刘 婧 郭 行 蒋 锐 沈益斌

（1．宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，浙江 宁波 315020；2．宁波思高信通科技有限公司，浙江 宁波 315020）

0 前言

《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，从而提升城轨装备维护的智能化程度和运维效率，减少维护人工的作业强度，形成城轨装备智能化。但是目前城市轨道交通智能运维系统的建设还处在初级阶段，同时随着轨道交通的快速发展，列车运行的密度也在不断增加，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。现有运维模式将面临一些问题，例如线网扩大、人力成本增大、缺乏历史数据统计分析以及很难为设备故障处置提供指导等。而发展智能运维系统，就可以为轨道交通提供1个安全稳定的运营环境。

1 智能运维系统

智能运维系统由硬件及软件组成，其中软件部分为智能运维平台管理软件，以模块化的方式进行管理，包括设备全生命周期数据管理模块、运维安全生产管理模块、运维智能化决策模块以及设备状态综合显示模块等，可以根据实际需求增加软件的功能模块[1]。

系统硬件主要由管理平台、链路和采集终端设备组成。管理平台一般设置在控制中心，且配置有智慧运营及节能管理服务平台;链路部分以光缆及各类控制线为主，可以为数据传输提供通道;采集终端主要以及摄像机、采集现场信号的传感器（温度、湿度等）包括机器人等，可以为智能运维系统收集各种设备的状态信息[2]。系统结构图如图1所示。

2 系统应用

2.1 智能巡检

2.1.1 智能巡检系统组成

设备房智能巡检系统可以大幅减少日常巡视的人力成本，可以实现对动态环境和设备状态的远程实时监测与报警，同时还可以在第一时间为故障处置提供现场的实时影像。系统主要由智能巡检和环境监测组成。

2.1.1.1 智能巡检部分

图1 系统结构图

设置轨道巡检机器人，按照预先设定的行走轨迹及点位对设备房和机柜进行巡检，并将巡检结果通过数据传输至本地服务器，如果巡检结果与设备正常状态不一致，则准确提供故障设备的位置及状态信息。特殊情况下，可以远程手动控制机器人执行巡检任务。

2.1.1.2 环境监测部分

通过在机房内的重要部位设置温湿度传感器、防入侵摄像机以及水渍传感器等前端设备，可以对机房内的动态环境数据进行实时分析处理并上传至监视终端，实现对数据的集中存储和查询。

2.1.2 巡检机器人

巡检机器人可以采用升降式机器人，其主要由升降轨道机器人、通信系统以及监控平台构成。机器人通过无线通信，可以将采集到的信息实时传递给后台监控平台，远程监控后台通过专网实现与巡检部门、远程专家组之间的数据交互。机器人巡检系统支持接入原有监控系统，从而实现数据交换和设备共享。升降式轨道巡检机器人作为巡检系统的核心，它具备系统数据采集、信息交互以及声光报警等功能。

机器人支持的巡检模式主要包括例行巡检、专项巡检、特殊巡检及人工遥控巡检，可以通过系统平台软件设置巡检模式。

2.1.2.1 例行巡检

机器人按照事先编制的工作计划（统一定制的巡查点、检测时间、数据记录和扫查方式等），自动完成巡检。

2.1.2.2 专项巡检

按照专项工作需要编制任务计划（巡查点、频率、数据记录和扫查方式），自动完成重点任务巡检。

2.1.2.3 特殊巡检

当现场出现紧急情况时，可以紧急调动机器人系统进入维保和应急处理模式，对特定对象进行巡检、重点监控并将数据实时上传至监控后台，实现远程实时在线操作，实时监控受检对象的工作状态，便于及时发现问题、处理问题。

2.1.2.4 人工遥控巡检

通过手动控制机器人，对现场进行实时遥控巡检。该巡检模式适用于运维人员以及管理单位需要对某类设备的状态进行锁定与监测的情况，尤其是在机器人自主巡检过程中，如果检测到设备、环境状态异常并报警时，运维人员可以在第一时间操控机器人快速到达异常设备的位置，及时对异常设备进行查看并核实报警信息，以便快速地制定响应策略。

2.1.3 巡检数据处理

巡检过程的数据由后台报表系统进行处理，它可以自动存储、统计和分析处理海量数据，例如巡检点数据查询与统计、报警信息查询与缺陷异常分析以及环境记录数据和红外测温数据分析。所有报告及报表支持查询、导出和打印。导出数据支持 Execl格式和文字格式，导出信息齐全，记录准确且完整，方便存储、汇报、决策和作归档处理等。

系统能够在每个巡检任务结束后，自动生成巡检任务报表。工作人员可以查询设定时间内的巡检任务报表，支持以时间、巡检类型以及任务名称进行组合筛选，具体情况见表1。

表1 报表系统

2.2 漏缆监测

2.2.1 漏缆监测原理

漏缆监测系统的工作原理是利用区间漏缆采取邻站末端相连的连接特点，在2个相连的射频拉远单元（RRU）设备处加装信号收发模块，该模块具备对信号进行分析和诊断的功能，可以对区间漏缆状态信息进行实时采集、监测，并在控制中心的设置终端实时显示全部漏缆状态及告警信息[3]。漏缆监测系统除了不能准确预测漏缆脱落、断裂等突发性情况以及由偶发因素造成（例如被车轮崩飞的石子打击）的发生时间极短的故障以外，其他不同类型的故障，例如生锈老化、弯折变形以及接头浸水等缓慢发生的故障，在严重影响通信信号前都有较长的发展时间，而脉冲信号在探测到该故障时会产生不同的回波，通过分析回波的特征就可以获知故障类型以及故障存在的时间，并预测该故障的发展趋势，从而为“状态修”提供数据支撑。

2.2.2 漏缆监测功能

漏缆监测系统采用脉冲压缩技术，该技术具有传统脉冲和调频连续波雷达体制的特性，实现了高精度故障定位、漏缆健康监测及故障评估预测。同时漏缆监测系统在轨道交通中主要在漏缆故障定位和漏缆状态预防性监测中应用，从而确保了漏缆设备运行的可靠性。

当发生接头脱漏、跳线中断等漏缆故障时，可以第一时间通过监测系统确定故障问题及故障点位置，为故障处理提供有效的信息，缩短了故障定位的时间。

通过收集漏缆数据和建立数据模型，可以对漏缆状态进行预防性监测，检测步骤如下：1）将漏缆、跳线的弯折和断裂趋势、接头松动趋势等隐患和异常现象作为实时监测内容。2） 通过波形等手段将漏缆间的关键连接点、接头以及合路器等节点处的异常趋势作为实时监测的内容。3） 对上述内容进行预防性分析，设置预警值，以终端显示告警信息的形式为现场故障处理提供有效的处置依据。

2.2.3 漏缆监测系统测试实例

通过在A城市地铁5号线及B城市地铁4号线进行多次实地测试，证明漏缆系统能够对漏缆、漏缆实时诊断设备的在线、离线和故障状态进行实时监测，并且能够查看漏缆的相关参数，监测状态、参数与现场校验结果一致，具体测试情况如下：1）在A城市地铁5号线测试获得的波形，其测量的对应频率值均为1.611 MHz，根据该频率计算出的测试点距离故障点的距离为716.895 m。漏缆理论长度为716 m。2）在B城市地铁4号线进行故障定位测试，客户端软件能显示故障距离定位，此时故障点与长兴路站RRU的距离为 75 m，通过监测系统显示的距离，就能大大提升故障处置的效率，故障信息如图2所示。

图2 漏缆监测系统软件界面

3 可行性分析

轨道交通智能运维系统的可行性主要体现在以下5个方面。

3.1 技术层面具备可行性

智能运维系统按照功能可以大致分为图像识别、红外热成像、动态环境监测以及数据处理分析等部分，相关技术都已经有成熟的应用案例，因此从技术层面来说，智能运维系统具备一定的可行性。

3.2 系统可以替代人工巡检

目前设备房日常巡检主要包括以下4个内容：1） 机房无渗漏水、高温等异常情况。2） 设备表面清洁，各箱体、机柜无破损。3） 设备指示灯亮灭及颜色正常。4） 地面、桌椅以及文件柜等非设备物品摆放整齐。

通过对前端巡检机器人、各类传感器数据采集以及后台数据处理功能进行分析，同时还与人工巡检进行比对，新增设备房智能巡检系统完全可以满足上述巡检需求，从而替代人工完成巡检工作。

3.3 系统可以利用既有光纤组网

设备房智能巡检系统与通信专业各子系统类似，可以分为中心和站点2个层级。站点层相对比较独立，它是由分布于各站点的巡检机器人、温湿度传感器、水浸传感器、交换机、摄像机以及硬盘录像机等设备组成。中心层由集中管理服务器、操作终端等设备组成。站点层和中心层需要通过传输网络建立数据交互通道。目前各站点专用通信机房都设有传输系统设备，通过区间96芯主干光缆进行连接，提供光纤、以太网等数据通道，不需要另外敷设线缆组网。

3.4 系统与既有通信系统相互独立

智能巡检系统为新增系统，与设备房内既有设备相互独立，除了智能巡检系统的设备取电时需要接入UPS空开以外，其他设备不会对既有系统产生任何影响。

3.5 设备房具备安装条件

现场安装作业内容主要包括安装导轨、机器人、各类传感器、摄像头、支架、机柜设备以及敷设对应线缆。

车站内的通信设备房机柜的单柜高度为2250 mm，排列整齐，柜体间距满足智能巡检机器人的作业需求，设备房上方有通风管道、照明灯以及消防管道等设施及辅助支撑架。结合现场设备房环境及机柜布置方式，可以采用吊悬方式安装导轨和机器人，支架支撑点避开上方各类管道架设于设备房顶部墙面，并通过支架固定导轨。

4 结语

针对目前轨道交通运维模式存在的问题，需要加快对智能运维系统应用的研究，并通过推进智能运维系统的建设，实现对设备全生命周期的管理，提高设备的整体运维水平，预防和减少设备发生故障，降低了维护成本，为地铁运营安全、运输效率以及服务质量提供了保障。同时还需要加大研究轨道交通智能运维系统应用的广度和深度，逐步提升智能运维系统的水平[4]。