基于新一代信息技术的智慧城市轨道交通运维管理研究

刘乐乐

（陕西城际铁路有限公司）

1 引言

随着“智慧地球”、“智慧城市”等理念的提出，传统基建的数字化赋能及智慧化升级是当前我国基础设施建设发展的重要方向。新一代信息技术驱动下的智慧轨道交通运营将成为智慧城市的主要标志之一，也是新基建中融合技术设施建设的重要方向[1-3]。当前，诸如5G、云计算、物联网、大数据、BIM及GIS等新一代信息技术逐渐应用于城际铁路建设及运维过程中，这也使得城市公共交通的服务质量得以大幅提升[4-5]。在我国城市轨道交通系统大规模、高速度发展的形式下，如何推动新一代信息技术应用到城市轨道交通行业，是我国实现从“城轨大国”到“城轨强国”转化的关键着力点。

2 智慧城市轨道交通发展现状及建设目标

2.1 发展现状

在当前新基建浪潮下，将新一代信息技术融合到城市轨道交通中已成为当前多个城市探索智慧城轨交通发展的重要方向。一座城市在开展智慧城市轨道交通实践时应满足如下条件：①保证充足的经费；②有足够的信息化、自动化人才储备；③具有多条运维的城轨交通线路。当前自动化、信息化、数字化、智能化将成为地铁车辆运维的重要发展方向。目前城市地铁车辆在运维时主要存在数量多、运量大、服役环境复杂、线路网络化等特点，同时用于保障维持城轨交通正常运营的系统繁杂庞大，诸如信号系统、综合监控系统、自动售检票系统、综合安防系统、通信系统及乘客资讯系统等，这从安全、质量、效率、效益等方面对地铁运营带来严峻挑战。当前在进行各系统智能化时各类系统投入产值如图1所示。

2.2 建设目标

智慧城市轨道交通是将新一代信息通信技术和地铁运行技术深度融合，贯穿建设、运维、资源开发等地铁运行管理活动的各个环节，以形成以电力/电气化系统/信号-通信系统以及信息系统为基础的综合平台，可进一步提升城轨交通运营水平的新业态形式。其目的是通过研发、引入其他领域的新技术，结合城轨的业务特点与业务场景，实现现有系统的数字化过程，在此基础上逐步向智慧化过渡，最终实现城市轨道交通的运维管理的业务智能联动及资源智慧匹配。城轨交通智慧化过程如图2所示。

3 新一代信息技术及其在智慧城轨中的应用

3.1 城轨基础设施主要构成

城市轨道交通系统主要有行车相关系统、车站服务相关系统以及基础设施等相关系统构成的。行车相关系统的主要组成部分为动车组、供电系统、信号系统、通信系统、屏蔽门、安全门以及轨道线路，这是地铁系统运维最关键的部分。车站服务相关系统主要包括自动售检票系统、综合监控系统、环境控制以及隧道通风系统、给排水及消防系统、电梯与自动扶梯、安防设施等，这是地铁正常运营的重要保障系统。基础设施主要由桥梁与隧道、车站建筑、安装设施等构成。车站服务系统与基础设施为地铁的运营提供了后勤保障，确保行车系统能够正常运行，保障地铁运营不受其他因素干扰。

3.2 新一代信息技术

当前新一代信息技术发展迅猛，目前逐渐用于智慧城轨交通中的信息技术主要包括云技术、人工智能、物联网、大数据及BIM技术等。

图1 城市轨道交通智能化系统产值构成

图2 城际轨道交通智慧化过程

3.2.1 云技术

城市轨道交通系统包含多方面专业系统，各系统之间相互独立建设，隐藏着硬件之间相互独立、采集存储的信息共享率低、综合分析数据应用程度不高、各系统功能的前瞻性和拓展性低等问题。采用云计算的虚拟化技术，将多个不同专业系统计算资源融合成一个具有强大计算能力的计算机系统，其计算能力和存储能力可以根据需求进行动态伸缩并无限扩展。完善软硬件基础设备可以通过构建统一的云网络、云存储、云计算平台，可以通过建设多级别的资源池，以统一管理底层设施环境，有效提高资源共享率，简化网络管理，减轻工作人员维修工作量，推动城市轨道交通行业快速发展。

3.2.2 人工智能技术

人工智能技术发展日渐成熟，应用领域也不断壮大，已初步应用于城市轨道交通行业，例如人脸识别、客流量统计、客服机器人、轨道检测机器人、焊接机器人、智能仓储等。人工智能的强大计算分析能力与城市轨道交通大数据深度融合技术，可以更加深入的推广并应用于轨道交通行业的各个层面。

严寒地区在冬季采暖期能耗上升，被动式超低能耗绿色建筑建议采用集中与分散供热，合理使用地源热泵系统等高效能暖通供热系统，并接入温度监测设备，实时调节室内温湿度，因地制宜，为建筑物选择合理的供热空调方式。

3.2.3 物联网技术

采用物联网技术，能够实现信息实时、精准的采集及融合，将使城市轨道交通各个系统的互联互通和信息共享程度达到更高的水平，为全智能化运行监控、智能服务管理提供数据支撑，结合大数据、云技术，推动城市轨道交通行业的智能化水平。

3.2.4 大数据技术

城市轨道交通在运营和维护过程中将会产生大量数据，通过对这些复杂大量的数据进行采集、存储、分析、交互、共享、管理和应用，形成可以辅助于行业建设、运营、维护、安全和服务的智能化工具，对企业管理模式的创新起重要作用。通过对大规模的数据资源进行综合分析和预判，可以高效率地管理和挖掘数据的深度价值，用于服务企业、商业用户及个人，实现一些增值服务。

3.2.5 BIM 技术

BIM技术具有数字化、可视化、信息集成、网络化协同等特点，能够为项目的全生命周期搭建信息交换和协同共享的数字管理平台。在城市轨道交通行业，BIM技术目前主要应用于规划、设计、建造阶段，而在运维阶段应用相对较少。BIM技术在全生命期应用所能带来的利益被越来越多的城轨企业重视，并开展将BIM技术应用到运维阶段的研究和实践。

3.3 智慧城市轨道交通运维关键技术

3.3.1 城轨交通运维挑战

随着国内城市轨道交通的飞速发展及客流量的增加，设备运行强度大、维保人员工作量增加、夜间维护窗口时间较短等问题日益凸显。据不完全统计，目前国内车辆维修平均人车比为0.6。因此，以新一代信息技术为依托，以智能运维建设为抓手，综合先进的自动化控制技术、智能化分析技术和系统集成技术，能够激活更多的地铁信息数据连接能力，同时提升智慧城市轨道交通数据分析与决策能力，从而新技术在城轨交通运维中的深度融合，推进智慧城市轨道交通产业的形成和加速发展。

3.3.2 智慧城轨运维关键技术

智慧城市轨道交通运维的实现是未来地铁行业发展的趋势，在城轨交通运维工作中融合物联网、云计算、大数据与人工智能等诸多新一代信息技术可以显著的提高地铁运维的效率和质量，同时还可以建立实时的动态信息服务体系，及时挖掘对地铁运维产生影响的问题，提升地铁运营的业务决策能力。实现城轨交通运维智慧化主要体现在以下几个方面：

①结合智慧城市轨道交通运维的实现要求，将云计算、大数据技术以及人工智能技术进行整合，运用大数据技术的分析能力对地铁运行的经验、状态、以及趋势进行整合和分析，并对地铁运维中的关键设备的故障诊断、预测维修、状态维护以及剩余寿命估计等进行全面分析，从而为地铁运维管理提供科学、准确的数据依据。

②通过多源异构数据标准管理技术、物联网大数据的流式处理技术等关键技术，驱动车辆运维业务的数据协同，从而在业务层支持运维人员实现车辆的实时监视、异常排故、故障分析、日检维护；采用视频分析技术实现识别和实时监测出入库列车的状态的功能，一旦发现故障，能够及时提供报警信息并且进行远程处置，同时对车辆历史数据进行跟踪和挖掘，为实现状态监控供支持。

③采用物联网、网络通信技术，实现对城轨网络电力运行状况的实时监测与遥控，对电力设备、电力用房等关设备实时监测及报警，确保全网安全行车；在探伤车、轨检车等一些专用车辆上安装车载传感器、物联网设备，并且采用大数据分析等技术实现轨道、隧道状态的持续跟踪与预测，对故障进行快速定位与处置。

④开展通信系统指令和业务传输状态、各场景下通信业务的实时监控，并精准故障定位。基于深度整合传统维护监测系统和通信的列车控制（CBTC）维护支持系统，实现信号设备的数据采集、存储，建立信号系统设备数据维护中心，为故障智能诊断、预警分析、维护策略提供精准、全方位的数据支撑。

未来智慧城市的构建，必然涵盖着智慧高效的城市轨道交通运输系统。随着新一代信息技术的发展，海量数据协同、实时智能分析、精准维护决策等目标需求也逐步成为现实。未来的城轨运维与服务，将逐步实现新技术、新生态合作共筑下的业务智能联动、资源智慧匹配，显著的提高地铁运维的效率和质量。为加速智慧城轨运维技术的发展程度，建议从以下几个方面着力：

①城市轨道交通运维管理单位成立线网级智慧城市轨道交通领导组，开展技术方案整体研究，构建统一的建设标准和验收对接标准，用于规划指导基层运维人员工作。

②建议分阶段、多渠道争取资金支持，把新建线路的智能运维建设资金纳入工程建设概算，加大城轨运维智慧化方面的科研投入。

③针对具有应用前景的行业新技术、新设备，可与厂家合作在运营线路或在建线路进行安装试验，依效果确定是否扩大验证或纳入建设需求；引入行业有经验的咨询公司，共同把握智慧城市轨道交通的建设方向和技术路线，规避潜在技术风险。

总体而言，全面实现我国城轨交通运维管理智能化仍面临巨大挑战，但新一代信息技术的快速发展也势必会加速城际轨道交通运维的智慧化发展步伐。