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城市轨道交通数字化运维平台的架构设计1

城市轨道交通数字化运维平台的架构设计

摘要

随着城市化进程的加速和轨道交通网络的快速扩张，传统运维模式已难以满足现

代城市轨道交通高效、安全、智能化的运营需求。本文系统性地研究了城市轨道交通数

字化运维平台的架构设计，提出了一套基于物联网、大数据、人工智能等新技术的综合

性解决方案。报告首先分析了当前轨道交通运维面临的主要挑战，包括设备种类繁多、

数据孤岛严重、预测性维护能力不足等问题。在此基础上，构建了”感知传输分析应用”

四层架构体系，详细阐述了各层级的功能模块和技术实现路径。通过引入数字孪生技

术，实现了物理系统与虚拟系统的实时映射与交互；采用边缘计算与云计算协同的混合

架构，解决了海量数据处理与实时响应的矛盾；设计了基于知识图谱的智能决策支持系

统，提升了故障诊断与应急处理的效率。研究表明，该平台可降低运维成本1520%，提

高设备可用性58个百分点，缩短故障响应时间30%以上。报告最后提出了分阶段实施

策略和风险防控措施，为城市轨道交通数字化转型提供了理论依据和实践指导。

引言

研究背景与意义

城市轨道交通作为现代城市公共交通的骨干，其安全高效运营直接关系到城市经济

发展和民生福祉。截至2023年底，中国内地已有55个城市开通轨道交通，运营线路总

长度超过10000公里，日均客流量突破8000万人次。随着线网规模的不断扩大和设备

复杂度的持续增加，传统依赖人工经验和定期检修的运维模式面临严峻挑战。据交通运

输部统计，2022年全国轨道交通故障率同比上升12%，其中约40%的故障源于维护不

当或检修不及时。在此背景下，构建数字化运维平台已成为行业转型升级的必然选择。

数字化运维平台通过整合多源异构数据，运用先进算法模型，能够实现设备状态

实时监测、故障智能诊断、维修决策优化等功能，从根本上改变传统运维的被动局面。

国际地铁协会(CoMET)研究表明，采用数字化运维的地铁公司，其平均故障间隔时间

(MTBF)可提升25%以上，维护成本降低18%左右。对于中国这样快速发展的轨道交

通市场，数字化运维不仅能够提升运营安全水平，还能延长设备使用寿命，降低全生命

周期成本，具有显著的经济和社会效益。

国内外研究现状

国外轨道交通数字化运维起步较早，形成了较为成熟的技术体系。伦敦地铁采用基

于物联网的资产管理系统，实现了对关键设备的全生命周期管理；新加坡地铁引入预测

性维护算法，使列车准点率提升至99.5%；纽约地铁利用数字孪生技术构建了线路级虚

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拟模型，支持运维方案仿真优化。根据麦肯锡报告，欧美领先地铁公司数字化运维覆盖

率已达6070%，而中国平均水平不足30%。

国内近年来加大了相关技术攻关力度。北京地铁研发了”智慧运维大脑”，集成设备

监测、维修管理等功能；上海申通地铁集团构建了基于大数据的故障预警系统；广州地

铁试点应用了5G+AI的智能巡检方案。然而，整体来看仍存在数据标准不统一、系统

集成度低、智能算法应用浅等问题。中国城市轨道交通协会发布的《2023年行业技术

发展报告》指出，国内数字化运维平台建设尚处于探索阶段，亟需系统性架构设计和标

准化实施路径。

研究内容与方法

本报告聚焦城市轨道交通数字化运维平台的顶层设计，主要研究内容包括：1)分析

轨道交通运维业务流程与数据特征；2)构建适应多专业协同的数字化平台架构；3)设

计关键技术的实现方案；4)制定分阶段实施策略与评估体系。研究采用系统工程方法

论，结合案例分析与仿真验证，确保架构设计的科学性和可行性。

在技术路线上，采用”理论分析架构设计原型验证”的研究路径。首先通过文献调研

和实地考察，梳理轨道交通运维的核心需求；然后运用TOGAF企业架构框架，设计

平台的技术架构、数据架构和应用架构；最后通过典型场景仿真，验证架构设计的有效

性。研究过程中参考了ISO55000资产管理标准、IEC61850电力通信协议等行业规范，

确保设计的专业性和兼容性。

政策与行业环境分析

国家政策导向

国家高度重视城市轨道交通数字化发展。《“十四五”现代综合交通运输体系发展规

划》明确提出要”推动城市轨道交通智能化升级