淺析鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之大數(shù)據(jù)運(yùn)用

蘇璽

摘 要：鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Centralized Signaling Monitoring system，簡稱CSM）在當(dāng)前鐵路電務(wù)設(shè)備維修管理中的應(yīng)用最為廣泛。CSM系統(tǒng)發(fā)展至今，已實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集及記錄、分析，數(shù)據(jù)量已經(jīng)非常可觀，但隨之而來的數(shù)據(jù)運(yùn)用、處理成為一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。如何更合理、更科學(xué)地分析采集而來的數(shù)據(jù)，為設(shè)備維修管理提供更加直觀、便捷、更有參考意義的數(shù)據(jù)，使信號(hào)集中監(jiān)測(cè)更加智能化，是CSM系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。文章通過對(duì)各大主流CSM及軟件相關(guān)功能的對(duì)比分析，探討在實(shí)際設(shè)備維修及故障查找運(yùn)用過程中更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)分析方案，并對(duì)系統(tǒng)相關(guān)功能提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：信號(hào)；監(jiān)測(cè)；大數(shù)據(jù)；運(yùn)用

1 CSM系統(tǒng)主要功能概述

CSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全各項(xiàng)功能均較為完善。集中監(jiān)測(cè)采用獨(dú)立的2M速率的數(shù)字通道，采用統(tǒng)一的底層通信平臺(tái)，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與CTC/TDCS、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、ZPW-2000、智能電源屏、智能點(diǎn)燈單元、轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口、計(jì)軸等設(shè)備的數(shù)據(jù)互通；集中監(jiān)測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)廣域網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了“三級(jí)四層”的數(shù)據(jù)共享；CSM系統(tǒng)采用冗余、可靠性技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，確保了系統(tǒng)與數(shù)據(jù)安全。

目前，大秦、大張、北同蒲線各站使用的集中監(jiān)測(cè)使用交大、長龍、輝煌廠家的CSM系統(tǒng)。各大廠家提供的軟硬件相關(guān)技術(shù)均較為成熟，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備運(yùn)用過程中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)分析與監(jiān)測(cè)報(bào)警。如：實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路、信號(hào)機(jī)、電纜絕緣、半自動(dòng)閉塞、站（場(chǎng)）聯(lián)電壓、電源等模擬量測(cè)試與分析。實(shí)現(xiàn)了按鈕、控制臺(tái)表示狀態(tài)、關(guān)鍵繼電器狀態(tài)、區(qū)間軌道及信號(hào)機(jī)運(yùn)用狀態(tài)等開關(guān)量變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 主流CSM系統(tǒng)大數(shù)據(jù)運(yùn)用及分析

2.1 數(shù)據(jù)報(bào)表運(yùn)用

2.1.1 實(shí)時(shí)值報(bào)表

隨著鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的發(fā)展、各項(xiàng)新技術(shù)的引入，CSM系統(tǒng)的采集點(diǎn)也隨之增多。由于數(shù)據(jù)的生成量不斷增加，實(shí)時(shí)處理能力是CSM系統(tǒng)功能是否強(qiáng)大的重要指標(biāo)。目前集中監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)值報(bào)表可顯示各設(shè)備電壓、電流等即時(shí)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用作為廣泛的是在查找一些已經(jīng)自行恢復(fù)的故障、以及處理設(shè)備電壓波動(dòng)等隱性故障的過程中，使用實(shí)時(shí)值報(bào)表，可以輕松掌握一些瞬時(shí)的、輕微的數(shù)據(jù)變化，更為準(zhǔn)確地確定故障位置。

2.1.2 月報(bào)表

CSM系統(tǒng)月報(bào)表統(tǒng)計(jì)每月各設(shè)備開關(guān)量的變化次數(shù)，如：道岔動(dòng)作次數(shù)、信號(hào)機(jī)開放次數(shù)時(shí)間等。通過查看此報(bào)表，可以對(duì)某段時(shí)間內(nèi)某些的設(shè)備使用情況一目了然，針對(duì)性地加強(qiáng)日常設(shè)備巡視及維修。

CSM-JD2006版集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)某月的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，經(jīng)過對(duì)2017年1月份某站道岔動(dòng)作次數(shù)從高到低進(jìn)行排序可以發(fā)現(xiàn)：該站38/42號(hào)道岔1月份動(dòng)作次數(shù)為1418次，使用最為頻繁，電務(wù)工區(qū)應(yīng)加強(qiáng)日常設(shè)備的巡視檢查、涂油潤滑、天窗檢修等工作，從而提高38/42號(hào)道岔設(shè)備質(zhì)量，降低對(duì)行車的影響。同理，對(duì)信號(hào)機(jī)開放次數(shù)也可以進(jìn)行查看，結(jié)合燈泡使用壽命，適當(dāng)?shù)貙?duì)使用頻繁的信號(hào)機(jī)燈泡進(jìn)行更換。

CSM-CL2010版CSM系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)排序功能。其它各版本的CSM系統(tǒng)雖然可以生成此種形式的月報(bào)表，但是均無排序功能，報(bào)表的實(shí)用性不足，不便于電務(wù)段的設(shè)備使用分析。

2.2 數(shù)據(jù)圖形運(yùn)用

數(shù)據(jù)的折線圖形式的圖形分析，是信號(hào)CSM系統(tǒng)最經(jīng)典、最主流分析方法。按橫坐標(biāo)分為：實(shí)時(shí)曲線、日曲線、月曲線、年曲線。按照縱坐標(biāo)分為：電壓曲線、電流曲線、時(shí)間曲線。本文選取日曲線、月曲線及時(shí)間曲線進(jìn)行說明。

2.2.1 日曲線

CSM系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集的模擬量數(shù)據(jù)以折線圖的形式繪制成為日曲線，形象地再現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)及設(shè)備變化情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡視及故障查找判斷中的應(yīng)用最為廣泛。同時(shí)，對(duì)日曲線的放大分析、同屏對(duì)比分析功能的加入，更加方便了設(shè)備維修單位。

交大2006版微機(jī)監(jiān)測(cè)曲線可以輕松實(shí)現(xiàn)橫向、縱向的放大，有助于查看數(shù)據(jù)的短時(shí)間、瞬時(shí)的微量變化。但是不足之處在于無法實(shí)現(xiàn)同屏分析。

輝煌CSM系統(tǒng)的日曲線分析可以實(shí)現(xiàn)同屏對(duì)比分析，設(shè)備各相關(guān)曲線的同步變化情況一目了然，特別是針對(duì)采集數(shù)據(jù)較多的ZPW-2000A設(shè)備曲線，曲線同屏對(duì)比分析的優(yōu)勢(shì)較為明顯。也可對(duì)曲線上任意時(shí)間點(diǎn)直接進(jìn)行站場(chǎng)圖的回放，為設(shè)備維修單位提供了極大的方便。但是輝煌微機(jī)監(jiān)測(cè)的不足之處在于，為了實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)曲線的同屏對(duì)比，只能對(duì)曲線進(jìn)行橫向的放大，無法進(jìn)行縱向放大，一些輕微的數(shù)據(jù)變化難以準(zhǔn)確讀取。

2.2.2 月曲線

相對(duì)實(shí)時(shí)報(bào)表、日曲線，CSM系統(tǒng)對(duì)每月的數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)量較大，分析方法的難度相對(duì)叫較高。通過對(duì)交大2006版CSM系統(tǒng)軌道電壓月曲線進(jìn)行分析，軟件并未將每日曲線進(jìn)行機(jī)械地拼合，而是將每日軌道電路的“調(diào)整最大值”、“調(diào)整最小值”、“分路最大值”進(jìn)行采樣式的分析，繪制成為折線圖類型的月曲線。由此圖分析可以快速得出：某日軌道電路出現(xiàn)了較大的波動(dòng)、某日出現(xiàn)過分路不良、某日因漏泄等因素而進(jìn)行了軌道電壓電平調(diào)整等信息。此種采樣分析的曲線優(yōu)點(diǎn)在于減少了數(shù)據(jù)分析量，軟件更加輕便。其它版本的CSM系統(tǒng)均采用采樣分析，并加入了調(diào)整電壓平均值、分路電壓平均值等信息。

2.2.3 時(shí)間曲線

輝煌軟件將道岔每次的動(dòng)作時(shí)間繪制成月曲線是一次創(chuàng)新，突破了以電壓、電流等數(shù)據(jù)作為分析的常規(guī)思路。通過此曲線可以輕松查閱某日道岔動(dòng)作時(shí)間較長而出現(xiàn)過道岔無表示故障，也可以觀察某道岔動(dòng)作時(shí)長變化，從而對(duì)道岔壓力不足、道岔機(jī)械卡阻等安全隱患進(jìn)行預(yù)判，及早采取措施。

3 CSM大數(shù)據(jù)運(yùn)用優(yōu)質(zhì)方案

通過對(duì)主流的CSM系統(tǒng)的對(duì)比分析，綜合其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出一套集中監(jiān)測(cè)常用分析的最優(yōu)方案，各設(shè)備廠家應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用角度出發(fā)，取長補(bǔ)短，創(chuàng)新思路，開發(fā)更加完善的數(shù)據(jù)分析軟件。

一是CSM系統(tǒng)的實(shí)時(shí)值報(bào)表要及時(shí)準(zhǔn)確。二是月報(bào)表生成后需要加入排序、篩選等功能。三是曲線分析要實(shí)現(xiàn)同屏對(duì)比分析，并可以同步進(jìn)行二維放大，精確顯示需要的數(shù)據(jù)。四是月曲線采用最值數(shù)據(jù)智能采樣分析的方法。五是曲線分析要實(shí)現(xiàn)與站場(chǎng)圖回放、繼電器開關(guān)量變化等信息的即時(shí)交互。六是創(chuàng)新運(yùn)用時(shí)間曲線、距離曲線等形式的分析方法。

4 改進(jìn)建議

（1）目前CSM系統(tǒng)普遍使用“折線圖”類型的曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建議系統(tǒng)適當(dāng)加入“餅狀圖”、“柱形圖”、“雷達(dá)圖”等圖形分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)更直觀、更形象的分析。（2）《維規(guī)》規(guī)定CSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存時(shí)間不少于30天，各主流監(jiān)測(cè)軟件數(shù)據(jù)保存雖已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是電務(wù)段對(duì)典型事故、故障等重要相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線需要長時(shí)間甚至永久保存。目前電務(wù)段僅限于截圖記錄，存在一定的局限性。建議CSM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)別時(shí)間段、個(gè)別設(shè)備的數(shù)據(jù)、曲線進(jìn)行導(dǎo)出、導(dǎo)入功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的跨站、跨系統(tǒng)的交互式分析、離線分析，使電務(wù)段的數(shù)據(jù)管理更高效、便捷。同時(shí)也為事故、故障的教訓(xùn)吸取、職工教育等工作提供便利。（3）目前大秦、北同蒲、大張線集中監(jiān)測(cè)均采用2M速率的數(shù)字通道，隨著CSM系統(tǒng)軟件的升級(jí)以及采集點(diǎn)、采集數(shù)據(jù)的增加，日常使用過程中普遍存在卡頓、延時(shí)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。因此建議對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)的同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行同步升級(jí)，必要時(shí)采用光纖通信。

參考文獻(xiàn)

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