城市轨道交通监护系统的设计

城市轨道交通监护系统的设计

朱永强

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

摘要：城市轨道交通正逐步成为公众出行的主要交通工具，也不断推动经济发展和城市的繁荣。文章根据城市轨道交通的特点，提出监护系统构成应该包括线网级、线路及和站点级的模块，通过数据采集、传输和存储串联监护系统的三大模块，实现对城市轨道交通全天候、全平台和全空间的动态预警和管控，为城市轨道交通的建设发展、运营安全和安全出行提供保障。

关键词：城市轨道交通、监护系统、设计开发

1、导言

随着社会经济发展，城市轨道交通逐步成为现代都市的重要组成部分，成为是城市公共交通系统的骨干，满足了人民对美化生活和出行的需要。城市轨道交通因其绿色环保、高效便捷和安全经济，近年来建设和运营里程不断攀升[1]，截至2022年底中国已有55个城市有城市轨道交通系统，运营总线路达308条，运营总里程达10287.45km，建设规划总里程达6675.57km。

城市轨道交通建设过程中因结构型式较多，所处周边环境复杂和地质条件多样，导致建设工程质量良莠不齐，给后续运营带来安全隐患。而城市轨道交通在运营中的安全不仅与自身状态相关，还常受到外部作业的影响，引发变形、渗漏和损伤等病害，导致结构安全和运营安全风险。目前城市轨道交通建设和运营单位，多采取人工巡查、定期维保和分段监测等手段来保障安全，难以做到全天候、全平台和全空间的动态预警和管控[2]。建立城市轨道交通监护系统，实现海量数据的集成和分析，自动化的监测预警、动态评估和主动防治，对保障城市轨道交通的质量、结构安全和运营安全具有重要的意义，也可提高城市轨道交通的服役时限和工作效率。

2、监护系统架构

轨道交通监护系统主要通过采集各项数据后，依托大数据智能分析和人工复核进行数据存储、分析和处理，实现对轨道交通安全的智能判断，给出合理的处理措施[3-4]。根据轨道交通运营的层级和影响程度，监护系统应该包括线网级、线路及和站点级三个层次模块。

3.1 线网级监护模块

线网级监护模块是监护系统的骨架，其应具备数据存储、风险分析和功能展示的作用，能够做好快速及时判断处影响线网安全运营的风险，并及时反馈给相关人员。

线网级存储的数据主要是来自各线路上报的数据，风险分析主要是针对各线路上传的数据进行数据的挖掘、数据分析和模型建立，从而分析出对线网安全的风险。分析出来的风险可以直接显示对应管理部门的中央显示屏上，从而让管理人员进一步的分析研判，从而确认相关的处理措施。

2.2 线路级监护模块

线路级监护模块是监护系统的主要器官，应具备数据输入、存储数据、数据分析和展示的功能，以确保监护系统可以实施评估预警影响线路级别的安全风险。

线路级输入的数据应包括站点级上报的数据、监测采集的数据及线网下发的数据。站点级上报的数据可以是运营维保数据，也包括地保区内外部作业情况，以及影响线路级的风险隐患等。监测采集的数据应包括线路结构长期运营监测数据、影响超过站点的外部作业的监测数据和重点区域的实时监测数据。

线路级存储的数据应该主要包括线网设计参数，线网建设期的风险、运营维保数据和站点级监护上报的数据。线网设计参数应包括轨道交通所处区位、区域工程地质、线路走向、沿线设施分布等基本情况。线网建设期的风险应该包括施工中的风险、风险处理方案和处理后效果情况等记录。运营维保的数据主要是线路中土建结构、轨道、信号、接触网和管线等设施的情况。

线路级数据分析是依据输入数据和存储数据开展自主分析计算，发现数据中的异常、趋势和波动等异常，实现对线路状态监测、趋势预测和预警报警，随后进行可靠性评估、故障异常统计和服役状态分析，提供响应的维修指导给线路级的管理部门。

线路级的展示主要是在对应管理部门工作大屏上实时显示线路状态、预警情况、报警情况和处置反馈等信息。

2.3 站点级监护模块

站点级监护模块是监护系统的毛细血管，不仅同线路级模块具有相同的功能，同时具有更加灵活的数据输入功能，以实现对站点级轨道交通设施的风险预测，接收现场工作人员的反馈和上级部门的数据，保障轨道交通设施的安全。

站点级监护系统的数据输入主要包括现场工作人员的反馈、实时监测数据和上级下传的数据。工作人员的反馈应该包括站务人员提供的信息，地保巡查人员反馈的数据和维保人员反馈的信息。实时监测数据应该包括外部作业的监测数据，地铁长期运营数据、运营信号监测数据、现场实时监控和其他风险的监测数据。上级下传的数据应该包括运营调度情况和风险处置意见等。

存储的数据主要包括轨道交通建设所处位置、工程地质、周边环境、设计参数和施工参数等轨道交通的基本情况。所处位置主要是所处区位和具体经纬度，工程地质主要包括所处地层、水位情况和不良地质等情况，周边环境主要描述轨道交通设施周边需重点关注的建构筑物，如超净距的设施、重要的市政管线和敏感的建筑物。设计参数主要为轨道交通的结构型式、围护形式和构造情况等设计预留参数。施工参数主要是建设期的施工参数、监测数据和验收数据等数据。

站点级数据分析主要依据数据建立故障模型库和专家经验知识库进行风险预测。故障模型库值得以往项目的典型案例、数据仿真和模型算法；专家经验知识库指得专家提供专业意见。结合现场实施监测数据和人工反馈数据，对数据预处理后与库进行对比分析和可靠度盐酸，从而评判设施的服役状况、风险预测和预警报警，并及时给维保人员给出维护指导意见。对于会立即影响站点的风险应及时发送至应急抢险人员，加快指导事故处理能力，实现对后续增援必要性的调度控制。

站点级的展示应该可以根据场景的不同可以是全景展示的大屏端、管理人员的PC端、现场巡查人员的APP端等多种形式。对于预警、报警和抢修的信息可以通过短信方式发送给站务、巡查、保养和抢险的人员，实现短时间内联动响应。

3、监护系统数据流程

监护系统的架构主要包括线网级监护模块、线路级监护模块和站点级监护模块，监护系统中数据的流动将线网级监护模块、线路级监护模块和站点级监护模块联系起来起着如同血液般作用。因此对数据的收集、传输和存储也是监护系统重要工作。

3.1 数据收集

监护系统中的数据来源包括输入的数据，监测采集的数据和系统生成的数据。输入的数据来源包括规划、勘察、设计、施工和验收阶段数据，也包括现场巡查，运营和养护输入的数据，还包括人工输入的信息。监测采集的数据是通过布设传感器、自动化全站仪、人工测量和检测形成地数据，包括轨道交通设施的位移、裂缝、渗漏水和损失等，也包括外部作业内容的位移、水位和力的变化等。系统生成的数据是指得监护系统按照算法形成的数据。

3.2 数据传输

监护系统中数据采集后将存入云端的服务器，线网级监护模块、线路级监护模块和站点级监护模块将从云端共享数据。各模块的智能分析平台将从云端服务器内数据进行建模分析，并将产生的预警、报警和隐患信息对应显示在展示界面上，同时下发给站务、巡查、保养和抢险的人员，从而实现最短时间的联动。上述预警、报警和隐患消除后产生的新的数据也将进入云端的服务器，从而实现数据的循环流动。

4、结语

随着大数据和云计算技术的不断发展，城市轨道交通监护系统将实现日常运维管理的智慧化、可视化和标准化。本文在传统的监测系统的基础上，结合城市轨道交通系统建设、运营和养护需求，论述了监护系统的架构组成和数据流程，提出监护系统构成应该包括线网级、线路及和站点级的模块，通过数据采集、传输和存储串联监护系统的三大模块，实现对城市轨道交通全天候、全平台和全空间的动态预警和管控。

参考文献：

[1]李金海，杨冠华，丁漪，刘剑锋.城市轨道交通新线开通对出行方式选择的影响研究[J].交通运输系统工程与信息, 2022, 22(5):135-140.

[2]徐杰,刘春煌,李平,等.城市轨道交通系统信息共享平台研究[J].城市轨道交通研究, 2005, 8(2):5.

[3]迟汶.城市轨道交通基于运维管理平台的工程监护系统[J].交通科技与管理, 2020, 000(006):P.1-2.

[4]詹龙喜.上海轨道交通数字化监护管理系统开发与应用[J].测绘通报, 2013(S1):4.