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城市轨道交通智能运维系统工程应用研究

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：史瑞粉

[导读] 摘要：智能运维是近年来发展迅速的一种轨道交通运维模式，凭借其对轨道交通车辆安全性、可靠性和运营效率的巨大提升作用，受到越来越多地铁运营公司的重视。

        国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心广东省广州市 510555
        摘要：智能运维是近年来发展迅速的一种轨道交通运维模式，凭借其对轨道交通车辆安全性、可靠性和运营效率的巨大提升作用，受到越来越多地铁运营公司的重视。当下，智能运维系统在传统车辆运维检修的基础上，融合了车载传感技术、实时数据采集技术、4G/5G先进传输技术和智能轨道检测技术等新兴技术，配合着大数据分析决策和人工智能分析，在智能感知车辆关键系统运行状态、车辆轮对参数检测、自动识别预警等领域开始发挥重要作用，成为地铁运营公司实现车辆健康状态自动监测的关键技术手段。
        关键词：城市轨道交通；智能运维系统；应用
        1轨道交通系统的运行特性
        在经济体系的逐步完善下，国家基础类建设体系正处于优化与转型阶段，对于轨道交通运输行业来讲，其本身正由传统的机械式运输逐渐自动化、智能化运输，通过轨道交通网络的建设，可进一步对城市空间进行立体化资源的利用，以此来进一步降低能源消耗效率。在城市布局中所呈现出的特点来讲，其是城市与城市之间交际的重要渠道，整个交通体系具有覆盖广、成本性高、周期性长的特点，技术体系也呈现出一定的综合性与复杂性特点，这对于现阶段我国交通行业的发展态势而言，必须针对交通行业发展特性，建构更为全面的管控机制，为我国轨道交通运输的发展提供基础保障。
        2行业发展需求
        虽然工业4.0、互联网+等信息时代的技术已经出现很久，但由于行业的局限性，并未得到大面积的应用。以运营故障处理为例，正线车辆一旦出现问题，司机首先会通过无线电台呼叫行车调度员，行车调度员与地铁专业工程师沟通后再指导司机进行故障处理。整个故障处理的快慢全部取决于参与人员对车辆、故障的精准判断程度，容易出现短板效应。日常检修维护方面，运营管理在高效、低成本方面还有很大的提升空间。目前检修主要分为计划修和故障修。故障修需要人与人之间的信息传递，效率低，同时容易出现技术短板；计划修关联性不强，自动化程度不够，易造成效率低下，出现过修或欠修的情况。近年来，智能感知、物联网、大数据分析及人工智能等新技术正在改变人们的生活和产业发展模式，也为智能化列车的实现提供了技术保障。
        3案例应用
        3.1走行部系统
        走行机构车载故障诊断系统是一种基于广义共振和共振解调的故障诊断技术。用于提取齿轮、轴承、车轮等转动部件的故障信号。它是判断设备状态的一种非常有效的方法。行走机构车载故障诊断系统首次实现了智能维修网络服务器的信息传输。同时，这些信息还实时传输到地面的跑步机健康管理系统，形成数据闭环生态系统。
        传动装置监测系统由6个诊断仪、18个前置处理器、60个复合传感器和1个速度传感器组成。监控系统通过在拖车中部增加速度传感器获取速度信号；通过安装在转向架上的复合传感器，对车辆的冲击、振动和温度同时进行监测，实时在线监测和诊断车辆走行机构的状态，实现故障分类和报警。其中，对驾驶员进行重大故障报警，指导机组及时采取措施，确保行车安全；一般故障引导状态维护；早期故障跟踪，注意。
        3.2客室智能车门监测及故障诊断系统
        智能车门监控与故障诊断系统主要由车载监控设备、车门服务器和客户端组成。其中，门服务器主要提供门系统所有在线监测数据的存储、门系统的故障判断与诊断、车载设备的远程监控与管理、客户端（包括桌面PC客户端和移动终端客户端）的远程访问门户。为了保持原有地铁车辆系统不变，智能车门监控与故障诊断系统仅取代原有的客室侧门控制器，其他硬件设备不变。

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智能门远程监控及故障智能诊断系统具体工作流程如下：（1）车载监控设备采集开门和关门过程中的电流、角度、速度等参数，并通过主车门控制器发送给车辆网关；（2）车载网关通过车地通信向地面通信服务器传输数据；（3）门服务器向地面通信服务器发送数据请求，地面通信服务器将门数据转发给门服务器；（4）门服务器对采集到的数据进行分析处理，对门的工作状态进行诊断，在出现故障或亚健康时及时将报警信息推送到门系统。当智能车门监控与故障智能诊断系统实现以下故障诊断时，故障诊断正确率不低于90%：开门障碍物检测、关门障碍物检测、3s不解锁、非法离锁到位、关门到位开关不能触发、关门到位开关不能松开，锁定到位开关不能触发，锁定到位开关不能松开。在下列亚健康预测中：线形异常、V形异常、上滑异常、下止动销横向干扰和下止动销纵向干扰的预测精度不低于70%。智能车门监控与故障智能诊断系统的数据采样周期为10ms，数据传输时延小于3min，数据丢包率小于3%。
        3.3车地无线传输系统
        车地无线传输系统是一种新型的基于地铁车辆的智能化车辆以太网网络系统，主要包括子系统设备控制器、以太网交换机、车载无线数据传输模块及车载天线、库内轨旁裂纹波导天线等，中央机房4G接收天线，数据服务器用于数据存储和分析。无线数据传输模块具有对车辆数据进行分析和处理的能力，它将完整、可用的数据信息集成到车辆天线上并发送到地面。
        车地无线传输系统可根据现有的车辆TCMs网络，对每辆车的钥匙继电器、风口等低压电气设备的状态进行监控，并结合整车的电气逻辑功能进行组合操作，判断车辆的钥匙继电器是否有故障。另外，TCMs根据每辆车继电器辅助触点的状态监测，计算出继电器的工作次数，然后比较继电器的机械寿命曲线，提前给出维修建议。
        地面传输分析服务器的主要功能是接收和存储车辆发送到地面的各种记录数据、波形数据、故障恢复数据、车门状态数据、轴温数据、维修行为数据。具有数据传输一致性机制和断点连续传输机制。它是分析列车相关设备状态的核心设备，可实现车门状态的健康预测报警、设备健康预测报警、轴温健康状态预测报警、继电器健康状态报警等功能。
        车-地无线传输系统的性能指标为：波导链路的驻波比不大于1.5，波导端部信号强度不小于-56dBm，地面局域网单列车平均传输带宽不小于200Mbps。
        3.4地面列车数据分析与预警系统
        地面列车数据分析预警系统以列车运行管理的实际工作需求为核心开展建设工作。可对列车组及关键部件进行实时监控、数据分析和故障预测，对潜在故障进行预测或报警。该系统可分为以下两个子系统（1）数据采集和存储子系统。系统负责各种数据资源的统一存储和管理，包括实时列车运行数据、离线数据和知识数据的分析、存储和转发。根据列车的特点，建立了缓冲区，并在此基础上实现了里程累加和门限触发相结合的增量累加分析。（2）运行监控系统子系统。在监控缓存数据的基础上，根据预警和监控数据的阈值建立目标监控和跟踪队列。根据列车的基本数据，实时在线直观地显示列车的实时状态和各子系统的值，并结合知识库对历史数据进行统计分析。
        结论
        智能运维体系技术方案的设计与实现是以物联网、大数据、人工智能、新材料为代表的新兴技术与轨道交通的深度融合，是构建下一代轨道交通服务模式和技术体系的主要途径，将实现城轨列车智能运维全寿命周期管理，全面提高车辆的设计、制造、维护及检修质量，列车维护逐步从定期修走向预见修。今后还需要进一步挖掘大数据的潜在价值，完善预警评价模型，实现对列车智能运维的健康科学评价，维护城轨的安全、高效、稳定。
        参考文献：
        [1]张义鑫，张炳森.轨道交通线网智能运维系统的设计方案思考[J].铁路通信信号工程技术，2020，17（10）：58-62.
        [2]孟新心.轨道交通供电系统智能运维平台研究与应用[J].电气化铁道，2020，31（S1）：94-96.