城市轨道交通列控系统智能化运维平台设计及应用探究

李 阳

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 北京 100070）

1 引言

列控系统是线网运行的核心，也是列车安全运行的重要保障。随着智慧城市建设的推进，人工智能技术、大数据、云计算等新技术在城市轨道交通中的应用越来越广泛，城市轨道交通也逐渐向智能化方向发展，其由最初的几条线路运营转变为大规模网络化运营，在超大规模线网环境下，无人驾驶成了城市轨道交通的发展趋势，对列控系统中的设施设备的运维管理提出了更高要求。因此，网络时代，有必要根据城市轨道交通的发展趋势对列控系统智能化运维平台进行设计，以提升运维管理的智能化水平，进而提高列控系统的安全性、可靠性、稳定性，确保列控系统安全运行、快速维护，进一步实现城市轨道交通全范围、全方位、全过程的智能化控制。

2 城市轨道交通列控系统智能化运维平台设计的技术基础

基于5G的物联网技术、云计算、大数据与人工智能等新技术具有系统状态感知、智能化数据分析、海量数据挖掘等优势，为设计城市轨道交通列控系统智能化运维平台奠定有利基础，进而推动城市轨道交通智能化建设。

2.1 基于5G的物联网技术的应用

5G和物联网是移动通信的发展方向。5G技术具有低时延、高带宽的优点，将其与物联网技术共同用于数以千计的设备中，进而实现更广泛的物物互联[1]。在城市轨道交通领域，基于5G的物联网技术是多源融合智能感知功能实现的关键要素，在城市轨道交通中应用物联网技术，将突破传输限制，实现“万物互联”，进而为运营管理带来极致体验。

2.2 云计算技术的应用

城市轨道交通列控系统通常利用监测维护子系统来维护设备，但监测维护子系统主要以车站为主体结构，集成化、智能化水平较低，不能有效汇聚和集中管理数据，导致城市轨道交通行业设施设备健康管理能力不足。为了满足大规模线网环境对列控系统的高可靠性要求，可将云计算技术运用于城市轨道交通列控系统维护领域，进而建立维保私有云，以汇聚、集中管理海量数据信息，为大数据分析奠定基础，进一步促进设备维修模式向预防转变。

2.3 大数据与人工智能的应用

网络时代，加快了智慧城市建设脚步，大数据与人工智能的应用推动了智能可控、主动精准防护、安全可靠的城市轨道交通大数据平台的建设，利用该平台能够完善车辆资源动态分配，统一部署城市轨道交通业务应用，以及有效开发运营部署运行环境，服务于城市轨道交通各类信息系统，从而提高整体运营效率，进一步形成信息化、智能化的城市轨道交通综合管理控制系统。在城市轨道交通列控系统维护领域，需要大数据技术、人工智能技术的支撑，形成多源数据感知、故障诊断预警功能，进而实现列控系统设备的智能化运维。例如运用人工智能和大数据来收集、整理与分析车载信号设备产生的海量信息元，从中发现数据隐藏规律，进而及时诊断故障，缩短故障维修响应时间，提高运维效率。

3 城市轨道交通列控系统智能化运维平台的设计思路与方案

3.1 设计思路

大规模线网环境下，将利用多传感器融合的计算机集中监测系统，并结合物联网、云计算、大数据、人工智能等技术来构建城市轨道交通列控系统智能化运维平台，进而完善设备智能运维体系，实现列控系统的智能运营维护，保障列控系统的安全性、可靠性与可用度，提升运维效率[2]。设计的城市轨道交通列控系统智能化运维平台应包括以下几方面功能：（1）拥有完善的、能自动感知多源数据的智能化监测设备，以快速有效地对故障进行定位、诊断、报警，同时给出维修建议，使设备维护由故障维修转变为状态维修，实现设备的健康管理与智能化运维；（2）拥有相关专家库，以不断优化设备维护监测系统，同时指导设备维护；（3）拥有完善的网络安全防护体系，进而实现设备维护管理类数据信息的移动化输出。

3.2 设计方案

3.2.1 建立技术体系

列控系统设备维护组织结构包括两层：线路级、线网级。其中线路级包括三层结构：（1）感知层，用来采集设备数据，如电气特性参数、网络信息、机械特性等，采集业务模块包括计轴、ATS系统等；（2）实时分析层，对感知层所采集的数据信息进行分析处理，及时诊断设备故障，进而提前发现设备隐患并进行维修，提升设备安全性；（3）线路应用层，用来实现线路的基础功能应用，如感知数据展示、报警展示与统计、线路设备状态图等，并将线路数据传至线网层。线网级包括五层结构：（1）云层，是用于提供计算、存储和信息资源的平台组件，是构成线网级服务的基础设施；（2）平台层，其作用是结合城市轨道交通特性，向其提供数据处理平台、可视化组件库等，进而提供数据服务；（3）线网应用层，主要是对感知层、实时分析层的数据信息进行跨线路的综合应用；（4）能力开放层，其作用是利用微服务来达到网络资源的共享，挖掘数据信息的最大价值，统一提供对外服务；（5）可视化门户层，主要是利用智能化运维门户应用对外提供开放接口，形成诸如全景视图、监测中心、应急中心等集成可视化主视图[2]。

3.2.2 建立网络体系

城市轨道交通列控系统智能化运维平台，是跨生产网域、管理网域、互联网域的三层网络架构，既可以满足网络安全，又可以实现各层次的应用需求。列控系统的主体数据和少量的设备维护数据分别位于生产网域和管理网域，为了保证生产网域和管理网域两网间的网络安全，需要在生产网域内部于线路侧安装防火墙，以达到线路侧和线网侧安全隔离的效果；需要在管理网域内部利用线网侧的数据接口来统一接入数据信息[3]。另外，利用防火墙达到管理网域与互联网域单向互联的目的，并结合业务应用需求对服务器和终端设备进行合理设置，以确保设备维护信息的智能化输出。

3.2.3 建立功能体系

列控系统智能化运维平台功能体系包括：（1）监测中心，通过运维平台的智能能分析，实现对全线网列控通信系统设备和无线环境系统设备的实时在线监测，并以图形化的形式展示设备状态、运营情况等。（2）分析中心：基于“大数据”，分析网络数据信息规律，实现对网络日志、设备生产数据的深度分析、安全监控以及趋势预测。（3）应急中心：依托智能化分析，建立高效、智能的的故障及隐患处理体系、完善的应急预案、影响范围评估等，一旦出现故障，能快速完成应急抢修。（4）健康中心：通过对列控系统设备健康情况进行综合分析，从而进一步对健康指数异常的设备驱动实施相应的维修作业，实现设备全寿命周期的运维管理。

4 城市轨道交通列控系统智能化运维平台的应用

基于城市轨道交通列控系统智能化运维平台功能体系理论，列控系统智能化运维平台的应用可从数据导向和应用导向两个方向出发。基于数据导向，结合全网设施设备在线监测及数据分析，构建大数据运行状态中心分析设施设备运行规律，实现数据的深度挖掘与统计分析、信息交互发布共享以及故障诊断及预警预测等。基于应用导向，通过对设施设备状态全量数据的感知、采集及系统数据接口上传，实现对列控系统的全面监测，从而呈现系统设备的运营状态视界，并以数据化、图形化的方式将设备在线监测运营维护状态信息展现出来，并将其应用于业务整体流程中。综合列控系统智能化运维平台中的全量数据感知、在线监测与应急处置功能，深度应用大数据、人工智能等技术，进而实现对设施设备全寿命周期管控、构建主动维保体系，进一步实现智能化运维管理。

5 结语

通过城市轨道交通列控系统智能化运维平台的设计与应用，城市轨道交通网络架构、功能模块、业务应用等已初步构建完成，实现从自动化向智能化方向的转变，在实现列控系统持续保持高可靠性、保障人们安全出行的基础上，提高运输效率、运营维护效率，同时实现大规模线网环境下列控系统设备的一体化智能运维、主动式应急防控与全寿命周期的运维管理。