智慧城轨发展趋势下智慧运维应用分析

杨金虎 王志铭

（郑州中建深铁轨道交通有限公司，河南郑州 450000）

0.引言

随着科技的进步和社会的发展，人们逐渐加大了对城市交通建设的重视力度，将新型技术与城市交通进行有机结合，有利于推进其向现代化、智能化和科技化方向积极发展，在此基础上还要深化智慧运维应用内容，拓展智慧运维空间，有利于推进智慧城轨的可持续健康发展。

1.智慧城轨的构建蓝图

对于智慧城轨来说，其是交通建设与先进技术融合的产物，在智慧城市建设过程中发挥着关键作用，同时也是其高质量、高水平建设的重要保证，为城轨行业自主创新发展提供了良好的建设平台。智慧城轨主要指的是城市交通与大数据、人工智能、云计算等高端技术进行有效融合，能够在具体城市轨道交通建设过程中通过与互联网的连接，以及各项智能技术的结合，进一步实现交通环境、设施设备以及乘客等多种实体信息的全面感知，能根据实际情况进行自动调控，不仅在原有基础上实现对运营服务管理模式的创新，还提高了城市轨道交通的安全性和高效性，推进其向智慧型城市积极发展。

从目前情况看，智慧城轨的发展进程面向的是整体城市轨道交通行业，因此，必须紧跟时代发展步伐以提高综合国力和实力为目标，推进城市轨道信息化、智慧化建设，通过构建智能信息系统来加强先进技术的大力融合，从而构建出具有高度集成的城轨云端大数据平台。在此基础上，必须构建完善的技术指标体系和数据系统，才能对实际城轨运行操作起到一定规范和指导作用，促使智慧城轨建设向正确方向可持续发展。除此之外，还要在建设过程中对城轨云端大数据平台的布局结构进行系统优化，积极创建服务、能源、运维等各个方面的管理体系，才能切实构建出具有较强完整性、高效性的数据平台[1]。

2.智慧城轨发展趋势下智慧运维的应用方面

2.1 智能巡检

为了有效提高城轨建设质量和效率，实现对城轨各个系统的统一管理，减少故障分析定位环节，需要利用智慧运维手段进一步解决相应问题。智慧运维指的是以操作人员的知识和运维经验为依据，与大数据等相应技术进行有机结合，从而开发出与实际运维情况符合的智能策略，同时还要将其融入智能运维系统中，切实提高运维任务完成质量和水平。

智能巡检是智慧运维工作的重要组成部分，主要内容是对车站及房内的各项设施设备的运行状态、质量等各个方面进行深入检查，能够有效避免设备在应用过程中出现故障，对城轨的高质量运行起到一定阻碍作用。一般情况下，设备的状态可大致分为正常、预故障和故障3种，且不同设备之间还具有较强的差异性，因此，用户可根据自身情况，对系统或设备进行随时选择并对其进行检查，在此基础上，还需要对检查的各项数据进行有效记录，并将数据传送至数据平台中，为后期巡检工作提供数据支持[2]。平台会以统计图表或表格的形式，将设备健康状态下的各项信息与最新检测数据进行自动对比，可直接观察出设备存在问题的具体位置，具有较强的直观性和明确性，通过系统一系列的智能分析能够给用户展示出全面的设备状态过程，与人工巡检相比，有效减少了巡检环节，加快了巡检时间，还可以在按照相关程序流程和规范的基础上对巡检要素进行有效设定，能够进一步实现全方位、全天候的智能巡检，切实降低了人工资源成本，达到提高巡检质量和效率的目的。

例如：2019年12月26日，由上海申通地铁集团有与维护保障有限公司承办的“智慧地铁，共享未来—2019中国长三角轨道交通维保技术与人才论坛”正式召开。本次论坛展现出众多上海轨道交通智慧运维设备，其中由大立科技自主研发的“轨道式智能巡检机器人”成为亮点之一。

智能巡检机器人主要利用了5G技术的移动视觉导航技术、语音传输指挥功能、设备全景测温技术以及设备自动识别管理等多样化创新技术，进一步实现了对巡视设备区域的全面覆盖。与此同时，其中还存在可见光高清摄像机、气体检测仪、温湿度传感器等设备，能够对周围环境进行了解和掌握，还能对相应数据进行采集与监控，在此基础上，构建了异常状态预警和联动告警装置，进一步对城市轨道交通安全提供保障，提高维修可靠性。

根据中国城市轨道交通协会测算，城市轨道交通建设对GDP贡献率较大，在轨道交通规划建设方面，在原有基础上增加18个城市73条线路，总体规模6374km，同时还要紧跟时代发展步伐，在新建项目中采用大量的无人驾驶、智能巡检等智能技术，推进我国城市轨道向智能化方向积极发展。

2.2 系统构建

通常情况下，智慧运维系统主要是由智能巡检、环境监测两部分共同构成的。对于智能巡检部分来说，主要指利用巡检机器人在应用前对其行走轨迹、点位进行预先设定，实现对设备房和机柜开展自动化巡检工作，通过自身系统的数据采集、传输和整理，能够传送至本地服务器。并与正常状态数据进行对比，如果出现状态不一致现象，则会提供准确的故障设备位置和相应信息，在特殊条件下还可通过远程手动对机器人的任务执行情况进行操控。对于环境监测部分来说，主要是利用具有特殊性的摄像设备，以及温湿度传感设备，对机房内各项动态环境实时监测，对具体数据进行分析处理，待得到最终结果后可将其上传至数据库进行保存，为后期环境数据的查询提供便利。

在智能巡检系统应用过程中，可大致分为几种情况：（1）计划巡检与手动遥控巡检。计划巡检指的是在机器人开始巡检任务前，需要对其工作内容、工作计划等进行统一编制，促使其能够自动完成巡视工作。手动遥控巡检指的是当设备或环境状态存在异常时，可通过对巡检机器人进行操控促使其快速到达异常设备位置，通过先进技术对异常情况进行数据分析和传输，为相关人员制定故障处置方案提供数据支持[3]；（2）红外测温与环境监测。红外测温顾名思义就是在对设备表面温度高效采集的基础上，利用红外线探测技术对设备异常状况进行有效探测。环境监测则是利用传感设备，对设备房内环境状态进行实时监测，包括温度、湿度等；（3）防入侵监测与集中管理。防入侵监测是利用红外高清智能摄像机，对机房内进行实时监控，如果出现外界人员进入监测范围内，通过摄像机的自动感应可启动报警装置，将报警信息传送至服务系统中。智慧运维系统的集中管理，指的是在系统后台对前端巡检设备进行集中操控，能有效实现对巡检任务的分配、设备状态的勘查以及统计报表整合输出等。

例如：2019年上海铁路局召开了对神州高铁“机辆车底智能巡检机器人系统”的技术评审会。通过对智能巡检机器人系统的展示，明确其采用了机器视觉技术、图像识别技术、全自动化智能分析定位检测技术和列车仿真模拟检测技术等，以人工模拟作业方式对各项设备及环境进行自动检测，其中包括转向架等可视零部件，同时还具有预警系统和人脸检测技术，进一步解决了动车组人工作业存在的问题。具体来说，显示结果表明该系统能够对检测目标位置进行自动准确找寻，并对其检测目标状态进行自动检测，将定位和检测精度细化到0.05mm，切实提高了检修质量和效率，促使其向信息化、智能化方向积极发展。

2.3 能耗管理

在智慧城市轨道建设过程中，必然会产生一定的能源消耗，为了达到节约能源消耗、降低运营成本的目的，需要利用相应的硬件设施和网络资源，将系统中各项联动装置和节能控制系统进行高效连接，并将其整合到统一界面中利用远程控制技术对设备状态、环境参数等进行操作。在此基础上与可视化系统能源模型进行结合，对模型结构与实际效能进行深化分析，有利于实现对设备资源能耗进行精细化管理[4]。通过对城轨各项数据的采集和分析，严格按照节能原则和舒适度需求，将数据统一规划到巡检管理系统中，有利于实现多项智能控制，如定时控制、本地控制、联动控制等，可以此为依据自动生成系统数据报告，为最终管理决策提供信息支持，切实达到节约能耗的目的。除此之外，还能在降低经济投入的同时提高用户满意程度，推进智能运维的发展进程。

例如：2020年11月27日，中国城市轨道交通协会运营管理委员会2020年年会在青岛举行，其主要内容包括上海、广州、深圳等30多家地铁公司的智能装备集成状态，以及对智慧城市轨道建设能源消耗问题进行深入分析。

从目前智能巡检机器人建设方面看，已经可以详细划分为智能巡检机器人和板下微型巡检机器人2种形式，经过研发团队的反复论证、测试和优化，进一步对其资源能耗问题进行更深程度的研究。从电力资源方面看，其是巡检机器人运行的主要动力支撑，当应用以上2种机型时，可有效弥补现有的电力监测系统诸多不足情况，极易避免出现资源浪费等不良问题，可进一步对放电、温度异常、可见红外等进行精确检测，有利于为轨道交通系统供电智慧运维提供新思路，并有效节约人工与经济投入成本，尽最大程度提高了系统内能耗管理力度，为实现智慧城轨建设降本增效提供大力支持。

2019年4月，青岛地铁已明确了智能运维顶层规划、城轨云与6号线智慧地铁规划两项重要内容，具有智能检修机器人、智能运检机器人和动态检测数据系统3项智能运维成果，加大运维系统能耗管理质量和水平，为城市轨道交通运营指明发展方向，全力助推轨道交通运营高质量发展。

2.4 PHM平台搭建

故障预测与健康管理系统（Prognostic and Health Management，PHM）是指利用传感器采集和分析系统运行状态数据，以提供先进的故障诊断和预测行为，进而能够预测未来的健康状况、问题的出现及需要的维修行为。基于诊断/预测信息、可利用资源和运行要求，对维修和后勤活动做智能、充分和适合的决策，从而在产品设计、生产、检验、运行、维护、配置等整个生命周期过程中体现出管理成本效益。简单地说，PHM就是借助各种算法和模型，找到故障表象与故障原因之间的关系，推导出设备故障的原因及故障部位，并对故障征兆趋势进行跟踪，对未来可能发生的故障进行预测，并通过维修决策合理调配维修保障资源，从而制定出最佳维修保障方案。PHM项目的研发与应用，可在成本优化、运营效率提升、运营安全性及运营品质提升等方面获得卓越成效，将为城市轨道交通带来显著的经济效益和社会效益。

2.5 数字孪生技术应用

对于地铁这样规模庞大且人流密集的重大交通设施，监测、控制其环境质量显得尤为重要，不仅要满足乘客的舒适度体验还要保证乘客的人身安全。传统地铁环境控制系统采用自动化管理与控制系统，面对获取的大量运行状态监测数据，难以用可视化的方式呈现，所以将数字孪生技术与地铁环控系统相结合就显得尤为有意义。将数字孪生技术与地铁环控系统相结合，具有以下优势：

（1）三维可视化。数字孪生打破了通过平面图纸整合建筑信息的传统模式，通过 3D 建模技术映射出物理现实世界的建筑模型。能够逼真还原地铁车站的建筑结构、管道系统、通风空调系统、电梯系统、安全警报系统等，同时涵盖所有的几何、材料和状态信息。（2）全生命周期。数字孪生从规划设计到施工再到运维阶段的信息集成，保证了数据的完整性和一致性，贯穿地铁车站全生命周期。改善了传统模式中设计、建造阶段的信息与运维阶段的信息分别储存的弊端，减少了维护成本。（3）预测性分析。数字孪生技术的引入为预测性决策和分析提供了基础。利用传感器监测大功率或易燃易爆等危险物品的关键数据；可借助深度学习算法，分析监控采集的乘客行为图像；根据通风空调系统的配置和传感器采集的数据等，分析车站热舒适度，同时预测能耗。

3.结语

在智慧城轨建设背景下加大对智慧运维的重视力度是满足现代化、智能化社会发展的必然趋势，是推进交通行业积极发展的重要内容。因此，必须根据实际情况做好体系构建，强化智慧运维的各项能力，有利于实现交通经济和社会效益的和谐统一。