基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理中心

■ 徐貴紅

隨著我國(guó)高速鐵路的陸續(xù)開通和多列綜合檢測(cè)列車的投入運(yùn)行，為保障高速鐵路安全平穩(wěn)高效運(yùn)行并達(dá)到基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)濟(jì)有效的養(yǎng)護(hù)維修目標(biāo)，需要準(zhǔn)確、全面、深入地處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立了地面檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理中心。檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理中心（簡(jiǎn)稱中心）是基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)全方位檢查監(jiān)控動(dòng)態(tài)管理體系的重要組成部分（見圖1）。

1 中心系統(tǒng)構(gòu)成

中心由車-地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)和展示系統(tǒng)組成（見圖2）。

車-地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)按緊急程度分級(jí)分類從檢測(cè)列車及時(shí)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心，加快了對(duì)嚴(yán)重病害的響應(yīng)速度。

地面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)基于海量檢測(cè)數(shù)據(jù)的分級(jí)存儲(chǔ)管理和分布集成體系結(jié)構(gòu)，利用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫數(shù)據(jù)組織技術(shù)，構(gòu)建了滿足工務(wù)、弓網(wǎng)、電務(wù)等各專業(yè)的歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)管理平臺(tái)，在線存儲(chǔ)能力達(dá)到120 T，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)、相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)信息和維修作業(yè)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。

圖1 數(shù)據(jù)中心的作用示意圖

圖2 檢測(cè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的核心應(yīng)用系統(tǒng)，通過工務(wù)、弓網(wǎng)、通信和信號(hào)數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)，以及動(dòng)力學(xué)仿真、數(shù)據(jù)挖掘等工具，利用基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)評(píng)價(jià)方法及特征量提取方法、車輛/軌道耦合動(dòng)力學(xué)仿真及弓網(wǎng)耦合模型仿真、車輛/軌道系統(tǒng)綜合安全評(píng)判方法、軌道不平順狀態(tài)預(yù)測(cè)方法等，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的分析評(píng)價(jià)和變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，提出維修養(yǎng)護(hù)建議。

展示系統(tǒng)基于GIS，形象化顯示檢測(cè)列車運(yùn)行的位置速度信息、基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)和分析結(jié)果。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)

檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以C/S模式，提供檢測(cè)數(shù)據(jù)入庫、備份、預(yù)處理和數(shù)據(jù)導(dǎo)入等功能。數(shù)據(jù)分析診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)日常分析和高級(jí)分析，主要包括大值管理閉環(huán)跟蹤管理、區(qū)段質(zhì)量評(píng)價(jià)、單元質(zhì)量分析等，以及利用仿真工具、數(shù)據(jù)挖掘和其他綜合分析方法進(jìn)行的高級(jí)分析功能。日常分析功能以B/S模式支持網(wǎng)絡(luò)化訪問；高級(jí)分析為用戶提供后臺(tái)分析服務(wù)。軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和分析診斷系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)見圖3。

（1）檢測(cè)數(shù)據(jù)管理。進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)管理，功能界面見圖4。

（2）大值跟蹤管理。進(jìn)行大值基本信息和處理狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示、條件查詢、關(guān)聯(lián)查詢（見圖5）。包括大值反饋信息、處理建議、處理結(jié)果、作業(yè)效果等信息的鏈接，以及檢測(cè)波形、歷史偏差、設(shè)備臺(tái)賬等的關(guān)聯(lián)。

（3）偏差趨勢(shì)分析。對(duì)軌道幾何超限個(gè)數(shù)、晃車個(gè)數(shù)、公里扣分、優(yōu)良率等軌道質(zhì)量指標(biāo)趨勢(shì)分析?？梢砸哉劬€圖形式顯示線、段、車間、自定義區(qū)段等的統(tǒng)計(jì)匯總和變化趨勢(shì)。還可以使用紅黃綠指標(biāo)抽象表征區(qū)段質(zhì)量的各種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，紅黃綠色塊代表小區(qū)段線路質(zhì)量好壞程度，分析質(zhì)量變化趨勢(shì)（見圖6）。

（4）重點(diǎn)區(qū)段識(shí)別和分析。利用偏差集中度圖識(shí)別統(tǒng)計(jì)全線歷史偏差重復(fù)出現(xiàn)集中程度（偏差集中度），用于發(fā)現(xiàn)病害多發(fā)區(qū)段（見圖7）。

圖3 軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和分析診斷系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

圖4 數(shù)據(jù)預(yù)處理計(jì)算界面

圖5 大值列表

圖6 公里扣分紅黃綠變化趨勢(shì)

（5）偏差高發(fā)區(qū)段的發(fā)展情況分析。利用偏差散點(diǎn)圖展現(xiàn)偏差的數(shù)據(jù)分布情況，分析偏差升級(jí)程度（見圖8）。橫坐標(biāo)為檢測(cè)里程，縱坐標(biāo)為偏差值與標(biāo)準(zhǔn)值差和標(biāo)準(zhǔn)值的比。

（6）基于G IS的可視化展示?；贕IS進(jìn)行軌道狀態(tài)和大值查詢和展示（見圖9）。展示軌道狀態(tài)TQ I、公里扣分、優(yōu)良率等的紅黃綠指標(biāo)，對(duì)可能影響安全的大值信息、處理狀態(tài)進(jìn)行展示和跟蹤管理。

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

利用鐵道部辦公網(wǎng)，為鐵道部、各鐵路局、段提供軌道、弓網(wǎng)、電務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析服務(wù)，輔助各級(jí)維修管理單位發(fā)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量問題、制定養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃和評(píng)估維修效果。支持日常檢測(cè)數(shù)據(jù)分析、定期檢測(cè)報(bào)告撰寫、聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)分析、專項(xiàng)數(shù)據(jù)分析及相關(guān)科研項(xiàng)目的研究。

（1）日常檢測(cè)數(shù)據(jù)分析。通過網(wǎng)絡(luò)化訪問，為用戶提供日常檢測(cè)數(shù)據(jù)分析服務(wù)，包括數(shù)據(jù)偏差/病害管理、查詢、統(tǒng)計(jì)匯總、趨勢(shì)分析等。

（2）定期檢測(cè)報(bào)告撰寫。定期分析報(bào)告主要包括日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季度報(bào)和年報(bào)。日?qǐng)?bào)主要對(duì)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的大值病害進(jìn)行重點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生原因并提出整改建議；月報(bào)是對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，應(yīng)用各種評(píng)判指標(biāo)從不同角度進(jìn)行分析和總結(jié)，同時(shí)大值病害進(jìn)行跟蹤分析；季度報(bào)和年報(bào)分析狀態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)比同等級(jí)各線路的狀態(tài)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量狀態(tài)的主要問題。

（3）專項(xiàng)數(shù)據(jù)分析。對(duì)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的各種典型問題或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的特殊情況，應(yīng)用各種分析方法和手段（如時(shí)頻分析、譜分析、仿真分析等），有針對(duì)性地進(jìn)行綜合深入分析，形成專項(xiàng)分析報(bào)告（如百公里平均大值個(gè)數(shù)變化趨勢(shì)（見圖10）、路基沉降分析（見圖11）、動(dòng)車組運(yùn)行過程中特殊區(qū)段抖動(dòng)分析、晃車原因分析（見圖12）等）。

圖7 某線路2010年3月2日—6月2日下行一級(jí)以上偏差集中度

圖8 某線路2010年3月2日—6月2日下行一級(jí)以上偏差散點(diǎn)圖

圖9 全部線路狀態(tài)顯示

（4）聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合試驗(yàn)。聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中，利用軌檢車、接觸網(wǎng)檢測(cè)車、電務(wù)試驗(yàn)車及綜合檢測(cè)列車獲取了大量的軌道、弓網(wǎng)、電務(wù)等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的及時(shí)診斷和分析，為現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中設(shè)備的養(yǎng)護(hù)維修提供了重要依據(jù)。

4 結(jié)論

檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理中心首次建立了我國(guó)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一高效管理的數(shù)據(jù)平臺(tái)和數(shù)據(jù)分析診斷智能化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)評(píng)價(jià)、趨勢(shì)分析與預(yù)測(cè)、輔助維修決策等功能，并已在全路提速干線和高速鐵路日常檢測(cè)中發(fā)揮重要作用。依據(jù)高速鐵路“重檢慎修”理念和“全面測(cè)量、綜合分析、細(xì)化方案、精細(xì)修理”的作業(yè)原則，為達(dá)到高效率、低成本、保安全的運(yùn)營(yíng)維護(hù)目標(biāo)提供支持，提高我國(guó)高速鐵路的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理水平。

檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理中心將為研究和解決高速鐵路基礎(chǔ)性和前瞻性的科研問題提供充分的數(shù)據(jù)支撐，為我國(guó)高速鐵路檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)和完善高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢修標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)，為培養(yǎng)鐵路檢測(cè)領(lǐng)域高層次專業(yè)人才提供必要的環(huán)境和科研平臺(tái)。