关于未来地铁运营以及维修模式的设想.doc

关于地铁未来运营以及维修模式的设想摘 要： 自1971年中国第一条地铁在北京开通以来，四十多年来以客运为主的运营模式以及以人力检修为主的维修模式均为发生明显变化。随着科学技术的日新月异，技术的革新必然会带来生产模式的变化。那么在大数据、虚拟现实飞速发展之后的将来，地铁又会有怎样的变化呢？本文基于当前地铁运营以及维修情况，结合目前工业以及科学发展现状，探讨未来地铁运营以及维修模式。关键词：地铁；运营；维修；未来A vision for operation and maintenance mode of Future Metro Abstract：Since the opening of Chinas first subway line in Beijing in 1971, more than forty years, the main operation mode of passenger transport and the mode of human based maintenance have changed significantly. With the rapid development of science and technology, technological innovation will inevitably bring about the change of production mode. So with the the rapid development of big data and virtual reality, what the metro will change to? This paper based on the current subway operation and maintenance, combined with the current situation of industrial and technological development, show some idea of future subway operation and maintenance mode. Key words：metro, operation, maintenance, future0 引言四十多年前，地铁以客运票务收入作为主要盈利来源。随着多媒体技术的发展，媒体广告收入也为地铁提供盈利来源。但在以公益性为主的中国地铁，这些收入远比不上建设以及运营管理维护的支出。一直以来，地铁日常管理和维护主要以人力为主，随着地铁安全越来越被人们所重视，维护人力成本也在逐步增加。随着工业4.0概念的提出，智能化是未来的一大趋势。利用大数据以及人工智能，节约人力，节省检修时间，为地铁发展其它业务提供可能。目前铁路货运正大力发展，在交通如此拥挤的城市，利用客运低峰时间段以及节约出来的检修时间进行货运将为地铁带来更多的收入来源。1 地铁运营模式地铁具有节省土地、减少噪音、减少交通干扰、节约能源以及减少污染的优势。与其他交通工具相比，除了能避免城市地面拥挤和充分利用空间外，还具有运量大、准时、速度快等优点。截止2015年末，中国城市轨道交通运营线路长度3612公里。2015年新增青岛、南昌、淮安和兰州4个运营城市；全国新增15条运营线路，438公里运营线路长度。在3612公里运营线路长度中，地铁2658公里，占线路总长的73.6%；轻轨239公里，占线路总长的6.6%；单轨89公里，占线路总长的2.5%；现代有轨电车161公里，占线路总长的4.5%；磁浮交通49公里，占线路总长的1.4%；市域快轨412公里，占线路总长的11.4%；APM线4公里，占线路总长的0.1%。 在经历了十几年的高速发展之后，中国拥有城市轨道交通的城市已经由2000年的3座（北京、上海、广州）上升至2014年的22座。截止到2014年年底，中国城市轨道交通的线路条数为101条，地铁线路总计88条。截止2015年末，中国累计有26个城市建成投运城轨线路116条。地铁运营以客运为主要业务，其它商业模式一直在探索过程中，但目前成功应用的只有广告以及地产等商业应用。由于地铁具有公用事业的性质，乘客所承担的地铁票价只占很少部分，各国城市地铁几乎都有不同程度的营业性亏损。其原因是地铁属于一个新兴行业，同时也与其以服务性和公益性作为基本定位有关。开发地铁新的商业模式，有效利用铁资源。就需要通过技术手段改善地铁维护方式，节省出更多时间为拓展地铁商业应用提供新空间。2 地铁维修维护模式实施合理的维修制度有利于安排人力、物力和财力，及早做好维修前准备，适当进行维修工作，满足工艺需求，提高设备技术状态、可靠性和使用寿命，缩短维修停歇时间，减少维修费用和停机损失。从目前各国企业采用的情况看主要有计划预防维修制、以状态监测为基础的维修制和针对性维修制三种。设备的维修方式是指对维修时机的控制。常用有时候维修、预防维修、纠正维修和主动维修。自人类使用机械以来，就伴随着设备的管理。随着生产和科学的进步，设备管理逐步发展成一门独立的学科，大致经历四个阶段。2.1 事后维修阶段事后维修就是在机器设备发生了损坏或事故以后才进行修理，平时不对设备进行管理和维护。1950年以前，设备简陋，一般是在设备故障后再进行修理。2.2 预防维护阶段1950年至1960年，随着设备的复杂性不断提高以及社会化大生产的出现，设备故障对生产的影响越来越大。由美国在二战期间首先提出预防维修的概念。即在设备使用时加强保养，预防发生故障，尽可能在设备发生故障前进行预防维护，以降低停工损失和维修费用。主要做法是进行日常检查和定期检查，了解设备实际状态，进行修理工作，以免发生事故。2.3 设备系统管理阶段二十世纪六十年代，美国企业界强调对设备进行系统的管理，设备在设计阶段就考虑其可靠性、可维护性以及必要的后勤支援方案。设备出厂后，要在图纸资料、技术参数和监测手段、备件供应以及人员培训等方面为用户提供服务。2.4 设备综合管理阶段设备综合管理就是根据企业生产经营的宏观目标，通过采取一系列技术、经济、管理措施，对设备的制造、安装、调试、使用、维修、改造、更新直至报废的一生全过程进行管理。以保持设备状态良好，不断提高设备技术状态，保证设备有效使用和获得最佳的经济效益。从1970年至今一直是设备综合管理阶段。3 当前主流技术3.1 人工智能人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。目前设备仍然需要员工每天或定期进行状态数据测定，统计数据来判断设备状态。而通过各种传感器未来将实现所有设备状态数据的远程实施监控。传感器实施采集设备温度，运行状态，环境状态，电压，电流等数据并通过网络实施上传之中心。这样就不需要员工定期检查，只需要在监测到设备异常时且远程无法恢复是才到现场进行维修处理。极大的减少了人力需求。3.2 虚拟现实虚拟现实（Virtual Reality）技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。当前，地铁行车组织通过线型大屏幕现实轨行区状态，通过视频监控了解车站以及列车内部情况。这些工具只能粗略或单一监控个别区域，无法进行全局实时监控和分析。通过虚拟现实技术，可以将隧道、车站、列车上各种设备获取到的数据通过三维模拟以3D的形式展示给中心调度指挥人员并根据需求以不同角度透视隧道、列车或车站情况。协助调度指挥人员全面切身感受现场情况，做出最优判断和指挥。3.3 大数据大数据（big data），指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。在这个快速发展的智能硬件时代，困扰应用开发者的一个重要问题就是如何在功率、覆盖范围、传输速率和成本之间找到那个微妙的平衡点。企业组织利用相关数据和分析可以帮助它们降低成本、提高效率、做出更明智的决策等等。例如，通过结合大数据和高性能的分析，下面这些对企业有益的情况都可能会发生:1）及时解析故障、问题和缺陷的根源，。2）以利润最大化为目标来定价和清理库存。3）根据设备常性状态迅速对设备异常进行警示。4）从大量数据中快速定位故障原因。5）使用点击流分析和数据挖掘来规避事故。4 未来地铁运营以及维护维修模式设想4.1 更加全面的实时监测未来地铁车站设备房会加装温度、湿度以及电压电流等各种传感器。这些传感器获取设备房环境、设备表面、设备核心模块甚至是设备个软件的实时状态，并通过网络上传至控制中心进行存储。4.2 更加全面的冗余备份机制目前各系统服务器或工作站基本实现电源双备份，重要板卡双备份。随着电子技术的发展，电子产品的成本也将进一步下降，对全部服务器以及板卡进行备份也将成为可能。这将使得各系统更加稳定。同时目前由于设备停机维护的需求，为了避免影响运营地铁各系统维护只能在地铁停运后进行维护。将来冗余备份机制完备后，设备将能在运营期间直接进行维护和维修而不会造成系统停机。这为维护人员提供更加宽裕的维护条件。4.3 更少的人力需求由于设备实现了实时监控，在增强设备房防尘等级后。维护人员只需远程监看设备状态，不需要定期去到现场对设备进行检查。同时借助网络技术，设备软件或硬件的重启操作将都可以在远程实现。而且，未来设备的冗余程度也必将更加全面。这些都将大大减少系统维护队人力的需求，检修维护人员将只需要在设备损坏或其他重要时刻赶往现场即可，其他时间只需驻守在相应的驻点。4.4 更全面的数据分析地铁系统多，各系统设备繁杂。进行实施监控后数据庞大，这就需要大数据技术，对获取到的数据进行有效利用。由于每个设备收集到的数据更多也更全面，系统能更准确的实时状态，对设备进行更全面的分析，及时发现设备异常现象进行预警。更全面的保障系统的稳定。更全面的数据也能为系统升级和淘汰更新提供更准确的依据。4.5 现实感更强的现场监控基于虚拟现实技术以及大数据，技术人员能够建立准确的线路虚拟环境。这些虚拟环境结合实施监控上传的数据，能在虚拟环境中按实际比例现实列车位置，弓网状态，隧道状态，车站个出入口以及站厅站台的人流量情况。立体展现地铁线路的实时情况。一旦发生紧急情况，控制中心指挥人员既能切身感受现场情况，又能通过透视效果掌控全局。有利于指挥员人做出跟准确的判断，下达正确的命令，防止事故影响的扩大。4.6 更高效的管理制度结合虚拟现实以及大数据技术，每个现场作业人员都能实时了解作业场地周边环境，随身携带的设备也将对越界超限等危险行为进行提醒警示甚至向调度指挥人员进行告警。防止人为因素造成事故的发生。这将减少现场的不可控程度，给施工管理带来方便。4.7 货运等商业模式的加入目前地铁只提供客运服务，且在夜间不得不停运给检修工作腾出时间。随着科学技术的进度，检修时间将大大缩短。这样就能有更多的时间可以行车。利用夜间行车以及低峰客流时间段，完全可以进行室内物流的转运。实现这一功能后，将进一步减少地面交通压力。同时规范市内物流运输，更能给地铁带来额外的盈利。4.8 全面的社会性的站点功能实现物流功能后，各车站可以作为末端的物流收取点。坐地铁的人们可以更方便的收取和寄送快递。同时利用车站贴近周围社区的便利条件，将车站建设成为政府以及其他公司服务市民的窗口，提供医疗、法律咨询、政务咨询办理等业务。市民即