大规模网络化运营下城市轨道交通通信系统设备的运营和维护

付一鸣

（武汉地铁运营有限公司，湖北 武汉 430000）

通信系统作为城市轨道交通运营的重要组成部分，为实现轨道交通信息传输提供了技术保障。城市轨道交通通信系统由若干单元、信源、信宿与信道共同组成，其中各个单元均需要具备特定功能与相互依赖作用，供用户发送与接收信息[1]。在交通通信系统中包含了大量的通信设备与软硬件，通过合理的布局与配置，共同实现大规模网络化运营下，城市轨道交通高效通信的目标[2]。随着城市轨道交道运营线路条数、运营车站数、运营里程数、跨线路业务数的大幅度增长，对交通通信系统设备运行性能的要求也逐渐升高[3]。为了提高通信系统设备运行的质量与效率，充分发挥通信系统设备的性能与效应，在当前大规模网络化运营下，针对城市轨道交通，开展了通信系统设备运营与维护的深入研究。

1 大规模网络化运营下设备运营场景设计

为保证城市轨道交通通信系统设备运营与维护的质量及效率，在当前大规模网络化运营下，依据城市轨道交通通信系统设备运行情况与特征，开展通信系统设备运营场景设计。本文设计的通信系统设备运营场景主要包括4 种，图1 为通信系统设备运营场景组成示意图。

图1 通信系统设备运营场景组成示意图

由图1 可知，4 种城市轨道交通通信系统设备运营场景能够详细地描述城市轨道各个区域与通信运营环境下，通信系统设备运营的工况变化。在各个运营场景中设置联动逻辑纽带，通过远程人工启动作业，唤醒城市轨道交通通信系统设备的自检功能[4]。在设备运营场景中设定数字集群式通信调度功能，集中控制信道，使通信信道享有有限运营权。设计通信耦合单元与串行通信控制板，基于移频监控半双工通信方式，控制通信系统设备传输速率与信号载频，通过通信耦合单元，接收与发送设备通信控制数据[5]。在大规模网络化运营下，设计通信系统设备运营场景的双环路结构，赋予设备自愈功能。将微机控制技术应用于设备产品中，提高设备运营场景的可靠性与稳定性。根据通信系统设备运营场景的动态变化，不断转变其扁平架构，以满足通信系统业务数据传输交互的需求。利用网络技术，建立设备运营场景一体化结构，设定运营场景顶层管理功能，检验管理通信系统终端设备运行情况，延长设备使用寿命。通信系统设备运维工作人员根据设备运营场景中资源利用情况，集成管理通信系统各个终端设备。基于设计的轨道交通通信系统设备运营场景，全方位、多维度地展示设备运营的实时情况[6]。

2 建立交通通信系统设备网络化运维平台

城市轨道交通通信系统设备网络化运维平台能够有效地实现设备智能化运营与维护目标，基于此，本文在完成设备运营场景设计后，建立了交通通信系统设备网络化运维平台。

设计城市轨道交通通信系统设备网络化运维平台的基本框架。图2 为城市轨道交通通信系统设备网络化运维平台基本框架图。

图2 城市轨道交通通信系统设备网络化运维平台基本框架图

由图2 可知，本文设计的设备网络化运维平台由智能维护监测服务器、运维监测工作站与显示终端共同组成。将城市轨道交通通信系统设备通过主干网与网络化运维平台连接，自动检测通信系统设备存在的漏洞，并对其作出响应处理。

在设备网络化运维平台基本框架的基础上，设计设备网络化运维平台功能。图3 为设备网络化运维平台功能结构图。

图3 设备网络化运维平台功能结构图

由图3 可知，设备网络化运维平台由城市轨道交通通信系统设备数据采集、健康度管理与故障分析诊断3 个模块组成。

1） 数据采集。使用精度与性能较高的传感器，实时采集城市轨道交通通信系统设备运行过程中，设备控制部分、设备转换部分以及设备表示部分的工况数据，将运行数据组成完整的设备感知信息，描述设备的运行工况。

2） 健康度管理。设定平台特征学习与特征分层提取算法，对通信系统设备运行图像与运作声音作出识别，将识别结果作为平台输入建模，管理设备健康度。利用物联网技术的深入挖掘功能，分析并挖掘城市轨道交通通信系统中，各关键设备的数据，对关键设备运行数据进行清洗处理，分析并提取设备运行特征参数，进而根据其运行特征参数与运行工况特征，预测设备的健康度[7]。

3） 故障分析诊断。在通信系统设备健康度管理基础上，进入设备网络化运维平台的故障分析诊断模块，通过平台故障分析诊断模块，对设备工况数据进行聚类处理，指定故障诊断派发任务，逐层诊断设备所有故障可能。依据设备故障特点与各个部件之间存在的关联，描述设备故障信息与故障原因。采用通信系统设备自查故障与接报故障记录的方式，管理记录设备故障，进而确定故障发生的影响因素与逻辑关系，为运维人员提供设备安全控制关键信息，帮助运维工作人员快速判断设备故障源，并定位故障，进而制定通信系统设备故障维修方案[8]。基于网络化运维平台可视化功能，重点维护设备故障概率较高的位置，结合预防性定期维护保养，全面实现通信系统设备网络化运维的目标。

3 评价城市轨道交通通信系统设备运维质量

完成上述设备网络化运维平台建立后，为进一步实现城市轨道交通通信系统设备全面运营维护的目标，解决其中存在的问题与不足，接下来，对设备运维质量进行评价。依据城市轨道交通通信维护规则，本文主要从3 个角度开展通信系统设备运维质量评价，分别为设备质量评价、设备工作质量评价与设备运用质量评价。

1） 城市轨道交通通信系统设备质量评价。通信系统单台设备评价得分能够衡量运营与维护工作的优劣程度，属于设备运维质量评价的基础评判依据，其计算表达式为

式中：Qa为通信系统单台设备评价得分；Qc为通信系统单台设备评价项目分值；Qr为设备每个评价项目权重。

2） 城市轨道交通通信系统设备工作质量评价。设备工作质量指的是运维人员在通信系统设备日常维修中的质量，能够反映设备维护业务能力与检修计划落实情况。通信系统单台设备工作质量评价表达式为

式中：Qc为通信系统单台设备工作质量；Nq为未按时完成检修计划的设备数量；Nz为通信系统设备生产计划总数。

3） 城市轨道交通通信系统设备运用质量评价。设备运用质量评价能够全面反映城市轨道交通通信系统的维护效果。评价中，采集设备综合网管数据，结合实际维护情况，动态检测设备运行数据、设备线路、设备上行PRB 资源利用率与下行PRB资源利用率、无线通信接通率、通信网络时延与丢包率。根据各项运行质量评价指标的动态检测结果，获取通信系统设备运用质量信息。

综上，先从设备质量评价、设备工作质量评价与设备运用质量评价3 个角度分别对通信系统设备运维质量作出全方位的检测与评价，获取设备工作与运用中存在的不足问题；再利用上述提出的方法，有针对性地对不足问题进行运营与维护，进而高效实现提高设备性能与效用的目标。

4 效果分析

综合上述内容，为本文提出的城市轨道交通通信系统设备运营与维护方法的全部设计流程。在提出的新方法投入城市轨道交通工程应用前，开展了如下文所示的运营维护效果分析，验证新方法的有效性与可行性后，方可投入实际使用。

选取S 市的城市轨道交通作为此次实验研究的依托。S 市的城市地铁运营线路全长约为75.2 km，总共设有60 座车站，均为地下车站，运营里程长度为73.5 km。该城市轨道交通通信系统架构采用总公司与子公司结合的形式，通信距离覆盖轨道交通全线。通信系统信道数量约为115 个组，均具备侦听与组呼功能，能够高效实现城市轨道交通调度作业。在该轨道交通系统中，需要通信业务的多数为控制中心、各个地铁车站与地铁车场。由于地铁车场与地铁车站业务存在较强的相似性，可以将其划分为同一类业务。通信系统中包括传输部分与接入部分，其中，传输层负责提供各种通信通道，使城市轨道交通通信业务能够从传输节点安全可靠地传输至另一个节点；接入层负责完成通信业务接入与汇聚，将汇聚好的通信业务交由传输节点，再通过传输层完成通信传输。在掌握S 市城市轨道交通通信系统相关概况后，按照上述本文提出的方法流程，对S 市通信系统设备进行全面运营与维护，检验新方法的应用效果。

在此次通信系统设备运营与维护效果分析实验中，引入对比分析的方法，将上述本文提出的方法设置为实验组，将常规的通信系统设备运营维护方法设置为对照组，通过对比两种方法的运维效果，进而判断提出方法的可行性。综合考虑此次实验所研究通信系统设备的运行特征，选取运营维护后，通信系统各个单项设备合格率作为此次对比分析的评价指标，其计算表达式为

式中：Ra为通信系统各个单项设备合格率；Na为通信系统单项设备合格数量；Nm为通信系统单项设备总数。

通过计算，得出此次实验的评价指标，单项设备合格率越高，说明通信系统设备运营与维护效果越好，设备运行性能得到了显著提升，反之，则说明通信系统设备运营与维护效果较差，设备运行性能较低。随机选取城市轨道交通通信系统中的6 种单项设备，每种单项设备选取50 个，分为6 组，分别标号为01、02、03、04、05、06。利用本文提出新的方法与常规方法分别对通信系统设备进行运营维护。利用模拟分析软件与统计软件，计算并统计通信系统设备运营维护后的合格率，绘制通信系统单项设备合格率柱状对比图。图4 为通信系统单项设备合格率对比结果。

图4 通信系统单项设备合格率对比结果

通过图4 的对比结果可知，本文提出的通信系统设备运营与维护方法应用后，各个单项设备合格率明显高于常规方法，单项设备合格率均达到了97%以上，设备运营与维护的效果较好，能够显著提高通信系统设备的运用质量与工作质量，为城市轨道交通实现高效通信提供有力的技术支持。

5 结束语

在当前城市轨道交通行业高速发展的趋势下，对通信系统运行质量的要求逐渐升高。为了改善通信系统设备运用与工作中存在的问题，本文提出了一种全新的设备运营与维护方法。根据图4 的实验对比结果可以得知，应用上述本文提出的方法对通信系统设备进行运营与维护后，单项设备合格率得到了显著提升，明显高于常规方法，单项设备合格率均达到了97%以上。本文提出的方法能够有效优化通信系统设备整体运营与维护效果，为提升城市轨道交通通信质量与效率作出重要贡献。