城轨智能运维APP设计实现方法

赖凯，江现昌，杨旭生，谭军祥

（1.南昌轨道交通集团有限公司运营分公司，江西 南昌 330072；2.株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲412000）

0 引言

据中国城市轨道交通协会统计数据显示，截止到2017年末，中国大陆地区共34个城市开通了城市轨道交通运营，共计165条线路，运营线路总长度达到5033公里。但据不完全统计，2017年共发生5分钟及以上延误事件1749次，平均5分钟及以上延误率0.018次/百万车公里，列车退出正线故障共计8027次，平均退出正线运营故障率0.025次/万车公里。可见如何保证城市轨道交通运营的安全性、可靠性、提高故障响应和处置的效率是一项艰巨而重要的任务。

目前轨道交通列车的故障诊断、处置和响应措施在很大程度上还依赖于简单的信息系统和数据交互。大部分系统故障的处理依赖于车辆回库后进行离线的数据下载和分析，在时间响应效率方面存在严重的滞后性，在数据完整性方面也存在纰漏。另外，这些分析大多是依赖于对单个子系统进行初步分析和可视化呈现，缺少对整车逻辑的梳理和对系统、部件级故障的诊断和预测能力以及故障发生后的分级响应联动机制。

基于上述轨道交通发展现状及趋势，以南昌市地铁1号线为研究对象，借鉴项目开发单位的关于列车健康管理和抢险救援技术及工程经验，开展城轨智能运维APP设计研究，将能够为1号地铁运营维护提供解决方案和技术支持，为地铁安全运营提供技术保障。

1 概述

1.1 城轨智能运维APP

城轨智能运维APP基于车载网络，通过列车控制与智能信息网与车载数据处理中心通信，实现车载与地面实时数据的交互，实现车载各系统数据的融合、数据算法的灵活调用，在实现整车数据实时监测的同时，新增了故障联合分析、基于故障树的故障诊断以及基于数据模型的故障诊断、实现故障的实时响应和基于移动互联网的故障分级应急指挥响应系统，系统以信息技术为技术手段，对列车各个系统的实时数据进行数据接收、处理、存储、分析，实现车辆的在线监测、故障诊断、应急响应等功能[1-2]。

1.2 设计目地

城轨智能运维APP主要实现以下目地：（1）实现线路车辆在线监测，为日常的维护提供车辆状态信息（2）实现车辆故障诊断，APP运行时能实时接收故障信息，提高故障应急处置的效率（3）实现应急响应，掌握需要处置的应急事件，包括事件基本信息、事件处置剩余时间、事件参考处置步骤、当前司机台控制按钮信信号，并提供快速处置操作功能，指导司机快速故障应急处置。（4）实现主要部件的健康管理，包括牵引变流器，制动系统等。

2 城轨智能运维APP设计原则

（1）实时性。APP应保证在线车辆数据的实时性，即能够正确提供实时的车辆列车运行工况，确保能为决策者提供的正确，实时信息。

（2）安全性。APP应能通过安全保护措施来实现用户的安全保障，制定严格的安全可靠性管理措施。

（3）高效性。APP应能提供高效的应急响应机制，为司机、调度、技术人员、管理人员各级人员决策提供应急参考信息，完成列车故障和非列车故障导致的紧急事件的应急响应和处置流程智能化[3]，见图1。

3 城轨智能运维APP功能设计

3.1 在线监测

列车控制由列车通信网络和列车硬线联合完成，优先采用网络控制技术，列车级总线和车辆级总线均采用双通道冗余的EMD通信介质的MVB多功能车辆总线。负责将车载设备通过网络控制系统转换接入MVB网络。MVB通信接口采用MVB专用总线接连器，列车通过总线连接器或I/O接口等与各子设备相连，传递控制数据和信息数据，控制各子系统完成相应功能。

实时监视功能覆盖了列车的各大系统，对在线列车的关键系统运行状态进行远程实时监视，如牵引系统、辅助电源系统，网络控制系统、空气制动系统、门控系统、空调系统、乘客信息系统、信号系统等，地面人员可实时掌握列车运行工况。地面展示数据包括：列车的在线诊断状态MVB总线上所有子系统的关键数据、子系统故障报警[3-4]。

实时数据包部分包含MVB上所有实时状态数据以及实时故障数据，覆盖地铁列车DCU、BCU、SIV、EDCU、ATC、PIS、HAVC等所有子系统。

支持以下采集方式：

图1 APP总体结构Fig.1 APP overall structure

（1）定时传输由时间触发，传输周期可设置，传输内容包括关键的列车状态信息与基本信息，包括列车速度、工况、列车位置、列车号、车次等信息；

（2）故障信息传输由故障事件触发，传输的内容应包括列车故障和相关环境数据；

（3）数据点播传输由地面远程触发，根据地面综合应用子系统的指令传输相应类型的列车数据；

（4）事件触发方式，事件发生时，传输的内容应包括事件的相关信息、关键的列车状态信息与基本信息，包括列车速度、工况、列车位置、列车号、车次等信息。

3.2 故障诊断

城轨智能运维系统具有故障诊断，故障信息能通过列车网络控制MVB将故障信息发送给车载云平台主机，主机安装于地铁列车TC1车、TC2车，采用天线利用4G网络传输至地面系统服务器，地面系统服务器利用4G网络传输至手机APP[5-6]。

利用对系统诊断的成果，采用实时数据作为数据源，计算各个列车的实时状态，判断列车当前状态是否正常，当列车出现停车、故障等状态时，进行实时报警，提供分析结果展示和推荐处置方案。

图2 系统数据流程图Fig.2 System data flow chart

选择故障点后，基于故障树、诊断算法进行故障分析与诊断，实现故障原因的快速定位。根据诊断结果，结合专家知识库提供故障处置意见，并在列车原理图中标注故障发生位置，提高故障处理效率。同时可查看该类故障的历史反馈结果，提供参考。故障处置完成后，进行情况反馈，实现处置闭环[7]。

3.3 应急响应

应急响应模块将车载数据处理中心下发的应急响应事件报文下发至地面应用系统进行展示，包括事件基本信息、事件处置剩余时间、事件参考处置步骤、当前司机台控制按钮信信号，并提供快速处置操作功能。

司机、调度、技术人员、管理各级人员可在手机APP等终端设备查看到应急响应事件的详细信息，并协助指导应急处置时司机动作、车辆状态，评估应急处置效率。

应急响应辅助各级人员在处置应急事件时做出高效正确的决策，实现列车分级应急指挥联动，为司机、调度、技术人员、管理人员各级人员决策提供应急参考信息，完成列车故障和非列车故障导致的紧急事件的应急响应和处置流程智能化[8]。

4 结论

城轨智能运维APP的实现构建车辆故障诊断和应急响应的云端解决方案，提高了地铁列车的故障处置速度、提升响应能力、降低因故障和外部因素导致的非正常停车和清客救援事故发生概率，同时具有工程推广价值[9]。