备的安全性和人员的配置。
针对上述问题，为确保轨道交通信号系统可靠运行，为轨道交通整体运行提供安全保障，必须加强对信号系统运维体系的深入研究和合理设计。首先，要求信号系统运维体系具备集中维护监测、评估、诊断以及故障信息预警的功能，通过对信号系统及其设备的智能化诊断，及时发现风险问题并自动化处理，降低因信号系统故障而对整个城轨交通系统产生影响。其次，利用数据采集和挖掘分析技术，实现对系统运行数据和人员操作数据的采集，并利用数据挖掘和大数据分析的技术进行可视化信息管理，使更好地了解信号系统及其设备的运行情况。另外，利用数据分析技术为信号系统及其设备检修决策和管理方案的制定提供可靠依据。最后，制定统一的运维标准，使各厂家按照标准进行维护系统功能、人机界面等的设计。
2 轨道交通信号系统智慧运维体系构成
城轨交通信号系统智慧运维体系具备系统及其设备运行状态监测、评估诊断以及故障信息预警的功能，该体系结构包括层次结构与数据通信网络结构，从层次结构角度分析，分为二级架构和二级管理两个部分，其中二级架构由线网运维保障平台与线路级运维保障系统构成，二级管理则为线网级运维管理和线路级运维管理。整个运维保障体系利用大数据分析、数据挖掘等技术实现对系统设备的智能化诊断和安全风险预测，从而实现智慧运维的目的。
2.1 线网级运维保障平台
线网级运维保障平台的核心是数据，利用计算机人工智能技术和专家系统故障诊断，实现对信号设备全生命周期的监测和管理，并将分析的结果或报警信息以图形、报表等形式展现出来，并发送到运维终端设备供运维人员参考。该平台包括数字化模块、应急处理模块、可靠性评估模块、运维数据分析模块和故障分析模块等。其中数字化模块的作用是实现对信号系统及其设备基础数据的数字化处理，确保数据的完整和真实，从而为设备的使用和运行维护提供参考依据。应急处理模块的作用是对于故障信息进行专家判断和应急处理。评估模块主要功能是根据信号系统运行情况分析信号系统的可靠性与否。运维数据分析模块是对信号系统中各设备维修信息的统计分析。故障分析模块指的是当信号系统或设备出现故障时，对这些故障信息进行分析统计并上报，同时包括故障信息的查询、录入等。实时监测模块的功能是对信号设备和列车的运行状态进行实时监测，在人机界面上实时显示列车运行轨迹图和信号设备运行详细信息。另外还有材料管理模块负责对信号系统及其相关设备进行备件管理，支持数据新增、修改、删除、批量导入和导出操作，支持无人值守出入库管理，支持对材料仓库无人值守智能化管理。环境监测模块即对信号设备的运行环境进行实时监测，并对环境数据进行多维度分析和统计，实现专家诊断和环境预警。
2.2 线路级运维保障系统
线路级运维保障系统包括维护中心级设备和车站级设备，该运维保障系统和原结构基本保持一致，但是在中心级功能与整体架构体系上存在一定区别，比如原运维系统中心级设备和存储设备都由线网统一构建。
3 轨道交通信号系统智慧运维体系的功能
轨道交通信号系统智慧运维体系构建的目标是，实现对设备的实时状态监测、智能诊断、安全风险预测与全生命周期分析管理，从而确定设备维修的内容、时间等，根据智能监测诊断的结果，制定针对性的维修方案，还能及时发现系统或设备运行故障，从而对设备进行维修和更换，并对设备购买、折旧、维修支出和报废全过程进行全生命周期的管理，在考虑设备的可靠性与经济性的基础上实现维修管理信息化与智能化。本信号系统智慧运维体系除了上述功能外，还增加了智能诊断和安全风险预测的功能，利用计算机人工智能、大数据技术等实现对信号设备的可视化管理，通过数据的深度挖掘，为制定科学合理的维修检修方案和管理方案提供参考依据，实现对信号设备及其系统的全过程监督控制，提高系统整体抗风险的能力。
3.1 提高系统抗风险的能力
智慧运维体系的功能主要是实现对信号设备的数据监测、智能诊断和风险预测、故障预警，监测的范围包含了道岔、信号机、外电网、电缆、数字音频轨道电路、移动闭塞环线等非智能和设备和智能设备的监测，且实现对信号系统全生命周期的监测。此外，利用人工智能技术实现对数据的采集和分析处理，实现对信号设备的智能化诊断与安全风险预警，排除干扰后再分析参数是否有异常，一旦出现异常的趋势就要及时给出预警和维护的方案。同时，还要不断完善数据分析、智能诊断，可靠的数据和可靠的诊断结果能为制定预防设备故障、状态检修和检修维护决策提供可靠依据，使运维人员能全面地了解设备的运行状态和可能出现的故障问题。
3.2 数据分析与可视化信息管理
该运维体系采用高清、真实的动态图像来展示故障分析和定位的结果，使运维人员更快速找到故障点，然后在整个系统中能清楚地看到信号系统的信息，实现对信号生检修、维修和全生命周期的管理。
4 管理流程
智慧运维体系信号系统故障处理流程如下：一旦发现信号系统出现了故障，运维保障平台就会实时和数据库中的数据相比较找到准确的故障发生位置，然后将这些故障信息发送给行车调度与运维人员，以便于及时开展抢修工作。在排除故障以后，又将设备恢复的信息发送给行车调度，调度人员按照指令恢复通车运营。
基于人工智能、大数据的信号系统设备运维体系中，关于信号设备故障的处理，不但时效性更强，而且也确保故障信息可以实时、全部自动化推送给相关人员，避免信息传递延迟和丢失的问题发生。其次，故障维修指引会随着故障信息一起发送给调度人员和维修人员。这些指引细化到单体设备，使维修更具体更准确，避免因检修技能不够而影响故障处理的效率和质量。再次，故障应急处理的流程得以简化，效率更高，能同步将故障行车组织指引与维修指引一起推送出去，省去了中间沟通协商的时间，也不用人工编制维修方案，系统在自动锁定故障对象并自动化分析故障以后，得出维修决策，使应急处理的时间大大缩短。此外，信号系统设备类型众多且各设备之间存在复杂的关系，而智慧运维体系的构建使得故障应急处理时能细化到每一个设备，对可能会影响行车的设备进行自动化诊断，并制定详细的行车与维修指引和设备图纸。且数据库完善，方便技术人员提供指导，也提高了故障处理的效率和效果。最后，故障信息能通过多种方式推送出去，相关人员接收信息的渠道拓宽，接手信息的能力得以增强，能快速过滤掉无用信息然后根据故障处理信息的要求制定相关方案。
5 结语
综上所述，构建城市轨道交通信号系统智慧运维体系，将维护、维修与管理融于一体，除了可以实时监测信号设备及其系统的运行状态外，还能实现智能化诊断与安全风险预测的功能，且实时监测贯穿于整个生命周期，发现设备故障的能力大大提升，一点检测到某个设备出现了异常，能及时准确地定位故障位置，并通过智能化诊断实时预警，并将所有信息发送给相关部门和人员，从而使对信号设备及其系统运行维护的方案更加具体有效，能及时快速地处理故障问题，实现状态检修、预防性检修和故障维修的一体化。同时，利用大数据、人工智能等技术还能实现运维管理的可视化和信息化，提高设备运维的质量与效率，也降低了运维人员的工作强度，为提高城轨交通安全高效运行提供技术保障。
参考文献：
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