基于大数据的城轨车辆基地智能运维系统架构与应用_李杲.pdf

2023.3,3（2）|智能交通与数字化基于大数据的城轨车辆基地智能运维系统架构与应用李杲（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）摘要：在现代化交通强国建设中，城市轨道交通的建设要加速实现由高速发展转变为高质量发展，数字化、网络化、智能化日益成为重要的发展趋势。根据近年来轨道交通建设发展需求，智能运维系统的建设使用是必要的。智能运维系统就是建立在设备基础上的、以状态修模式为主要发展目标的智能化、数字化系统，其架构为依托大数据中心，充分利用云计算、物联网、人工智能等技术，通过增设车辆感知设备及轨旁设备，结合设备履历数据，并借助车辆运维业务系统、车辆健康管理分析系统等智慧系统，实时监控设备，采集和分析城市轨道交通车辆的运行和检修数据，判断设备故障趋势，诊断设备的运用健康状态。从而实现列车状态感知与跟踪、故障诊断预警、剩余寿命预测、运维智能决策、作业自动化等功能，保障列车安全可靠、提效节能，逐步实现车辆检修由计划修向状态修、精准修转变。关键词：智能运维；城市轨道交通；车辆基地；车辆检修；大数据Architecture and application of intelligent operation and maintenance system for vehicle foundations based on big dataLI Gao（China Railway Shanghai Design Institute Group Corporation Limited，Shanghai 200070，China）Abstract：In the construction of a modern powerful transport Country，the construction of urban rail transport has to be accelerated from high-speed development to high-quality development.Digitalisation，networking and intelligence are increasingly becoming important development trends.According to the development needs of rail transit construction in recent years，the construction of an intelligent operation and maintenance system is required.The intelligent operation and maintenance system is based on equipment and has the main development goal of state repair mode.Its structure is based on a large data center，making full use of cloud computing，internet of things，artificial intelligence and other technologies.By adding vehicle sensing equipment and trackside equipment，combining equipment history data，and with the help of vehicle operation and maintenance business system，vehicle health management analysis system and other intelligent systems，it can realize the real-time monitor of equipment，collect and analyze the operation and maintenance data of urban rail transit vehicles，judge the equipment fault trend，and diagnose the application health status of the equipment.Hence，the functions of train state perception and tracking，fault diagnosis and early warning，remaining life 中图分类号:U279.3+2；U491.2+27 文献标志码:A 文章编号：2097-017X（2023）02-0070-05收稿日期：2021-12-16作者简介：李杲（1988），男，硕士，工程师。研究方向：机务、车辆、动车检修基地工艺设计。70基于大数据的城轨车辆基地智能运维系统架构与应用 李杲 prediction，operation and maintenance intelligent decision-making，operation automation，etc.can be achieved，so as to ensure the safety and reliability of trains，improve efficiency and energy saving，and gradually realize the transformation of vehicle maintenance from planned repair to state repair and precise repair.Key words：intelligence operations；urban rail transit；vehicle base；vehicle maintenance；big data引言智慧城轨作为近年来轨道交通建设的新趋势，在部分城市的轨道交通建设中得到了应用，是轨道交通新理念和新技术在地铁建设中的综合应用。智慧城轨是指在建造、运营、维护和管理过程中，运用先进科学技术，采用新型的智能材料、智能设备与信息化设计管理方案相结合，使其在全生命周期内具有高度智能特征，实现智能服务、智能运营、智能维护和智能管理，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的新一代中国式智慧型城市轨道交通。目前国内轨道交通行业对智慧地铁的架构和范围没有统一的认识，缺乏统一的建设标准和规范。随着大数据、云计算、人工智能、5G、卫星通信等新兴信息技术的飞速发展，先行城市的智慧城轨建设已经起步，智慧城轨的发展需统筹发展战略，明确建设目标，确定重点任务，谋划实施路径，创新体制机制，统一建设标准和内容。从本质上讲，车辆智能运维系统是智慧地铁的重要组成部分，也是利用新兴信息技术作为基础，集成其他各类交通系统和服务系统，耦合为一个大数据智能系统，服务于车辆基地的智能检修，实现日常检修效率和车辆整体可靠性达到更高水平，集中体现了现代化轨道交通建设的新理念和新方向1。车辆智能运维的研究对轨道交通车辆基地的运用与检修方式产生了质的飞跃，深度变革运维作业模式，对提升运营生产效率、降低运维成本意义重大2。目前国内各轨道公司、科研机构及设计院对城轨车辆基地智能运维系统的架构内容和子系统功能开展了研究和使用，主要研究内容有：智能运维系统存在的问题、研究现状以及智能化解决办法 3；分析研究智能运维对降低车辆全寿命周期成本的意义及车地联网技术、车载检测技术、轨旁检测技术、专家诊断技术等4；提出智能运维系统技术路线，指导实现车辆状态检修5；系统介绍了智能运维系统的技术架构和业务功能，分析了智能运维系统的应用价值6；结合 BIM 技术，对正线上城轨车辆智能运维的设备采用、安装位置、检测差异进行了研究7；研究在列车全自动运行条件下智能运维系统的功能设计8。本文从轨道交通智慧地铁建设出发，构架完整智能运维系统功能，为车辆基地状态修提供重要技术保障。1车辆运维技术发展路径我国已步入交通大国行列，随着轨道交通的快速发展，车辆段运用维修也经历了技术的飞跃。车辆运维发展主要经历了以下几个阶段：（1）传统运维运维以人为主导，运维模式以经验修、故障修为主，人力投入成本占比较大。（2）自动化运维（V1.0）部分业务由自动化设备替代，减少部分人工成本，业务覆盖面不大，由人工干预实现自动化运转。（3）敏捷型运维（V2.0）底层设备与业务流程闭环交互，系统以综合平台的方式实现业务问题的解决，运营经验逐步积累并形成知识。（4）智能运维（V3.0）平台融入智能技术，使系统具备感知、传输、分析、决策的综合能力，实现运维的精准管理和人机物的高效利用。车辆运维技术发展路径示意图如图 1所示。车辆运维技术发展见证了我国轨道交通的发展历程，利用最新科技成果，发展智能运维系统，建设智慧城轨，大力开创自主创新发展新局面，正是我国轨道交通加快实现由高速发展转向高质量发展的切入点。2车辆智能运维建设的价值智能运维系统能够对车辆全寿命周期服役能力图 1智能运维技术发展路径示意图 71进行评估，在多专业组织协同下，能够实现安全保障，最大化节省成本，相对人工检修方案，智能检修方案的优化内容如图 2 所示。主要从行车安全、作业安全、资产成本、维护成本角度进行分析，主要内容包括：故障预警报警和辅助应急指挥、乘客异常报警、场段轨行区行车安全保障，登顶作业安全保障、地沟作业安全保障、施工作业安全保障，车辆部件全寿命周期服役能力评估与管理、部件利用率提升和使用寿命延长，故障快速诊断及原因分析、普查整治优化、修程修制调整、部件技改，耗能分析与节能优化、梯度用车调车、基于客流车辆运用等。总结车辆智能运维系统的建设主要实现的价值目标有：（1）日检工作量减少；（2）维保检修作业效率提升；（3）关键机械部件利用率提升；（4）列车运行可靠性及上线率提升；（5）车辆生命周期成本降低；（6）车场运作安全保障。3车辆智能运维系统技术架构3.1总体思路3.1.1检测设备代替人工通过在正线或场段轨旁安装检测设备、采用智能检修设备，代替人工检测，节省人力成本同时通过检测设备的并行作业，提高检修效率。3.1.2部件全寿命周期跟踪管理通过车载设备的监测，跟踪关键部件的状态和性能变化情况；通过离散的日常检测，对比跟踪检测项点的变化过程和失效形式。3.1.3业务综合管控与安全保障通过物联网和大数据技术将作业过程中的设备进行逻辑关联，包括库门、安全作业平台门禁/接地/供断电、不落轮镟床、牵引车、智能仓库、物料配送装置、周界安防系统等，同时进行人员跟踪、列车定位跟踪、异常入侵跟踪，保障检修业务的顺利执行和提供绝对的安全保障。3.1.4设备智能化远程控制通过列车和设备的升级改造，建立监控平台与设备作业的连接控制关系，逐步形成通过监控平台直接下达和控制调车和设备作业执行，包括车辆运行远程控制、库门远程控制、远程供断电控制、远程接地控制、不落轮镟床/洗车机作业控制等，最终形成物理层自动化、智能化作业管控。3.2系统架构3.2.1总体技术框架车辆智能运维系统总体技术框架主要由 4大板块构成，主要有状态感知板块、运维分析板块、作业执行板块和运维决策板块，如图 3 所示。其中状态数据及监控数据通过状态感知板块和作业执行板块获取后，反馈至运维分析板块，通过运维分析板块支撑运维决策板块，最后运维决策板块下达控制指令，指导业务执行。智能运维系统的设备部署主要包括列车在途状态监测设备、大数据管理平台设备、车辆轨旁智能检测设备、智能运维业务设备、智能运维分析设备，如图 4所示。智能运维系统各部分网络接口如图 5所示。3.2.2系统建设方案车辆智能运维系统方案的建设具体分为 1-5-N图 2智能检修方案优化示意图图 3智能运维系统总体技术框架图图 4智能运维系统设备部署图 72基于大数据的城轨车辆基地智能运维系统架构与应用 李杲 规划，主要