虚拟轨道列车智能运维平台设计

中车长春轨道客车股份有限公司 吴洪霞 石海明

随着城市人口的增加、交通压力的上升，虚拟轨道列车成为了缓解城市交通压力的新尝试。虚拟轨道列车是以地面虚拟轨道为导向运行的公路列车，因其轨道不是传统钢轨而是采用特殊材料在地面上铺设的感应标识而得名。虚拟轨道列车属于新型城市轨道交通工具，集合了公共汽车、有轨电车和轻动车组的部分特点，是汽车、列车和火车的特殊融合物。目前我国在轨道交通技术行业中列车的运营维护往往还在采用传统的、独立的运维方式。

传统的运维方式是主要包括对列车的维修采用故障修和定期检修的方式。故障修是指在列车发生故障后再针对故障发生的地方进行针对性的专项维修，但是对列车故障产生的影响却是不可知、不可控的，甚至可能产生车毁人亡等重大事故。定期检修是根据预先制定的维修计划进行定期检查维修，可以提前发现列车的安全隐患，及时排除危险，但是这种的维修方式需要进行无差别的全面检查，造成工作量与成本的大幅度提升。

独立的运维方式是指在列车的运维中，不同的公司，工段甚至零部件之间的维修往往是相互独立的，但是列车包括线路却是一个耦合的整体，某个零部件的异常可能在其他零部件上有更多的表征。并且不同公司维修的经验与技术往往是独立的，这需要一个漫长的积累过程，就使得一些故障不能及时排除，同样也可能埋下安全隐患。

因此，针对上述虚拟轨道列车的发展和目前的轨道交通运维特点，本文提出了虚拟轨道列车智能运维平台的设计。通过智能运维平台的设计，希望能够改善列车故障后维修的被动运维的缺陷，及时发现故障并进行精确维修，减少故障的发生和降低运营维护的成本。

1 虚拟轨道列车智能运维

1.1 运维与智能运维

运维有运行和维保两重含义，城市轨道交通运维工作的目的在于确保城市轨道交通安全、稳定、高效、经济地运营。运营是指为城市轨道交通线路提供正常运营服务，以及从运营服务中获取相应收入的活动；维保则是为了保持和恢复装备或设备的良好工作状态而进行的活动，是保障城市轨道交通安全运营的基础。

智能运维是指将大数据与智能技术运用到“运维”服务中，主要是对于轨道列车的关键零部件和主要设备进行在线检测，诊断以及预警的过程。在智能运维服务的过程中，会应用到数据采集、移动通讯、定位监管、大数据、云计算和人工智能等智能技术。对轨道列车的全寿命周期运维实现数字化、智能化的管理，以达到保障人车安全，提高运维技术、改善乘客舒适度，减少维修成本和人力资源的目的。

1.2 智能运维的主要支撑技术

虚拟轨道列车智能运维主要作用是保证列车的正常的运行和设备、零部件的维护保障，其具体的主要支撑技术包括列车数据采集与传输技术、数据库的数据兼容与扩展技术、列车健康管理与故障预警技术、列车运营调度管理技术等。

（1）列车数据采集与传输技术：虚拟轨道列车的实时数据中包含大量信息，通过对虚拟轨道列车在线数据的采集、传输并进行实时分析，能够在列车发生故障的早期进行判断并进行预警，及时更换与维修，避免灾难的发生。

（2）数据库的数据兼容与扩展技术：虚拟轨道列车运维专业知识数据库是实现虚轨列车智能运维平台构建的关键，其主要起到为虚拟轨道列车的故障维修和日常检修提供专家知识支持的作用，因此就需要大量的数据实现可兼容性与数据库的可扩展性。

（3）列车健康管理与故障预警技术：在经过前期不断检测，形成了一定规模的监测数据和故障信息后，通过对信息的分析与提取对列车的健康寿命进行评估与故障诊断。

（4）列车运营调度管理技术：这一关键技术旨在解决虚拟轨道列车的运营管理，通过以往的运营数据，对列车的各个方面进行综合性管理，保证列车的正常运营以及紧急情况下的调度，保证虚拟轨道列车的运营连续性。

图1 智能运维平台运行机理图

图2 虚拟轨道列车智能运维平台的设计图

2 虚拟轨道列车智能运维数据流

根据虚拟轨道列车的智能运维的关键技术，其智能运维平台数据流如图1所示。图中专业知识数据库是智能运维平台构建的核心基础，可以对虚拟轨道列车提供数据储存与调用，并通过云计算等进行分析，为虚拟轨道列车的运维提供专业知识数据与专家指导。

其中列车数据的采集是填充数据库的前提，将虚拟轨道列车的在线检测数据，历史检修数据等上传的专业知识库中，为数据库提供基础的知识与处理对象。数据兼容与扩展是对数据库技术层面的支持，要对庞大的技术数据进行处理，首先就要对其进行数据规范，做到各种数据的兼容通用，为后续数据处理提供方便，对此可以采用元数据技术来达到数据的兼容性；数据库的扩容技术，为数据的不断更新与存储提供了空间上的可行性。

在数据在经过标准处理后存储到数据库中，通过库中的数据特征和数据的对比，可以对列车的健康状况，预计寿命，零件故障进行判断，对可能出现的故障给出预警；同样，也可以通过数据的参考对虚拟轨道列车进行相应的运营管理，来实现合理的运营调度。

3 虚拟轨道列车智能运维平台

3.1 虚拟轨道列车智能运维平台的构建

在虚拟轨道列车运维关键技术的支撑下，在前文中的智能运维平台数据流的基础上，进行虚拟轨道列车智能运维平台的设计如图2所示。在图中，将智能运维平台设计主要分成三个层次，分别是交互前端、技术平台和后台管理，平台通过交互前端为使用对象提供服务。

本平台的使用对象主要分为几类，一是管理团队，作为虚拟轨道列车智能运维的管理团队，需要随时掌握列车的各种运维信息及状态，来对虚拟轨道列车的运维及时做出调整；二是维修检修团队，虚拟轨道列车智能运维平台的设计初衷就是为了对虚拟轨道列车提供检修维修上的方便，检修团队通过此平台可以提前预警故障和为故障维修提供指导；三是随车人员，随车人员可以根据列车的数据状态，做出灵活的应变与指挥。

交互前端可以将虚拟轨道列车运维提供数字化、图像化的技术服务。其中主要包括的几个区域为故障预警及报警界面，列车调度界面，列车履历、检修、计划查询界面，故障及维修手册查询，管理系统界面，状态显示及数据查询界面。交互前端是连接运维平台与使用对象的通道，用户可以根据自身的需要选择不同的界面信息的查询。其中故障预警界面拥有最高级，当平台发出故障警报时，此界面会进行优先展示，以提醒工作人员及时进行故障处理，并且交互前端各界面同样需要计算机网络等软、硬件技术的支持。

技术平台是虚拟轨道列车运维平台的核心，数据库是交互界面的支撑者，交互界面中的各项数据信息以及预测都是来源于专业知识库的储存与运算。数据库中的数据都是经过数据输入端并由管理者进行提供的。对于技术平台构建的中心是搭建专业数据库。专业数据库的构建需要在硬件和软件的支撑下，其中硬件部分包括对数据采集的传感器、进行列车定位的卫星定位设备、数据传输的网络设施、以及进行数据处理与显示的计算机设备等；软件部分包括列车数据标准的规范、平台的良好操作性、数据服务器的可扩容性和保证系统和网络安全的技术等。专业数据库的工作过程按照前文虚拟轨道智能运维平台数据流进行工作。

虚拟轨道列车智能运维平台只有在合理的管理下才能有效的运行，管理后台主要负责：①对虚拟轨道列车运维平台交互界面的规划、调整；②对于专业数据库数据的录入、储存和数据库的管理；③对于数据库硬件支撑设备的管理、维修等；④对于虚拟轨道列车数据的规范标准调整等；⑤对于虚拟轨道列车智能运维平台提供网络和稳定性保障。

3.2 虚拟轨道列车智能运维平台的功能介绍

根据虚拟轨道列车智能运维平台的框架，其可以实现的功能模块构建如图3所示，其中各个模块的功能模块包括：列车数据显示、历史数据分析、运维电子书、检修指导、寿命评估、列车调度管理、人员管理以及舒适性评价。在虚拟轨道列车智能运维平台的管理下，各功能模块既能单独展示，又能够形成一个有机的良性循环，为虚拟轨道列车的运维提供了更加有效的管理模式。

虚拟轨道列车智能运维平台通过对于列车在线运行数据和轨旁定点监测数据的采集和分析，可以直观的展示在平台相应界面，以供维修与管理人员进行运维参考，并结合历史运维数据故障特征的分析与提取，对现有的数据信息进行判断其发展趋势是否与历史故障特征相似，从而对列车进行故障识别与诊断。

图3 虚拟轨道列车智能运维平台系统功能模块

在虚拟轨道列车的运维过程中，对虚拟轨道列车的各种检修计划以及故障维修方法进行梳理，将虚拟轨道列车在运维上的计划形成文档的模式，为虚拟轨道列车的智能运维提供文件化的指导，其中包括对于列车检修的指导、列车寿命的评估及列车调度的合理指导。通过形成运维电子书的形式也利于工作人员的查阅和对其它行业运维的模式指导。

通过对虚拟轨道列车全寿命周期的监测与跟踪，形成虚拟轨道列车的列车档案，其中包括列车的检修信息、调度使用信息、人员配置、路况信息等等，这对于列车寿命的评估极其重要，更能有效的保证乘客的安全。在列车各种先验数据的基础下，对列车的调度管理形成文件，以应对虚拟轨道列车在各种情况下的调度，为虚拟轨道列车的合理运行和成本控制提供参考，并且可提高乘客的舒适性体验。

结语：通过搭建虚拟轨道列车运维平台为虚拟轨道列车的运维管理提供了参考案例；通过故障预警提前发现问题，降低了故障发生的概率和人员伤亡的几率；通过数据的采集与融合，实现数据的共享，为故障的处理提供了更多的解决方法，提高了工作效率；可以为管理者提供更加合理的调度方案，实现成本的有效控制。虚拟轨道列车运维平台的设计能够极大促进虚拟轨道列车以及城市轨道交通行业的发展。