侯学辉 谢 乾 朱建军 陈学成

（1.宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，浙江 宁波 315000；2.宁波思高信通科技有限公司，浙江 宁波 315000）

1 研究背景

随着轨道交通的快速发展，列车运行密度也在不断增加，因此对相关系统设备的安全和运维管理提出了更严格的要求，2020年由中国轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》中提出要建立供配电系统、通信系统、AFC系统以及车站机电等系统的智能运维体系，提升城轨装备维护的智能化程度，提升运维效率，减少维护人工的作业强度，形成城轨装备智能化。

目前城市轨道交通电子信息机房的运维模式主要存在以下4个问题：1） 线网规模的扩大造成日常巡检的人力成本不断增加[1]。2） 巡检存在间隔盲区，全国普遍地铁电子信息机房每日巡查的频次为1次～2次，无法实时把控各站点机房的动态环境状况，无法实现对非法人员入侵的全天候监控。3） 巡检过程没有图片及影像记录，巡检结果受人员经验、技能水平以及责任心等人为因素的影响较大。4） 缺乏历史数据统计分析，无法利用大数据、图像识别、智能诊断以及故障预测等高新技术来对设备故障情况进行智能诊断、故障预警和预测等，不能为设备的运营维护提供合理的处置建议。

在电子信息机房新增智能巡检系统，可以对动态环境及设备状态进行实时监测与报警，还可以对设备故障情况进行智能诊断和预测，明显提升了电子信息机房运营维护的技术水平、故障处置能力和运营效率，并大幅减少了日常巡视的工作量，降低了维修维护的成本。

2 系统总体方案设计

某城市轨道交通2号线在2020年7月完成某站通信机房智能巡检系统的安装工作，目前已上线运作近半年，现场系统功能运行良好，对设备维护辅助的作用显著，该系统主要由智能轨道巡检机器人（轨道机）、轨道总成、视频监控设备、热成像设备、智能NVR设备（超脑）、环境监测设备、网络设备、服务器、终端设备、网络设备以及巡检系统软件构成。

巡检系统软件分为2个部分：1） 综合监控平台部分。该部分整体部署在服务器上，可以实现巡检系统的业务服务。2） 机房智能运维系统部署在终端设备，主要负责用户界面、智能识别、巡检报告、报表、窗口报警以及短信报警等用户应用服务。

视频监控设备包括用于安防业务的网络高清智能球机、用于UPS及蓄电池监测的智能摄像机，巡检机器人挂载了可见光摄像机。

整个系统的业务架构图如图1所示。通过图1可以看到，整个业务架构自下而上分为设备层、机房综合监控平台以及机房智能运维系统，分别对应底层设备、中间业务服务块以及终端应用服务。

设备层是整个业务架构的“手脚”、“鼻子”和“眼睛”，是用来执行“走动”、“感触”、“闻”和“识别”工作的基础设备单元，设备层由视频监控、轨道机、双光谱云台以及环境传感器等设备组成，通过这些设备采集现场照片、视频和温湿度数据并反馈至业务服务模块。

机房综合监控模块分为安防业务和智慧业务。安防业务可以对现场环境及设备状态进行实时跟踪，可以对设备层的数据进行存储，还可以实时调阅回放设备的历史数据；同时，通过对实时数据的分析，将数据与预选录入标准进行比对，实现入侵告警、环境告警等功能。智慧业务可以代替人工完成日常巡检和分析设备状态等工作，远程人员可以通过终端自动完成对整个电子信息机房的巡视，也可以根据具体需求，完成对某个单体设备运行情况的巡视； 通过对设备层采集的数据进行分析，生成完善的巡检日志，同时也对异常情况生成告警。

应用服务模块是整个智能运维系统的表现终端；同时，通过智能运维系统的终端应用软件可以实现查看巡检报告、识别视频以及处理事件报警等功能，维护人员通过应用服务模块把控整个系统的运行并对现场设备进行监视，真正实现了远程运维的效果。

3 系统功能与实现

3.1 智能轨道巡检机器人

智能轨道巡检机器人是智能巡检系统的核心，主要承担巡检和检测环境的任务，它是1款智能轨道行走式挂载系统，挂载热成像双光谱MINI云台，由供电系统、导航系统、运动控制系统、通信系统以及前端数据采集设备等组成，系统采用性能可靠的嵌入式CPU控制，主要由控制中心、电机驱动、轨道总成以及升降机构等组成，可以实现水平运动、垂直运动、速度控制、预置位控制以及辅助设备控制等功能，具备自动避障功能以及高精度定位的能力。

图1 机房智能巡检系统业务架构图

智能轨道巡检机器人通过图像识别技术实现对设备实时状态的监测和分析[2]，可以识别的内容包括指示灯状态、指针式表盘读数、数码管读数、液晶屏读数以及开关状态。机器人可以通过无拖缆有线传输技术与无线 AP 设备进行集成，对电源、控制信号和视频信号进行分别传输，具有传输无延时、运行可靠以及图像稳定等特点，所有的功能都可以在控制中心操作完成。通过可控制云台的三维运动、摄像机的变倍、变焦以及灯光照明等，可以实时将精确采集的信息传递给远程监控后台，远程监控后台通过专网实现与巡检部门、远程调度之间的数据交互。

巡检机器人能按照设置好的巡检路径进行自动巡检，也可以进行人工巡检，巡检后生成巡检报告，当发现现场设备的状态异常时，会根据报警级别在应用层设备终端产生告警，并通知维护人员进行处置。

3.2 双光普MINI云台

双光谱MINI云台是集网络远程监控功能、视频服务器功能和高清智能功能为一体的新型网络云台。云台内置小型 WebServer 服务器、网络视频服务器、解码器以及机芯，除了具有普通云台的所有功能以外，还自带热成像通道，利用它实现了对图像、视频等数据的压缩，并快速将压缩后的数据传输到网络终端。

云台采用精密电机驱动，设备反应灵敏、运转平稳，在任何情况下，都可以保证图像不会出现抖动。云台除了具备预置点、 巡航、守望和定时任务等基础功能以外，还具备自动烟雾、火点检测、智能跟踪以及测温等智能功能，极大地提高了云台的智能化，降低了人力成本。同时，云台支持多种扫描方式，包括自动扫描、垂直扫描、巡航扫描、全景扫描以及区域扫描等。

3.3 智能NVR

智能NVR采用嵌入式设计，集成高性能GPU模块，内嵌深度学习算法，集IPC接入、存储、管理、控制和智能分析于一体，实现了精确的人脸分析，包括人脸图片抓拍、建模、比对和检索等，提升了监控视频的价值，从而更好地服务于安防大数据时代。通过安装在电子信息机房的智能摄像机和网络高清球机对机房线缆的引入口、机房的出入门等地方进行实时监控，形成了1个强大的安全防范系统。

3.4 动环监控主机

动环监控主机是1种集模拟量采集、RS-485 通信以及开关量报警输入输出于一体的多功能动力环境监控主机。动环监控主机可以与空调、UPS以及开关电源组等动力设备进行通信，支持输入气体、温度、 湿度以及压力等传感器的模拟量，还支持对模拟量、RS-485 数据的本地存储和搜索。

3.5 智能运维系统软件

智能运维系统软件是1个“集成化”、“智能化”的平台，该软件运用机器视觉技术实现了对巡检视频的智能分析，还可以自动识别设备指示灯状态、开关状态、指针以及数字表的显示值。运用特征匹配算法，实现了对识别对象的精准定位，大大提升了识别的准确率。智能运维系统软件基于“统一软件技术架构”的先进理念设计，以各类功能与应用的整合和集成为核心，采用业务组件化技术，满足平台在业务上的弹性扩展需求。该平台适用于全行业通用智能巡检应用，对各系统资源进行了整合和集中管理，实现了统一部署、统一配置、统一管理和统一调度。

4 现场应用

4.1 实现智能巡检

智能机器人根据每日设定的巡检路线完成自动巡检工作，包括设备外观检查、设备表面温度诊断检测、设备仪表盘状态、数值识别和读取、数据记录、智能分析、自动避障以及异常报告告警等，具体情况如图2所示。

通过图2可以看到，智能巡检机器人能清晰地对仪表的设备仪表盘数字数据、指示灯位、指针等进行识别，该识别是静态的过程，在巡检的时候，通过机器人拍摄高清图片来对数据或指针读数进行识别，再通过与后台数据进行对比，从而生成巡检日志，如果发现异常就会及时给出事件告警，这是1种图片静态识别手段。

图2 机房智能巡检应用端实图

同时，智能巡检机器人也能动态识别设备板卡状态灯位，对跳跃的指示灯进行一定时间的视频录制，将视频记录的内容与正常设备的运行状态等进行分析比对，生成设备的巡检日志，如果发现问题就会及时给出事件告警，这是1种录像动态识别手段。

另外，电子设备的运行温度是鉴定设备运行可靠性的一项重要指标，当电子设备的运行温度异常增高时，设备就会面临运行宕机的风险，现场人员在巡视时，往往会采用热温枪对设备进行局部测温，该方法效率低且检查不彻底。智能巡检系统红外高清智能摄像机可以对设备整体的温度进行识别，弥补了人工巡视测温存在的缺陷，维护人员可以在控制应用终端对设备进行测温，能提前发现设备异常增温的情况，这与设备维护预防为主的理念相呼应，可以达到智能预警的效果。

经过现场测试，自动巡检线路的完整度达到了100%，与人工巡检相比，不仅起到了代替作用，而且还避免了因人为因素而导致的漏巡风险；同时，也发挥了提前发现设备隐患的效果。

4.2 实现入侵检测

通过安装在机房线缆引入口、机房出入门等位置的红外高清智能摄像机，对机房进行实时监控，非维护人员进入后，通过人脸识别技术，能够自动识别陌生人并及时报警。

经过安排非系统录入人员进行测试，证明了该系统可以准确通过人脸识别技术识别非维护人员，同时还可以在设备应用终端产生报警。

4.3 实现机房温湿度全程监测

在机房防静电地板四周安装水浸传感器，实时监测地面的积水情况，一旦发现积水，就可以迅速报警，有效避免了因渗水而造成的设备损失，保障了机房安全。

安装温湿度传感器可以实时监测机房的温湿度，发现温湿度异常后迅速报警，同时接入空调、空气加湿器等设备，就可以自动调节机房的温湿度。

维护人员通过用相关仪器对现场环境及设备进行测试，与应用终端的温湿度显示值进行对比，其精度达98%，因此，智能运维系统的机房温湿度监测值相对可靠。

4.4 实现电源安全监测

在UPS电池组和电源控制面板上安装高清摄像头，通过图像识别技术实时监控电池控制面板的信息，并实时观察电池表面的状况，发现异常就及时报警。同时，在每个UPS电池上安装传感器，监测电池的电流、内阻和温度，自动检测电池的寿命和安全性，并根据电流的异常变化及时警示UPS电池或者警示该电池相关负载可能发生故障。

4.5 实现应急调度指挥功能

智能运维系统平台对设备的故障信息进行分类，通过应急调度指挥系统快速通知，并将相关数据、图片和录像等信息传递给相关人员进行处理，快速建立便捷的实时音视频通信，即时查看、指挥以及调度现场和人员，第一时间为抢修人员提供重要的现场信息[3]。

4.6 实现智能运维功能

巡检后自动生成巡检报告，包括巡检位置、巡检时间、巡检时的环境、巡检区域图片、红外成像图片、设备状态异常情况以及处理意见，自动生成日、周和月报表。同时，通过对数据的提取和分析，统计设备的故障率，有利于预判设备故障，建立设备使用寿命周期台账。利用监测数据的变化，预测可能存在的隐患。根据故障分析，综合考虑设备的养护周期，智能管理备品备件的申报及存储。

5 结语

随着智能巡检系统的不断完善以及相关应用技术的不断扩充和升级，该系统在智慧城轨的应用也将不断扩展，它带来的成效也会逐步提高[4]。该文所述的系统设计方案、系统功能的实现以及现场应用对在现场使用智能巡检系统具有一定的参考价值。