城市轨道交通信号设备智能运维系统顶层设计

武 强

（中铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100036）

0 引 言

智能运维系统顶层设计严格依照自顶而下进行设计，立足于全局，科学调配系统内所有设备设施与资源，通过设计技术体系、管理体系等，充分考虑各层次用户的需求特征，促使智能运维系统适用于不同场景之中，以此有效提升设施利用率，防止出现信息孤岛的问题。此外，借助信息技术的优势特征，例如高可靠性、高可拓展性等，努力健全智能运维系统，实现多平台、多层级、多网络的信息资源共享[1,2]。同时，有效提高系统技术、管理等方面的服务能力，减少后续建设与运营过程中的成本投入。

1 城市轨道交通信号设备智能运维系统需求性分析

目前，国内主要城市信号系统设备运维模式存在许多问题，运维保障技术仅从信号系统进行设计，信息传递依赖人工进行，对故障处理综合调度缺乏自动化分析，采集数据仅限于设备运行状态记录等，不利于系统安保能力提升。不同厂家提供的维护系统存在人机界面不兼容等问题，给运营单位设备维护带来不便。列车自动控制系统（Communication Based Train Control System，CBTC）为正线信号系统城轨交通线路，这种类型的系统是基于集中监测系统进行信息监测的，无法全方位、多层次地监测信息设备的运行状态。目前既有城市轨道交通信号制式并不统一，各线路监测采集的信息在完整性和数量上都无法满足运维需求，同时还存在采样数据渠道单一、数据分析依赖人工经验等问题，而通过应用智能运维系统可以大幅提高维修保障效率。车辆运维系统是以状态维修模式为主的数字化系统，依托人工智能等新技术，借助实时监控设备分析城轨交通车辆运行数据、诊断设备运用健康状态并指导关键设备现场维修作业智能化管理[3]。CBTC结构图见图1。

图1 CBTC结构图

对于城市轨道交通信号设备智能运维系统而言，其最核心的需求便是对设备的维护、管理等。考虑到轨道交通在运行、保养过程中将产生大量的数据信息，若是无法及时将这些数据信息如实记录、储存下来，那么在后续设备维护过程中必然会出现困难。不仅如此，设备是否存在维护的需求同样取决于其运行过程中呈现的状态，管理者可利用相关数据信息构建数学模型，从而确定设备的维护时间与维护内容。考虑到在安排设备维护时往往会影响到原本正常的生产计划，相关负责部门应实时掌握固定资产流动情况，提前根据相关设备的维护需求做好备件的采购等工作[4]。考虑到不同层次下设备维护的需求有所差异，因此制定的决策支持同样有所不同。基于此，管理者应选派专业人才，针对设备的具体维护需求制定有针对性的决策支持方案，并对其中非结构化的决策方案展开详细研究，以确保所制定的方案能够实现维护目标。

2 智能运维系统顶层设计要点分析

2.1 系统架构设计

综合分配所有的设备、信息资源，构建公共、公开、共享的系统平台，以便不同层级的用户随时调取。同时，构建标准、灵活、安全、高效的数据采集传输接口。考虑到目前监测设备型号各异，所收集到的数据也越发多样，因此需要构建统一的数据采集体系，依照专业化的数据采集格式和接口协议整合所有的数据信息，尽可能避免出现数据资源浪费问题。设计专业化的应用服务功能、应用组件以及通用型应用程序，以便构建高效实时、公共共享的数据体系。

图2 为智能运维系统架构示意图

结合用户的个性化需求，为用户打造多样化、可视化的数据展示页面，真正做到业务协同。制定专业的信息安全保障制度，从而确保智能运维系统能够一直安全稳定的运行。

2.2 系统功能设计

依托数字化技术平台，对硬件运行状态进行全面监测，并将所监测到的结果通过可视化的形式展示出来。其中，硬件运行状态监测主要是对实体车道、电力设施、网络设施、站区设施等的监测。该系统通过监测获取相关数据，并对数据展开实时分析，一旦发现异常便会立即警示，自主对整个硬件运行状态展开监测，有效避免出现故障。通信管道实时监测则是实时监测收费系统下光电缆的运行情况，灵活运用技术手段获取光电缆管道占用状况、纤芯使用量等真实数据，随后运用图形化的形式将整个光电缆的工作状态呈现在管理者眼前，以便提高对光电缆资源的管理水平。若工作过程中光电缆出现断点，则需在第一时间找到断点发生的具体位置及时进行处理，最大程度上减少经济损失[5]。软件运行环境监测是通过搜集软件运行过程中运用的信息编码表等进行一致性对比分析，一旦发现软件的下发情况与版本号存在不一致，则立即提示管理人员。

3 系统功能实现

基于维护支持、智能分析、运维管理需求，轨道交通信号设备智能运维系统能够重点实现以下功能。

从信号设备状态监测角度出发，建立信号设备状态监测中心，为轨道交通信号设备智能运维系统实现信号设备状态感知、集成监测、故障智能诊断、智能预警以及可视化故障再现等功能提供数据支撑，对信号设备进行全天候的监测、故障智能诊断及自动定位。若在监测信息设备的过程中发现信息波动超出安全允许范围等异常时，该系统能够及时自动发出预警，提醒维护人员开展检修工作[6]。

针对信号设备建立多维度的健康评价体系，完善健康管理数据分析中心。当信息设备出现异常或故障时，健康管理数据分析中心能够快速反应，生成服役设备的健康指数评价表，并为设备的管理和维修提供科学准确的建议，优化设备状态。同时，在建立多维度健康评价体系时，应结合不同类型信号设备的规律和特点，采用健康度估算法对信号设备和系统总体运用情况进行评估，反馈在线设备监测、诊断信息，提供离线设备的巡检报告。

基于平台基础信息和地理信息技术，建立健全运营维护一体化协同体系。编制应急方案，当运营维护一体化协同体系监测到城市轨道交通信号设备出现故障时，即可启动应急方案，及时处理故障，维持设备运行的稳定性。系统应提供应急预案、专家系统及应急交通路线图等业务查询服务，满足集成指挥调度、在线监测查询、异常信息统计及分析等处理需求。

统筹平台各项资源，建立人、事、物、态联动主动式维保体系，提升维护效率，缩短维护时间。依托智能感知和系统识别技术完善主动维保标准，检测评估信号设备的使用寿命，采用智能预测手段确定系统设备的维修周期，并根据预测维修周期设计管理与维护方案，辅助主动维修保护模式延长设备的使用寿命，提升运维管理的质量，保障系统信号设备运行的安全性和可靠性[7-9]。

对所收集的实时告警信息进行标准化处理，将不同厂家的告警按统一的标准进行分类并统一呈现。根据实际需求对不同类型的告警重新设置告警级别，并在监控界面中显示。通过资源信息，呈现各系统的设备拓扑连接图、设备面板图以及业务承载信息等。配合地理信息系统（Geographic Information System，GIS）地图，以电子地图为背景显示通信站点及机房的分布情况，在GIS地图上查看站点、机房及设备分布情况。当设备有告警时，可在GIS图层上查看告警提示。

4 结 论

依托智能化控制和集成化管理等优势，通过地铁信号智能运维系统可以实现信号设备状态监测、健康管理数据分析、设备综合监控以及主动式维保等功能，对保证运营安全、提升运维效率以及降低维护成本等具有重要意义，能够推动信号设备维护向状态运维模式升级，降低列车延误率。