基于大数据的轨道交通多专业智能运维研究

陈文乐

（西南交通大学希望学院，四川成都 610400）

0 引言

随着我国城市化进程的不断加速，居民生活水准不断提升，打造交通“舒适圈”已经成为当下城市发展的重要战略方向[1]。现阶段，随着智慧城市理念的提出，城市轨道交通正在与信息技术进行深度融合，朝着智慧交通的方向大步前进[2]。传统的智能城市轨道交通更倾向于将流程电子化、信息化，将传统的预约、售票、检票等程序放置于互联网及其专属的交通APP，把车辆信息、车场管理等需要大量逻辑、数据处理的后台信息交由计算机负责，完成了城市轨道交通与信息技术的初步结合[3]。但随着大数据技术的日益成熟，万物互联思想已经渗透至各行各业，全自动运行的智慧城轨已成为当今城市轨道交通的重要发展趋势[4]。

全自动运行不是简单地将列车信息与人员信息交由计算机进行处理，而是要确保整个城轨体系的运维安全，要实现对车辆、轨道甚至车站全方位的状态监测与特征提取，并时刻对城轨体系进行状态评估，要利用大数据、人工智能等手段实现对人流量、车辆状态的预测，对于已经暴露出的问题故障要能够实时地提供处理决策与处理方案[5]。

状态的监测、评估和预测需要大量的车辆、设备信息数据作为支撑，传统的综合监控和信号调度系统明显无法满足其要求。因此，需要借助物联网技术，通过加装专业的监测设备及相关通信设备，将各专业信息，如信号、电路、轨道、水、通风等，与车辆安全相关的因素纳入一套多专业智能运维系统，以实现城市轨道交通的多专业数据同步采集监测。并以历史数据为依托，以大数据为手段，实现对安全运维的实时监测、预测及故障分析、模式化维修[6]。

1 多专业智能运维系统数据采集与处理云架构

多专业智能运维系统指的是利用技术的手段，全方位地获取城市轨道交通信息，利用物联网的技术手段实现实施运行状态的获取，借助大数据技术实现对数据的清洗、预处理和归纳分析，最终通过人工智能技术实现对系统运行状态的监测预警和评估。确保整个城市轨道交通运维系统安全、平稳、高效运行的同时，还能大规模减少后勤保障需求，降低备件储备和设备保障成本，提高系统的全生命周期。

为了实现这一目的，多专业智能运维系统需要整合车辆运维、PSD（位置传感器）运维、信号运维等方方面面的数据信息，实现了数据融合与共享，完成了对系统的统一规划。整个多专业智能运维系统的总体架构分为4 层，首先为确保系统的完整性，应尽可能地纳入更多的被监测设备及专业系统，其次是将系统内所需监测的对象加装传感器、监测器进行数据的采集上传，随后对传输的数据进行分析处理，最终将数据处理结果实现反馈与应用。

在城市轨道交通的实际运维过程中，其最重要的一环在于数据的采集和处理。城轨在运行的过程中，将会产生海量的数据，这些数据的格式、内容均不相同，需要对其进行数据的格式转换、数据清洗和数据存储。城轨运行过程中无时无刻不在产生数据，这些数据无法依靠人工进行筛选甄别，也只能进行临时性储存，必须依靠云计算技术，将海量的历史数据储存在云端，以便于后续采用机器学习等手段对数据进行进一步分析。因此针对数据的采集、处理与储存功能，设计了数据采集处理云架构（图1）。

图1 数据采集与处理云架构

考虑到城市轨道交通被监测设备分布范围较广，有些诸如轨道健康信息、供电信息等通过有线传输成本较高，且其分布零散，采用有线传输不现实。随着5G 技术的发展，可以将监测信号通过5G 无线进行传输，其传输性与即时性较好。由于上传的数据格式各异，需要采用数据采集与解析协议对其进行数据格式转换，使其成为可供处理的格式，最终将数据上传至基础云平台。云平台中储存着大量的历史数据供算法学习、训练，这些数据既可以作为各种数据库供后续分析对比；也可基于需求进行二次开发，开发其各种辅助功能，满足运维数据服务、可视化服务等需求。封装好的数据可以通过第三方APP 赋能，在行业应用商店内完成下载。

2 设备健康状态的监测与故障处理系统

整个城市轨道交通运维的核心在于安全，因此设备的健康状态监测、评估与故障预测也是整个多专业智能运维系统的核心，其设备健康状态的监测与故障处理系统如图2 所示。在多专业智能运维系统完成各专业、类别设备的数据采集后，大数据服务器可以实时地从基础云平台完成数据的下载，并实现数据的处理。整个数据处理过程可以划分为数据融合与数据决策两大类：①数据融合指的是对全体设备状态的智慧监视和对异常数据进行分级分类智慧报警，对于已经解除的故障取消报警；②智慧决策则指的是对数据库中已有的系统故障、设备故障进行智慧识别，对于故障的维修提供可行的操作指导，将其下发至对应部门并进行工作提醒。

图2 设备健康状态的监测与故障处理系统

通过数据挖掘的手段，在海量的数据中寻找其规律特征，并针对性地建立智能运维模型，通过历史数据的训练，不断地对智能模型进行优化验证，最终规划出一套专家库，实现对现有健康状态的评估和未来健康状态的预测。

3 轨道交通应急预案管理

多专业智能运维系统的另一项重要功能是实现对整个城轨运维健康状态的监测与评估，和对其未来运行状态的预测，同时还要为应急突发事件提供应急预案，因此可设置一专门的应急预案管理系统。各种不同类型、不同专业的数据在进行上传时需要对其数据格式进行更改，使其成为可供处理的数据。但突发事件应急处理与其他事件不同，其突发性、随机性较强，并且以目前的人工智能技术水平尚且无法完全完成自主识别、处理，需要人员辅助进行，但其宝贵的数据资源依然需要进行上传存储，因此要使其数据能够被处理、方便被处理。本文提供了一种如图3所示的城市轨道交通应急预案管理系统。

图3 城市轨道交通应急预案管理系统

为了使应急预案可以方便地上传下载，同时格式统一便于统一处理，为其设置了应急预案的模板管理。其包含两种功能：①对模板的基本信息进行编辑、修改；②对模板结构信息进行管理。对于现有的应急预案，则可以进行台账信息管理和预案内容信息管理。

4 结论

城市轨道交通正在与信息技术进行深度融合，朝着智能化方向的发展，其核心在于安全运维。整个城轨系统安全平稳运行需要涵盖电路、水、通风等众多因素，其涉及众多专业。本文搭建了一款多专业智能运维系统，利用大数据、物联网技术，全方位地获取各设备信息，通过数据的清洗、预处理和归纳分析，最终实现对系统运行状态的监测预警和评估。由于其数据量大，难以储存分析，本文搭建了数据采集与处理云架构，并对设备健康状态的监测与故障处理系统进行了规划设计，最后为数据格式特殊的应急突发事件设计了城市轨道交通应急预案管理系统。确保整个城市轨道交通运维系统安全、平稳、高效运行的同时，还能大规模减少后勤保障需求，降低备件储备和设备保障成本，提高系统的全生命周期。