基于智慧城轨发展趋势下的智慧运维应用

程中国 欧曙光

（青岛地铁集团有限公司，山东青岛 266035）

0 引言

随着社会经济与文明的发展，人们对城市交通设施的需求更加强烈，各项要求也有了提高，且交通设施的完善能够提高城市经济运行的活力。因此，建设智慧城轨与智慧运维平台，能够推动城市交通的现代化与智能化，为城市各项活动运行提供保障，促进城市的进一步发展。

1 智慧城轨构建蓝图

智慧城轨就是将城市交通与大数据、人工智能、云计算等高端技术进行融合，在具体城市轨道交通建设过程中，将城市交通线路与互联网连接，实现对交通环境、交通基础设施以及乘客等多项信息的全面感知，并根据交通运行过程中周边的实际情况进行自动调控，实现交通运营服务管理模式的创新，提高城市轨道交通的安全性，加快轨道交通运行的效率，推动智慧型城市交通建设的发展。智慧城轨的建设相当于列车具有“自主思考”的能力，不仅具备正常场景下的自动唤醒、自动出库、正线自动运行、终点站自动清客、自动折返、自动回库、自动洗车、自动休眠等一系列新功能，还能在一些特殊场景下提供安全保障和远程控制功能，包括实现远程故障复位、远程开/关车门、远程车辆广播、自动故障扣车、列车运行状态在线监测、乘客紧急对讲、自动调用视频监控等功能。节省人力成本、提高运营效率的同时，还具有更高的列车运行安全性。

智慧城轨的发展面向的是整体城市交通行业，因此智慧城轨必须紧跟时代发展步伐，推进轨道交通的信息化、智慧化，加大轨道交通与现代技术的融合力度，逐步构建高度集成的城轨云端大数据平台。

2 智慧运维

智慧运维是以操作人员的知识以及运维经验为基础，与大数据等现代技术相结合，将智慧运维平台与实际运维情况相适应，承担城市交通系统的运行与维护工作，进而提高城市轨道交通的运行效率与质量。智慧运维具的优点：统一管理，在设备智慧运维管理平台上进行统一管理，自动记录和保存设备和运维日志；可扩展性，设备智慧运维管理系统采用云存储，存储容量高，可扩展性强；运行维护效率，利用大数据算法，人工检查必须在几小时内完成，智能化协助运行维护可在几秒钟内完成，错误率较低，协助运行维护人员高效检查，提高运行维护效率；智能告警，通过告警数据概要归并、KPI 相关度计算等，实现海量告警的智能应对；智能异常检测，依据平台的智能算法，智慧运维可自动判断各类指标异常与否，无需用户手动设定监控阈值；智能决策分析，当多维数据集指定目标字段的临界点后，自动定位到影响最大的组合，实现快速修复[1]。

智慧运维实现智能化操作和维护，根据强大的数据管理和监控能力，完成各领域的智能化、数字化。建立监督管理精细化的数据中心运维平台，弥补过去广泛管理存在的不足，为推动数据中心智慧运维和支持业务运营提供保障。

3 智慧城轨发展趋势下的智慧运维应用

3.1 智慧巡检

智慧城轨发展趋势下，提高城轨建设运行的质量与效率，实现对城市轨道交通各个系统的实时管理，降低故障的发生概率，当存在故障隐患时，智慧运维平台能够及时定位故障部位，利用智慧运维平台及时处理，确保城市轨道交通的高效运行。

智慧巡检是智慧运维工作的重要内容，可以实现对城市轨道交通车站及站内各项基础设施状态、质量等各个方面的实时监控，确保设备保持良好的待命状态，避免设备在应用过程中出现故障，为城市轨道交通安全运行负责。智慧巡检是基于三维BIM 模型，结合日常巡检工作，用三维虚拟仿真技术对巡检信息进行同步展示，对巡检过程中出现的异常情况进行跟踪处理，更好地提升日常巡检效率，完善巡检人员的管理工作。智慧巡检工作人员实时监控各类设备的运行数据并有效记录，及时将数据传到数据平台，为后续工作人员的巡检工作提供数据参考[2]。

智慧巡检的应用让工作人员的工作考核、核查等变得更简便、有序，可以减少人力与时间成本，提高管理效率；工作人员凭借智慧巡检系统能够提高信息填报的完整度，丰富信息填报内容，只需简单几个步骤即可快速完成巡查项填报、照片拍摄等，确保数据真实、规范，且信息数据时效性及巡查作业效率获得保障，有效推动智慧巡检工作的信息化进程；智慧巡检系统带有GIS 功能，迅速建立城市轨道交通的巡检、抢修、监护等业务所关注的GIS 信息库，管理人员及巡检工作人员均可利用智慧巡检系统快速浏览轨道交通线路周边的地理信息，为现场抢修、日常维护、管网巡检、施工监护等提供快捷有效的决策支撑；智慧巡检系统让各项监控信息的调取与查阅更加便捷，工作人员能够实时在线进行各设备信息的检查与更新，并且轨道交通各个单位工作人员还可以将一些工程现场照片、施工图纸导入智慧巡检系统，工作人员可以在智慧巡检系统中获得更多交通线路相关信息，提高资源利用率；工作人员利用自动或者手动计划模块，可以智能生成日常、重保或特巡计划，实现巡检作业网络化部署。工作人员可以利用智慧巡检系统进行交通基础设施的线下巡检，利用手机端智慧巡检App 自动实时上传巡检轨迹及照片等信息，如发现隐患或可疑事件可通过手机实时上报，智慧运维平台的管理人员能够实时接收并处理隐患上报、处理整改等数据信息，进一步制定巡检工作的动态输出巡线轨迹、隐患地图、巡视到位率统计表等；在巡视、抢修现场，工程人员可使用智慧巡检系统App 在线调阅相关文档资料，不用携带一堆纸质文档资料到现场，提高交通设施的运行效率，提升巡检工作的质量。

3.2 系统构建

智慧运维系统由智能巡检与环境监测两部分构成，智能巡检工作是利用巡检机器人对轨道交通设施的行走轨迹以及点位进行预先设定与监督，将所有监控数据实时传输、分析与整理，并及时传送到各区域服务器，实现交通基础设施的实时监控，当监控交通设施存在故障隐患时，智慧运维系统能够指挥机器人进行设施预处理，为维修人员的设备维修提供时间。环境监测系统利用具有特殊功能的摄像设备以及环境温度、湿度传感设备，对设施停放区域的环境进行动态监测，确保设施储存区域环境的合理，为工作人员的智能巡检工作提供数据参考[3]。

（1）智慧巡检系统能够满足工作人员的计划巡检与手动遥控巡检工作。计划巡检工作是工作人员在利用机器人进行巡检工作之前，对机器人的工作内容、工作计划进行完善，确保机器人能够自主、准确地完成预定的巡检工作，为工作人员的后续工作提供数据支持。手动遥控监控是指交通基础设施或者周边环境存在异常情况时，工作人员通过对巡检机器人的操控，让机器人快速到达设施异常位置，利用先进技术对异常情况进行分析，并将分析与整理的数据传输到智慧巡检系统，工作人员可以利用数据分析制定故障处理的方案，提高故障处理效率。工作人员还可以建设设施故障数据库，将机器人传输回来的数据与数据库内容进行对比，提高设施故障处理的针对性，分析故障出现的原因并制定相应的防范措施，降低交通基础设施出现故障的概率。（2）环境温度与湿度监测系统，利用红外测温设备实时采集设施表面以及环境的温度变化，利用红外线探测技术实现对设施异常情况的有效监测，减少智慧运维工作人员的工作量，确保对交通基础设施状态进行实时监控；利用环境湿度监测设备监督设施储存区域的湿度，当湿度指标超过合理范围时，该设备自动采取相应的措施降低环境湿度，为设施的储存创造适宜的环境。

智慧运维平台还可以实现系统信息的安全维护，防止不法人员的入侵，集中管理城市轨道交通的运行。防止不法人员的入侵主要通过高清摄像机对设施储存以及运维管理工作区域进行监督，当除了工作人员以外的人出现在监控系统时，摄像机与智慧运维平台相连接，向工作人员发出警报，确保智慧运维平台中的信息安全。集中管理工作是智慧运维平台对所有监控的集中操作，全面掌握城市轨道交通运行状况，有效实现对智慧巡检工作的计划与开展[4]。

3.3 能耗管理

智慧城轨建设过程中，能源消耗问题不可避免，带来了环境污染、建设成本增加等问题。为了降低智慧城轨建设的能源与成本消耗，需要利用智慧运维系统将各个施工设备与节能控制系统相联系，利用智慧运维系统实时监控设备状态、环境变化情况等，及时调整施工建设的策略，降低施工建设过程中的能源消耗，还可以降低施工难度，提高智慧城轨的建设效率。

智慧运维平台将智慧城轨建设过程中的能源消耗数据进行整合，并建立相应的能源利用模型，工作人员针对模型数据内容进行深入分析，深入了解建设过程中能源消耗问题，针对不合理的能源消耗部分开展研究，实现对能源消耗问题的精细化管理[5]。此外，智慧运维平台通过对智慧城轨各项数据的采集整理与分析，结合环保节能的原则与乘客舒适度的各项要求，将整理的数据统一上传到智慧巡检管理系统，调整部分参数，提高数据控制的智能化。例如，通过定时控制或者联动控制等，自动生成数据变化报表，为管理人员制定决策提供数据信息支持，降低各项施工设备的能源消耗。

3.4 故障预测与健康管理系统搭建

该系统是利用传感器采集数据，利用数据分析技术分析并预测监控设施的健康状况、故障频发区域与周期、故障的发生、监控管理设施的状态，达到自主保障、自主诊断的要求，提高工作人员各项决策的科学性；监督各项设施的质量检查、运行监督与维护、基础组件的配置等工作，控制智慧城轨建设与管理的成本，发挥故障预测与健康管理系统的价值。该系统的建设与完善是利用各种算法与模型找到故障的表象与故障根本原因之间的联系，推算故障发生的根本原因并确定故障发生的部位，对故障出现的征兆和趋势进行跟踪，对未来可能发生的故障进行预测，提前制定故障维修方案，调配维修资源，提高故障维修方案的完整度[6]。该系统的研发与应用能够减少城市轨道设施建设的成本，提高运营效率与安全性，确保城市轨道交通运行品质的提升，为乘客提供优质的服务，为相关部门带来显著的经济效益与社会效益。

该系统具有几点优势：管理设施运行的生命周期支持多种数据获取方式，包括实时数据采集、半实物数据仿真、数字仿真、离线数据等；具有大数据存储计算平台与大数据治理功能；具有大数据智能分析功能，支持故障预警模型、故障诊断模型等；提供数据可视化显示功能。

3.5 数字孪生技术应用

数字孪生技术包括三维可视化、预测性分析与全生命周期。例如，地铁的智慧运维需要注意人流量监测、控制与环境监测等内容，满足乘客舒适度的需求，确保地铁的运行安全，为乘客的人身安全提供保障。传统地铁运行监控利用自动化管理与控制系统，大量数据的监测与分析需要工作人员花费很多时间进行整理，工作效率较低，影响环境监测数据的可视化。三维可视化是利用3D 建模建立数据变化的立体模型，将地铁车站的建筑结构、通风与空调系统等展示在建模中，呈现一个虚拟仿真的环境，工作人员利用3D 模型开展数据分析，评估地铁的最大客流量，优化地铁的各个系统，提高地铁环境的舒适度，扩大地铁的乘客容量[7]；预测性分析是对环境变化进行预测的能力。如，利用传感设备监督地铁环境中存在的安全隐患、监督乘客是否存在身体不舒适、计算地铁各项系统设施运行的能耗等，为地铁运行工作的开展提供数据参考；全生命周期是将智慧轨道建设整体阶段以及后续运行阶段的数据进行全面收集与整理，提高数据监控的整体性，在地铁运行过程中能够及时监督各项数据变化，了解是否存在设施故障与老化等问题，提高设施维修效率，提高地铁的效率与安全性，降低地铁设施的维修成本。

4 结语

智慧城轨建设背景下，提高智慧运维平台的建设速度，加强现代技术的利用，让城市轨道交通运行更加智能，推进城市交通设施的完善，逐步构建城市交通的网络化，促使居民出行更加便利，促进社会经济文明的发展。