軌道交通基于大數(shù)據(jù)的MOPES課題研究

1、精品文檔軌道交通基于大數(shù)據(jù)的探索與實踐隨著我國經(jīng)濟的高速持續(xù)發(fā)展，我國城市軌道交通市場在未來很長一段時間內(nèi)都處于建設(shè)的高峰期，截止到2015年末，中國共有25座城市開通運營軌道交通線路，已累計建成投入運營線路3618公里，其中，北京、上海、廣州至2016年底都超過10條軌道交通線路運營。網(wǎng)絡(luò)化運營是城市軌道交通發(fā)展的必然結(jié)果。廣州地鐵線網(wǎng)指揮平臺分期建設(shè)，利用先進的計算機通信網(wǎng)絡(luò)平臺采集及管理信息，在統(tǒng)一的運營調(diào)度規(guī)則下，對廣州地鐵各線的運營進行監(jiān)視，遇有嚴(yán)重突發(fā)事件或影響相鄰線路的突發(fā)事件發(fā)生時，及時進行協(xié)調(diào)和指揮。廣州軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃了 1個線網(wǎng)運營管理指 揮中心（萬盛圍線網(wǎng)指揮中心）、6

2、個不同線路區(qū)域控制中心及 1個線網(wǎng)后備控制中心（大 石臨時線網(wǎng)應(yīng)急指揮中心）。截止到2016年底，廣州軌道交通線網(wǎng)指揮中心已經(jīng)完成了一期建設(shè)，包括工程硬件設(shè) 施建設(shè)（大屏幕及后臺處理設(shè)備）；完成1234568GFAPM ,共計9條線的接入，實現(xiàn) 對線網(wǎng)行車、電力及設(shè)備的線網(wǎng)統(tǒng)籌監(jiān)控；實現(xiàn)線網(wǎng)指揮中心與區(qū)域線路控制中心通信互聯(lián)互通。線網(wǎng)調(diào)度指揮平臺實現(xiàn)對線網(wǎng)運行進行全面監(jiān)視，提前預(yù)警、及時跨線協(xié)調(diào)指揮； 對線網(wǎng)跨線共用關(guān)鍵設(shè)備總體協(xié)調(diào)，通過線路OCC進行操作。調(diào)度指揮平臺分為線網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、線網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。? 線網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)： 通過各OCC主控系統(tǒng)讀取線路數(shù)據(jù)，包括線網(wǎng)列車、牽引

3、供 電、防災(zāi)報警、主變電站、車站環(huán)控、 CCTV客流等信息；? 線網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)： 通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用，運用cocC直班管理、決策支持、應(yīng)急指揮、突發(fā)事件評估、提高應(yīng)急處置效率，有效應(yīng)對突發(fā)事件；? 通信系統(tǒng)：包括傳輸系統(tǒng)、線網(wǎng)調(diào)度電話系統(tǒng)、線網(wǎng)拾音視頻系統(tǒng)、線網(wǎng)無線統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)。線網(wǎng)指揮平臺數(shù)據(jù)中心在硬件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上，完成了廣州市城市軌道交通的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯聚，這就為進一步提升城市軌道系統(tǒng)運營效率提供了實現(xiàn)的可行性。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔1大數(shù)據(jù)概述麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規(guī)模大到在獲取、 存儲、管理、分析方面大大超 出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海

4、量的數(shù)據(jù)規(guī)模、 快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、 多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大特征。大數(shù)據(jù)的特點通常用“ 4V”來概括：Volume （體積 大）、Velocity （速度快）、Variety （種類多）、Virtual （實時性）。大數(shù)據(jù)已經(jīng)在氣候?qū)W、天文 學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域大量應(yīng)用，而如今正向軌道交通領(lǐng)域擴展。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理。換而言之， 如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的 加工能力”，通過加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 揩值”。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單

5、臺的計算機進行處理，必須采用分布式架構(gòu)。 它的特色在于對海量數(shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)挖掘。但它必須依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟應(yīng)用以及國家戰(zhàn)略的重視，很多城市軌道交通行業(yè)管理者也開始思考如何挖掘大數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用價值，DT時代，城市軌道交通運營過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是復(fù)雜多樣的，數(shù)據(jù)建立的重要性不言而喻，數(shù)據(jù)建立之后更為關(guān)鍵的是數(shù)據(jù)分析。必須做好這些信息的優(yōu)化，才能用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果指導(dǎo)我們更加智慧的工作和生活，因此，如何利用大數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化分析等技術(shù)更好地建設(shè)智慧型軌道交通，是很多這個領(lǐng)域國家機構(gòu)、行業(yè)專家和大數(shù)據(jù)廠商正在積極研究和分析的新領(lǐng)域。2軌道交通

6、運營績效評估MOPES 的全稱是 Metro Operational Performance Evaluation System ,意思是城市軌道交通運營績效評估體系。MOPES在2009年3月成立，由中國交通運輸協(xié)會城市軌道交通專業(yè)委員會進行統(tǒng)一管理。2009年3月成立，中國交通運輸協(xié)會城市軌道交通專業(yè)委員會進行統(tǒng)一管理。目前有10個城市的11加地鐵運營企業(yè)參與MOPES體系。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔軌道交通運營績效指標(biāo)體系圖1城市軌道交通運營績效指標(biāo)體系框架指標(biāo)體系由基礎(chǔ)指標(biāo)和績效指標(biāo)兩個大類構(gòu)成，總計117個指標(biāo)。其中基礎(chǔ)類指標(biāo)包括線網(wǎng)指標(biāo)、車站指標(biāo)兩種類型，共計8個指標(biāo)；績效指標(biāo)包

7、括客流指標(biāo)、運行指標(biāo)、服務(wù)指標(biāo)、安全指標(biāo)、能耗指標(biāo)、成本指標(biāo)六種類型，共計 109個指標(biāo)。指標(biāo)體系也是在實際 的應(yīng)用中不斷補充和擴充的。3大數(shù)據(jù)在軌道交通中的應(yīng)用研究在MOPES的指標(biāo)體系中，更多的是將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，單位時間（通常是一年）進行城市軌道交通績效分析。在MOPES能耗指標(biāo)中，共涉及到 7個績效指標(biāo)，屬于“事后”分析，在城市軌道交通中，MOPES也是在不斷發(fā)展和擴充。用能與節(jié)能整個城市軌道交通系統(tǒng)里，列車牽引供電系統(tǒng)和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是城市軌道交通中最主要 的用電大戶，分別占到軌道交通系統(tǒng)總能耗的1/2和1/3 ,節(jié)能潛力也相當(dāng)大。其它設(shè)備系統(tǒng)，也存在一定的節(jié)能潛力。文檔下載后可復(fù)制

8、編輯精品文檔電力費工資者運營費維修費19%廣州市軌道交通運營成本構(gòu)成圖廣州市軌道交通運營成本構(gòu)成中，電力費占運營成本的41%,工資費、運營費、維修費占59% ,因此電能的節(jié)省對于整個城市軌道交通運營來說，具有重要的現(xiàn)實意義城市軌道交通用能評價標(biāo)準(zhǔn)由于不同地域、不同城市的大氣氣候條件、全年平均氣溫、溫濕度差別很大，各城市軌道交通的運營模式又有所不同， 所以目前城市軌道交通沒有節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評估、評價體系，所以需要建立一套城市軌道交通用能評價標(biāo)準(zhǔn)。 但是一個城市各線路， 甚至推廣到區(qū)域 的用能評價體系是可以實現(xiàn)的。廣州市軌道交通數(shù)據(jù)中心根據(jù)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)歷年來各線路的用能情況，節(jié)能技術(shù) 應(yīng)用后的

9、數(shù)據(jù)對比，建立城市節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評估、評價標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)能專題技術(shù)研究隨著城市軌道交通的發(fā)展，新增線路的陸續(xù)建設(shè)，城市軌道交通能耗巨大，而城市軌道交通耗能專業(yè)多，節(jié)能優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，城市軌道交通節(jié)能技術(shù)也進入了不斷應(yīng)用和創(chuàng)新的發(fā)展黃金期?；诖髷?shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，可以建立多種節(jié)能新技術(shù)的對比，并且根據(jù)線路不同專業(yè)節(jié) 能技術(shù)的應(yīng)用進行優(yōu)化方案篩選，為后續(xù)線路和區(qū)域節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用成為可能。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔節(jié)能技術(shù)節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)節(jié)能效果通風(fēng)空調(diào)節(jié)能技術(shù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式與自動控制的優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能10%15%新型空氣一水通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用再生電能吸收技術(shù)設(shè)置再生電

10、能吸收裝置回收車輛制動能量回收25%列車制動能量給排水節(jié)水節(jié)電技術(shù)給水壓力控制、車輛段水處理優(yōu)化組合、冷卻水泵變頻綜合節(jié)能15%25%動力照明節(jié)能技術(shù)公共區(qū)照明采用LED光源車輛段設(shè)置太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合節(jié)能20%其他節(jié)能技術(shù)線路節(jié)能坡技術(shù)、自動扶梯變頻調(diào)速技術(shù)、列車節(jié)能運行模式技術(shù)等節(jié)能新技術(shù)系統(tǒng)性、綜合性節(jié)能解決方案目前城市軌道交通的很多節(jié)能技術(shù)都是針對單一系統(tǒng)或?qū)I(yè)進行設(shè)計，缺乏針對城市 軌道交通綜合和一體化的考慮，未形成系統(tǒng)性、綜合性的節(jié)能解決方案。對某一個系統(tǒng)或?qū)I(yè)的節(jié)能研究只占到一小部分，沒有考慮到各個相關(guān)專業(yè)之間的聯(lián)系，以及各個專業(yè)之間可能會有的互補或者相關(guān)的轉(zhuǎn)嫁作用?？梢?/p>

11、利用數(shù)據(jù)中心大數(shù)據(jù)， 建立各系統(tǒng)或?qū)I(yè)的綜合節(jié)能分析。采用屏蔽門的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)季節(jié)系統(tǒng)負荷小，與設(shè)置安全門的閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 相比具有節(jié)能的優(yōu)勢。但在非空調(diào)季節(jié)，由于設(shè)置屏蔽門后無法利用列車活塞風(fēng)對車站進行 自然通風(fēng)，使得其通風(fēng)能耗高于設(shè)置安全門的車站?？烧{(diào)通風(fēng)型站臺門是屏蔽門與安全門的結(jié)合體，空調(diào)季節(jié)關(guān)閉門體上的開口作為屏蔽門使用，非空調(diào)季節(jié)開啟門體上的開口作為安全門使用，從而達到全年節(jié)能的目的。在非空調(diào)季通過實時數(shù)據(jù) AFC系統(tǒng)5分鐘或者15分鐘進出站客流量，站臺公共區(qū)溫 度傳感器的實時平均值，作為站臺溫度調(diào)節(jié)的前饋信號，BAS系統(tǒng)調(diào)節(jié)大系統(tǒng)空調(diào)和水系統(tǒng)， 對比隧道溫度和站臺溫度，聯(lián)動

12、屏蔽門系統(tǒng)打開或關(guān)閉門體上的開口，利用活塞風(fēng)對車站進行自然通風(fēng)。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔5/15分鐘進、出站客流是有相對的延時性，但是可以根據(jù)大數(shù)據(jù)的清分中心統(tǒng)計出車站站 臺層乘客數(shù)量模型，并根據(jù)溫度傳感器和戶外溫度和隧道溫度，來進行BAS對風(fēng)、水調(diào)節(jié),可調(diào)通風(fēng)型站臺門系統(tǒng)開或者關(guān)閉門體上口聯(lián)動調(diào)節(jié)。優(yōu)化檢修方式概述城市軌道交通的有序運營離不開現(xiàn)場設(shè)備的良好技術(shù)狀態(tài)，這就意味著各系統(tǒng)設(shè)備及 時可靠保養(yǎng)將起著至關(guān)重要的作用。檢修方式是構(gòu)成檢修制度的一個重要組成部分。從當(dāng)前運營的城市軌道交通檢修方式 來看，主要分為兩種：保養(yǎng)性維修和故障性維修。保養(yǎng)性維修保養(yǎng)維修的計劃是根據(jù)設(shè)備制造者所提供的基

13、礎(chǔ)信息來確定的，但同時它也必須與設(shè) 備當(dāng)時的運轉(zhuǎn)情況相適應(yīng)。如果系統(tǒng)的可靠性比較高，那么保養(yǎng)維修的周期可以相對延長， 反之則要相對縮短維修周期。保養(yǎng)維修具體可以分為以下二種形式：計劃預(yù)防修、狀態(tài)修。1.計劃預(yù)防修計劃預(yù)防修是指在尚未發(fā)生故障之前就對設(shè)備進行檢修，消除零部件的缺陷和隱患，預(yù)防故障的發(fā)生。這種檢修制度的檢修作業(yè)是定期的，檢修范圍也是固定的，檢修所需設(shè)備和工器具也相對較固定，無需做大的變更，每年的任務(wù)是可以通過計算量化的，可以提前準(zhǔn)備檢修所需的材料、零件、設(shè)備和人力。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔2. 狀態(tài)修狀態(tài)修是借助于先進的檢測與技術(shù)診斷設(shè)備，在設(shè)備或部件出現(xiàn)故障前影響系統(tǒng)運行前，

14、檢查和測量主要零部件的技術(shù)參數(shù)， 掌握設(shè)備工作狀態(tài)，并根據(jù)事先掌握的設(shè)備實際狀 態(tài)，有計劃地適時安排適度維修。即在應(yīng)該進行修理的時候進行維修， 在應(yīng)該進行修理的部 位進行恰到好處的修理， 從而快速、經(jīng)濟、有效地達到消除隱患與故障，確保設(shè)備良好運行狀態(tài)。兩種維修方式的對比如下圖:類別內(nèi)容優(yōu)勢劣勢適用于計根據(jù)事先確定的計劃，管理相對簡單，維修成本高、維無備份的且運營要求劃當(dāng)達到一個事先確定的計劃性強，能保修周期與深度非常嚴(yán)格的系統(tǒng)和設(shè)預(yù)時間周期時，對相關(guān)設(shè)證設(shè)備運行良的合理性一時備。如道岔、轉(zhuǎn)撤機、防備或系統(tǒng)進行的檢查和好狀態(tài)，能確保難以掌握接觸網(wǎng)等系統(tǒng)和設(shè)備修處理或更換運宮要求狀在對設(shè)備進行檢測

15、的基對癥卜藥，故障檢測工作量較智能化、集成化較高態(tài)礎(chǔ)上，一旦某一參數(shù)超設(shè)備修復(fù)周期大，檢測周期和的設(shè)備修過了事先確定的限定警短，能保證運營深度難確定戒值，則需要介入維修要求3.2.3故障性維修故障維修是在某個部件出現(xiàn)故障之后所采取的維修方式。優(yōu)點在于平時維護工作量最少，維護成本最低。缺點是要考慮備用設(shè)備故初期投資較大，維修周期較長。適用于對行車、消防安全無直接聯(lián)系、設(shè)備運行穩(wěn)定且已考慮了足夠備份的系統(tǒng)或設(shè)備。如房屋修繕、堵漏、車站一般照明燈具、車站排水等環(huán)控設(shè)備。文檔下載后可復(fù)制編輯保養(yǎng)維修精品文檔維修等級與設(shè)備分類維修等級1、保養(yǎng)維修等級保養(yǎng)維修是建立在對設(shè)備的檢查、檢測的基礎(chǔ)之上的，因此，

16、檢查、檢測設(shè)備的頻率和周期以及檢測深度是否合理，對設(shè)備運行的好壞、運營企業(yè)的規(guī)模都至關(guān)緊要，一般是采取動態(tài)管理，視系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性適時做出調(diào)整。保養(yǎng)維修的等級，按檢測、保養(yǎng)周期可分為：日常檢查、周檢、雙周檢、月檢、季檢、半年檢和年檢。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔按保養(yǎng)維修的專業(yè)深度劃分可分為：一至五級維修保養(yǎng)。這其中:表2-2保養(yǎng)維修等級一、二級維修維持性修理。對設(shè)備進行局面性檢查、清洗及調(diào)整，修復(fù)或更換磨損及不能維持使用到下次修理的零部件三、四級維修為消除各總成之間技術(shù)狀態(tài)不平衡所進行的一種平衡性修理，以保證設(shè)備在大修間隔期內(nèi)具有良好的技術(shù)狀況和使用性能五級維修恢復(fù)性修理。全面解體檢查，修復(fù)

17、和更換全部磨損的零部件。大修后的設(shè)備要全面恢復(fù)和達到出廠時的設(shè)備性能和標(biāo)準(zhǔn)2、故障維修等級故障維修作業(yè)是由運營直接負責(zé)的，它追求在最短時間內(nèi)完成故障排查、分析和解決。通常需要外觀檢查、經(jīng)驗推斷、部件替換、啟動備用設(shè)備、確認故障點、臨時性解決或徹底解決等流程?？煞譃橐韵氯齻€等級：表2-3故障等級A類故障影響正常運營、運營安全、乘客服務(wù)界面的故障；需立即搶修的故障B類故障影響重要系統(tǒng)功能、消防安全的故障，制下達搶修的故障C類故障影響系統(tǒng)輔助功能，不影響正常監(jiān)控的故障，可以在運營結(jié)束后維修的故 障；其他故障設(shè)備分類將不同系統(tǒng)的每臺設(shè)備，按其運行狀況對運營安全的影響程度，劃分成不同的類別， 分別對其采

18、取不同的、合理的維修政策，明確恰當(dāng)?shù)臋z測周期和深度，并適時調(diào)整，是實現(xiàn)控制維修成本的根本手段。A類設(shè)備：其運行精度、性能變化或故障停修時，將對運營安全、服務(wù)水準(zhǔn)、運營成 本或行車組織秩序等方面產(chǎn)生重大影響，且沒有備用的設(shè)備。如接觸網(wǎng)（軌）、轉(zhuǎn)轍機、主 變壓器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、防淹門等。B類設(shè)備：其運行精度、性能變化或故障停修時，將對運營安全、服務(wù)水準(zhǔn)、運營成 本或行車組織秩序等方面產(chǎn)生較大影響，但可以通過啟動備用設(shè)備或降級運行來減輕、消除AFC設(shè)備、BAS、FAS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等。影響。如區(qū)間排水設(shè)備、屏蔽門、車站防排煙、文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔C類設(shè)備：其運行精度、性能變化或故障停修時，將

19、對運營安全、服務(wù)水準(zhǔn)、運營成本或行車組織秩序等方面影響不大，可以通過降級運行來消除或減輕影響。如環(huán)控設(shè)備、扶梯等。D類設(shè)備：其運行精度、性能變化或故障停修時，將對運營安全、服務(wù)水準(zhǔn)、運營成本、行車組織或行車秩序等方面無直接影響。如各類機加工維修設(shè)備、車站內(nèi)給排水、車輛段內(nèi)大部分設(shè)施等?；诖髷?shù)據(jù)分析的狀態(tài)修從以上維修方式可以看出，采用現(xiàn)代的檢測和診斷技術(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)缺陷和故障，大大減少了傳統(tǒng)檢修中查找問題的時間，并可根據(jù)預(yù)知的檢修工作范圍安排檢修時間、檢修地點、檢修人員和檢修工器具。數(shù)據(jù)中心接入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和海量數(shù)據(jù)存儲、處理為狀態(tài)修提供了可能，可以分專業(yè)、分設(shè)備、按目前監(jiān)測技術(shù)和手段、設(shè)備維

20、修等級來進行狀態(tài)修劃分。專業(yè)設(shè)備名稱故障等級是否有檢測設(shè)備實時監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)分析開車輛主電路系統(tǒng)A無有連續(xù)運行時間品牌、型號、參數(shù)、歷史故 障統(tǒng)計等等牽引制動控制系統(tǒng)A無有連續(xù)運行時間輔助系統(tǒng)B無有連續(xù)運行時間電力110kV主變壓器A無有連續(xù)運行時間整流變B無有連續(xù)運行時間動力變B無有連續(xù)運行時間1500V電動隔離開關(guān)A無有開關(guān)次數(shù)BASTVF隧道風(fēng)機C無有連續(xù)運行時間、啟停次 數(shù)AHUfi合式空調(diào) 器C無有連續(xù)運行時間TEF排熱風(fēng)機C無有連續(xù)運行時間、啟停次 數(shù)AFCTVM售票機C無有連續(xù)運行時間閘機B無有連續(xù)運行時間從數(shù)據(jù)中心中可以利用提取的數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)進行匯總分析，合理確定是否需要檢修，并可以利用檢修樣本進行人員的安排、設(shè)備部件、備品備件的采購， 及相應(yīng)工器具的準(zhǔn)備，實現(xiàn)人、料、機的優(yōu)化配置。文檔下載后可復(fù)制編輯精品文檔運營模式優(yōu)化目前城市軌道交通的很多運營模式都是根據(jù)設(shè)計院的通風(fēng)空調(diào)模式來進行運營，但是所有的城市是不是有必要都采用相同的模式運營，基于數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)分析為調(diào)整運營模式提供了技術(shù)分析手段，為軌道交通優(yōu)化運營模式提供可能。取消早晚通風(fēng)目前已經(jīng)運營的城市軌道交通地鐵線路，都有隧早通風(fēng)、晚通風(fēng)模式。早通風(fēng)主要是在每天清晨運營前半小時進行，主