摘要：现如今我国城市轨道交通不断发展，城市轨道交通信号设备的数量越来越多，其维修和管理工作也越来越困难。目前的维修方式主要是计划修为主，故障修为辅，维修工作的效果很差，已经不能满足当前城市轨道交通信号系统运营与维护的需要。当前，以人工智能和大数据等为代表的新技术革命正在兴起，为信号设备的运营与维修工作带来了新的技术途径。目前各大城市轨道交通公司都在进行信号系统设备智能化维护的应用与实践工作，通过多样化的智能监测手段，为专业维护人员提供信号设备健康状态的预测评估、故障维修和全寿命周期管理的决策支持。因此，本篇文章对城市轨道交通信号智能运维系统应用与实践进行分析，以提高信号设备运维质量，降低维护成本，保障城市轨道交通运营安全[1]。

关键词：城市轨道交通；信号系统；智能运维

Abstract： With the continuous development of China's urban rail transit， the number of urban rail transit signal equipment is increasing， and its maintenance and management work is becoming more and more difficult. The current maintenance mode is mainly planned maintenance， supplemented by fault repair. The effect of maintenance work is very poor， and it can no longer meet the needs of the current operation and maintenance of urban rail transit signal system. At present， the new technological revolution represented by artificial intelligence and big data is emerging， bringing new technological approaches to the operation and maintenance of signal equipment. At present， all major urban rail transit companies are carrying out the application and practice of intelligent maintenance of signal system equipment， providing professional maintenance personnel with decision support for prediction and evaluation of the health status of signal equipment， fault maintenance and life-cycle management through a variety of intelligent monitoring methods. Therefore， this article analyzes the application and practice of urban rail transit signal intelligent operation and maintenance system to improve the operation and maintenance quality of signal equipment， reduce maintenance costs， and ensure the operation safety of urban rail transit [1].

Key words： urban rail transit; signalling system; Intelligent operation and maintenance

随着社会的发展，城市的各项基础设施日益健全，人们对轨道交通的要求也日益提高。目前，我国城市轨道交通信号系统维护存在：维护技术复杂，各子系统维护配置分散，数据利用率低，人员投入和工作量大，难以有效地进行信号系统全寿命周期的管理及运维等问题，需要对传统运维技术进行转型升级。

一、城市轨道交通信号系统运维现状

（一）不合理的维修周期

目前，我国的轨道交通公司大多采取“计划修”的方式，按设备维修规程的规定编制设备维修计划进行设备维修。这种方式下的维护周期不能根据实际情况灵活调整，对正常的设备会产生过度检修，但对那些具有潜在风险的设备，很容易因不能及时发现导致设备的工作性能变差后出现设备故障。

（二）故障诊断依赖专业人员经验

目前，我国城市城市轨道交通信号的维护与诊断系统只对部分设备进行了状态监测，但由于其智能化的水平有限，设备维保和故障处理基本或依赖于专业人员的工作经验和借鉴其他轨道公司的维修管理经验，耗时较多，造成了人工维护的强度和费用较高。

（三）缺少设备管理体系

在生产运作中，一般采用手工书写的方式将维修信息录入到纸质台账中，并在交接班时进行口头或纸质台账交接，故障的统计与分析也是采用人工的方式实现，容易导致信息转递不及时或、不全面，甚至出现转递错误信息的情况。专业人员也无法实时查看设备的历史资料和故障情况，无法实现设备的动态管理 。

当前我国城市轨道交通信号系统运维管理已经有了比较大的进步，但距离智能化、智慧化还有较大差距，一方面无法利用已有的数据进行数据挖掘，为实现智能化的提供基础数据支持；另一方面缺乏对设备全寿命期周期的跟踪记录，即规划、设计、安装、调试、使用、维修等各个环节。操作与维修是设备全寿命周期中的一个关键环节，通过对状态监测和维修数据的采集，可以帮助维修管理者和操作人员了解设备目前的状态和将来的动态发展趋势[2]。

二、城市轨道交通信号智能运维系统功能规划

信号智能运维系统改变了以往的发展方式，把新一代发展观念和先进技术引入到信号系统运维管理体系中，构建了一个智能化的信号设备运营与维护管理体系，它通过采集、监测和信息智能化分析处理等技术手段，对轨道交通信号设备的正常运行实施自主认知、检测和判断，准确、精细地掌握轨道交通信号系统设备的运行机制和状态变化，形成动态控制、状态评估、故障报警和全寿命周期管理的一个闭合链条，提高设备运行可靠度，降低维护成本。智能运维系统主要包括了智能监测、智能分析预警、智能运维管理与评估等功能，构建了一个轨道交通信号系统集约维修的基本模型，在网络化运营新形势下，可以更好地保障信号系统安全稳定运行，提升精细化维修水平，逐步实现基于状态修的维护模式转变，及时掌握设备状态和发现故障隐患，提升抢险抢修及时性和处置合理性，监测记录设备在线使用情况，实现设备全寿命周期管理，降低维修成本。

（一）智能监测

智能监测与诊断是通过对信号系统内的服务器、机柜板卡、道岔、信号机、计轴、电源、外电网、机房环境等设备采用电流电压采集、智能图像识别、温湿度采集等技术手段，完成对设备的定位与监测，并将采集到的开关量、模拟量、设备灯位显示、数据交互情况及设备和机房温湿度等信息通过图形界面显示在智能运维系统终端上，根据维护人员设定的阈值参数进行诊断，按照需求对异常设备和数据信息通过后台列表、弹窗或声光的形式进行告警，提醒维护人员介入处理。相较于传统的维护系统，它采集监测的手段更加智能化、多样化，采集的信息也更加丰富、可靠。维护人员可以利用智能维护系统即可完成对整个信号系统设备的巡查，而不用逐一前往现场各个机房，极大的降低了维护工作量。

（二）智能分析预警

智能分析是指当信号设备故障时，系统能结合采集到的设备故障数据、故障灯位显示、设备的电路时序和原理以及历史故障情况进行智能化分析，准确定位故障原因和故障点，给出故障处理措施，并联动推送故障的影响范围、故障处理过程中的风险、故障站点就近的专业人员、工器具及备品备件等信息，同时将按照故障严重程度将该故障信息发送给不同层级的运维管理人员。

智能预警是指设备运行状态异常但未造成故障时，系统能检测到异常的设备状态或异常的数据，预判设备可能发生的故障和原因，向维护人员预警提醒存在的设备隐患，让维护人员在设备发生故障前即可提前对该设备进行维护保养或部件更换，进而实现了对设备由“计划修”、“故障修”向“状态修”的转变。

智能运维系统也能根据信号设备故障频次、故障原因、故障处理方法等历史信息对设备故障进行深入挖掘，建立相应的故障数据库进行大数据统计分析，不断自我学习升级，提高故障分析和预警能力。

（三）智能维护管理与评估

智能维护管理是指维护人员可以在系统上实现对集中调度、电子工单、物料、交接班、工时信息统计、设备履历等方面的管理，提高了信息传递的准确性，有利于对整个维保过程进行追溯与管理，从而大大地提高了运维的工作效率和质量。

智能维护评估系统是指智能运维系统通过自主学习，利用设备状态信息和故障情况掌握设备的劣化机制和变化规律，并结合日常维护所投入的人力资源、备品备件、工时等信息、对维修策略、维护方案等展开评估，实现智能制定和优化，提升维护决策能力，为预防性维护工作提供依据[3]。

三、城市轨道交通信号智能运维系统架构设计

城市轨道交通信号智能运维系统针对智能化运维管理需求，对信号设备进行实时采集与监测，并利用人工智能和大数据分析技术服务整个信号系统运维过程，主要包含了采集层、处理层和应用层。（如图1）。

（一）采集层

采集层是基于传感器技术、视频监控技术、无线通讯技术等多种技术，对各个信号设备进行实时监测，主要包括了对轨旁设备状态信息、车载设备状态信息、联锁系统状态信息、ATS系统状态信息、DCS状态信息以及静态基础信息等采集与监测。通过对信号系统各个设备状态的动静态信息采集，能够为智能运维系统提供全面准确的基础数据支撑。

（二）处理层

处理层的工作是对所有采集的数据进行处理与分析，通过数据清洗、汇集、转换、匹配等方法对数据进行预处理，转化为智能运维系统所需要的数据格式，然后利用数理统计与归纳分析的方法，建立故障预测、诊断、维修优化、排班优化、应急预案生成和仿真评估等模型，对故障进行分析、定位和预测，并开展自我学习，不断优化各模型，为指导设备的日常维保和故障应急处理工作奠定基础。

（三）应用层

应用层主要是根据用户需求和习惯，将在线设备状态监测、状态预警、故障诊断等信息以可视的方式显示出来，并由维护管理者根据系统的日常维护和应急指挥调度功能，对信号设备进行实时的维护和应急指挥。应用层可根据处理层处理的信息，实现对信号设备运行和维修所发生的信息资料进行存档、查询等功能，满足全寿命周期的管理要求[4]。应用层包含了设备状态监测、设备状态预警、设备故障智能诊断、日常维护管理、应急指挥调度和全寿命周期数据管理六大功能。

四、城市轨道交通信号智能运维系统应用与实践

为满足维护支持、智能分析与运维管理的需求，建立合理的信号智能运维系统，对设备进行有效监测和维护管理，同时建立运营维护的集中协调机制以及主动式维保体系，可以有效提高信号系统设备的运维质量和效率，大大降低运维的成本。如图2所示。

1.通过采集信号设备相关信息，从而达到设备智能监测、智能分析预警、故障可视化的功能，能够在发生故障时，根据故障位置及原因，用多媒体图文的形式将相关信息推动至电脑终端和用户移动终端上，能够对设备电流、电压、数据流等的异常波动、突变、超限值等情况进行实时报警，并具有提供维修策略和故障处理方法等能力。

2.建立健全设备故障应急指挥调度制度，将设备故障的信息、维护信息快速与应急指挥调度系统连接，让系统做出最佳反应，协调相关资源，对故障情况进行智能的预警分析，给出应对措施、专家系统、交通路线图等信息供查询，综合指挥调度、网络协调、预案生成、移动互联等多项功能，为故障应急处置提供了必要的信息和资源保障，使处置更为高效。

3.建立健全大数据分析中心，对设备运行状态进行评估，获得信号系统整体工作状况，提出维护意见，进行设备检修的优化设计。基于多个维度的信号设备运行状态评估系统，可以精确地评估其健康状态。该数据中心包括在线监测、在线诊断、离线履历、离线巡检等多种信息，并将其与设备健康状态评估的方法相融合，构建完整的信号全系统设备评估模型。针对不同的设备特性，构建与设备使用需求相适应的评估系统。

4.通过建立智能化的主动式维保体系，使平台与维护资源紧密联系，建立人、事、物、态协同联动的维修模型，以构建高效、快捷的标准化维修流程。在智能检测、分析、预警的基础上，将设备健康评估与主动维保模式相结合，根据设备运行状态和性能，智能预测设备使用寿命，动态、智能化地制定维修方案，帮助轨道公司降低自主维护成本，提高信号设备维护质量，确保信号系统安全可靠运行[5]。

五、结束语

利用大数据和人工智能技术对城市轨道交通信号系统进行智能化运维管理应用与实践，是城市轨道交通运营管理的迫切需要。实际应用表明，城市轨道交通信号智能运维系统克服了以往人工操作的缺陷，实现了对信号设备故障的准确定位和快速处理，提高了故障应急处置的效率，降低了运营维护的成本，在城市轨道交通的快速建设过程中必将会实现快速应用与发展。

参考文献：

[1]赵宇航，徐永能，刘英舜，陈新.基于改进神经网络的城市轨道交通信号系统故障智能运维[J].科技创新导报，2019，16（06）：1+3.

[2]王蕾，任奕臻，哈云霞.城市轨道交通信号智能化运维自动控制系统设计[J].自动化与仪器仪表，2022（07）：217-220.

[3]段亚美.上海城市轨道交通信号系统智能运维需求分析[J].城市轨道交通研究，2021，24（11）：9-13.

[4]陈乐.城市轨道交通信号智能运维探讨[J].中国设备工程，2021（15）：13-14.

[5]陶雨濛，王亮军，卫妍.城市轨道交通信号设备智能运维系统设计[J].中国新技术新产品，2021（15）：25-27.