浅谈基于线上检修的城轨车辆智能运维应用研究

李 行

(绍兴市轨道交通集团有限公司，浙江 绍兴 312000)

国内某条2号线一期工程线路为全国首条同时采用全自动运行、专用回流轨、综合监控系统云平台架构的轨道交通线路。同时，为了优化场段布局，一期工程暂不建设车辆段及停车场，转而建设“过渡期运营保障临时设施”(简称线上停检线)，线上停检线设3列位停车列检列位、1列位双周三月检列位、1列位停车列位，协同配合另一车站折返线和站台延长线共同承担车辆日常检修停放任务，定修及以上修程由1号线车辆基地承担，线上停检线如图1所示。

随着智慧城市下智慧地铁概念的提出[1]，智慧车站、智能运维、大数据、云平台、5G逐渐进入城市轨道交通行业，使得利用智能化设备来辅助直至替代传统运维成为可能。目前，上海地铁、北京地铁、广州地铁等地铁公司已经开始对车辆智能运维体系进行探索性应用，国内各大城市轨道交通企业均积极着手研究适用于自身的智能检修模式[2]。上海地铁意在建设一套联合“车联网子系统(IOR)”“轨旁车辆综合检测子系统(SMIT)”“车辆维护管理信息子系统(RISE)”“车辆维护专家系统”4个专业化系统整合而成的“智能运维系统平台”[3],其在智能运维领域的研究与应用走在了全国地铁行业的前列。

图1 线上停检线

1 运维方案

根据线上检修选取智能运维设备实际安装或使用位置的不同，车辆智能运维设备大体可分为车载设备、轨旁设备和辅助设备三大类。

表1车辆智能运维设备

线上停检线的设立加大了车辆检修作业的难度，车辆检修作业急需优化调整。线上检修的实际情况决定了所有安装在车辆段及停车场的智能运维设备均需安装在正线，暂不考虑架大修智能设备在现阶段的运用，同时，一些正线安装的设备需考虑后期迁移至车辆段的可能。

2 运维设备

2.1 车载设备

弓网在线监测系统[4]，是通过在车顶部署红外热像仪及可见光数据采集装置实时采集运行端受电弓、接触线、悬臂管、绝缘子、稳定臂、固定支架和电缆夹等数据信息，并存储于车载数据机柜内，满足故障定位查找要求。主要具备监测悬挂成像、受电弓几何参数、弓网关系、受电弓状态及数据综合分析处理等功能。

2.1.1 走行部状态监测系统。主要通过安装布置在走行部转向架上的传感器网络，具备监测轴箱齿轮箱(包括轴承内圈、外圈、滚动体、保持架等故障判断)、牵引电机等关键部件的温度、振动和冲击等物理量、轮对状态(包含踏面损伤、轮对失圆等)、轨道波磨的检测。能够对采集到的数据进行综合分析处理，对走行部状态进行评估等功能。

2.1.2 障碍物探测系统[5]。主要具备主动式障碍物检测、脱轨检测、被动式障碍物检测等功能，在TMc车设置激光雷达、长/短焦工业摄像头、被动障碍物及脱轨检测装置和智能主机等设备。主动式障碍物检测装置能自动判断前方限界内有无障碍物或电客车，并能进行预警提示，被动式障碍物检测装置检测到障碍物、脱轨检测装置检测到脱轨时应施加紧急制动。

2.1.3 蓄电池状态监测系统。主要配备智能监测装置，集检测、数字及模拟信号处理、通讯及智能控制于一体。能在线监测蓄电池的各项参数，包括蓄电池组和单体电池的电压、电流、温度等，有效监测蓄电池存在的鼓包、漏液等对列车的安全运营造成较大威胁的现象，并通过设置告警值提供预警信息，方便及时排除故障。

2.1.4 车门智能诊断系统[6]。具备车门工作情况的远程实时监测、车门故障的远程实时监测、车门亚健康状态的分析、故障信息和亚健康状态的信息推送、技术专家远程会诊、大数据分析等功能。

2.1.5 空调状态监测系统[7]。具备空气净化，杀菌消毒(包括SARS、H1N1等流感病毒)，分解去除甲醛等有害化学物质、去异味等空气净化功能。配套空气质量传感器和信号反馈系统，能对车厢内的PM2.5、VOC、CO2、温湿度进行实时监测，其运行状态及空气质量数据通过通讯模块进行产品的远程控制和数据传输。

2.2 轨旁设备

轮对及受电弓在线检测系统均安装在车站右线进站端。

轮对在线检测系统主要采用非接触式的方式，主要功能为检测轮对尺寸(包括轮缘高度、车轮直径、踏面磨耗量、轮对内侧距等)，自动绘制车轮踏面轮廓线(具备自动绘制踏面轮廓线功能，与标准踏面轮廓线做比对，直观显示车轮磨耗情况)、超限报警，以及数据分析(对轮对大数据分析挖掘，检测评价车轮状态，科学指导车轮镟修，实现轮对镟修优化管理)等。

受电弓在线检测系统分为受电弓状态检测和车顶图像检测两个子系统。系统主要在动态非接触情况下，通过自动图像分析处理来对受电弓碳滑板磨耗量、中心线偏移量、接触压力等数据分析，对车顶异物和车顶关键部位状态室内可视化观测及判断，具有故障自动监控及声光报警，具有对检测出的数据进行分析、判断、整理等功能。

2.3 辅助设备

360°动态图像智能检测系统安装在车站右线进站端。实现对车底走行部、车侧转向架、车顶受电弓及其他关键部件工作状态的全面监控及检测，对关键部件缺失、变形、异物等异常情况实现自动预警。系统由车底走行部图像监测单元、车顶图像监测单元、车侧图像监测单元组成。

车辆智能运维管理系统[8]，定位于列车维修管理和运维决策，基于大量车载和轨旁数据的融合挖掘分析，能够实现对列车TCMS数据、所有车载/轨旁监测系统的过程数据以及各系统自身分析结果、车辆维保产生的数据的录入等信息采集以及综合分析功能，能够实现由该系统来统一管理车辆的状态、故障报送、列车健康状态分析、亚健康状态预警等管理功能。同时，需实现线路级及线网级的车辆运维状态管理，并具备扩充性。

3 运维应用

通过研究发现，车辆智能运维设备还包括独立于信号系统之外的列车防撞系统、轴温齿轮箱及电机温度检测系统、车辆运行品质在线检测、TCMS数据检测系统、车辆能耗管理系统、检修机器人等，由于上述车辆智能运维设备在功能上与既有设备出现重复或不够成熟，故在现阶段不采用。

由于正线安装需在正线设立正线检测区，部分检测设备会受过车速度影响较大的限制，故采取360°车辆外观检测系统等设备安装在正线车辆进出站位置以列车启停的低速时段进行检测，同时，由于地下隧道环境较为恶劣，一些细小部件如方孔锁等的识别准确率会受到影响。车辆段取消后，在车站站厅层设置取代DCC的检修调度室，车辆智能运维管理系统等智能运维设备的服务器均设置于检修调度室内。探究过渡期车辆智能运维的应用，还需统筹考虑在正线的安装空间及使用要求，核定总体布置要求、设备基础土建要求、给排水、通风空调、供电容量及供电要求和接口条件。智能运维体系，如图2所示。

图2 智能运维体系

鉴于车辆智能运维的不断发展，车辆智能运维应具有一定的扩充性和开放性，一方面车辆智能运维应能容纳检修机器人等后续成熟设备的不断加入，亦能容纳不断增购列车的运维需求，另一方面，车辆智能运维应满足同供电、工务、车站等智能化运维设备的联通需求。近年来，BIM技术已不仅限于建筑行业，在轨道交通领域也有着广泛的应用[9]。该地铁正在构建多专业多维度的智慧地铁框架，使BIM和运维管理、运营管理系统、资产管理系统等相互协同，有效链接，使车辆运维零部件的保养、维修、更换、展示等信息在BIM平台上实现。届时，该线路将集成车辆基地传统运维、线上检修日常运维、车载正线智能运维为一体的综合化车辆运维体系和综合化运维管理体系，如图3所示。

图3 综合化运维管理体系

4 结束语

车辆智能运维设备属于车辆运维设备中的非标设备，各厂家的技术水平和设备质量参差不齐，部分设备的误报率和检测精度还不尽如人意。但是，随着城市轨道交通线网规模的不断扩大，减员增效的不断提出，车辆运维压力也在不断增长，运用智慧化手段解决车辆运维的思路在不断打开，随着新技术的不断应用和完善，智能运维一定会成为智慧地铁的重要部分，智慧地铁又将成为智慧城市的重要课题。