鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)研究

高 媛，王 巍

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司通信信號研究所，北京100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司國家鐵路智能運輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京100081)

1 鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)現(xiàn)狀分析

鐵路通信設(shè)備是重要的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，其設(shè)備狀態(tài)與鐵路運輸安全和效率有直接關(guān)系。機(jī)車綜合無線通信設(shè)備(CIR)作為我國通信系統(tǒng)重要的車載通信設(shè)備，已在機(jī)車、動車組上大規(guī)模安裝運用，主要用于司機(jī)與列車調(diào)度員、車站值班員、乘務(wù)員等作業(yè)人員進(jìn)行調(diào)度指揮通信，向CTC/TDCS系統(tǒng)傳送車次號校核信息，接收CTC/TDCS系統(tǒng)的調(diào)度命令信息，發(fā)送和接受列車防護(hù)報警信息，與旅客列車尾部安全防護(hù)裝置進(jìn)行通信，是提高運輸效率、保障行車安全的重要設(shè)備[1-2]。

車載無線通信設(shè)備的良好運用是確保鐵路運輸生產(chǎn)安全的重要基礎(chǔ)和保證。但是，目前車載無線通信設(shè)備的運用和維護(hù)還存在管理水平不高、缺乏統(tǒng)計分析手段等問題。例如，車載無線通信設(shè)備板件較多、設(shè)備分散、調(diào)撥頻繁，設(shè)備臺賬多采用傳統(tǒng)紙質(zhì)文件形式，依靠人工辦理，隨著設(shè)備履歷信息迅速增長，相應(yīng)設(shè)備資料管理和報表統(tǒng)計難度越來越大，大量的備品備件無法統(tǒng)一管理，易耗損板件缺少合理的分配。此外，車載無線通信設(shè)備缺少設(shè)備實時監(jiān)控的手段，地面維護(hù)人員無法動態(tài)掌握設(shè)備自身工作狀態(tài)、運行位置、重要操作等信息，當(dāng)設(shè)備在運用過程中發(fā)生故障時，維護(hù)人員不能第一時間掌握故障信息，無法及時處理。

按照鐵路通信維護(hù)規(guī)則規(guī)定，車載通信設(shè)備的維修分為日常檢修和集中檢修[3]。日常檢修結(jié)合機(jī)車、動車組出入庫檢修進(jìn)行，出入庫檢修利用出入庫檢測臺完成，傳統(tǒng)庫檢是對設(shè)備運用后的定性檢測，僅為功能性試驗，往往是對已發(fā)生的故障進(jìn)行處置，測試缺乏針對性，對設(shè)備運用質(zhì)量提高作用有限，且?guī)鞕z臺分散，檢測結(jié)果不便于分析統(tǒng)計。集中檢修作業(yè)分為機(jī)車集中檢修和動車組集中檢修，機(jī)車集中檢修每2年1次或結(jié)合機(jī)車檢修修程同步進(jìn)行，動車組集中檢修按照運行公里結(jié)合動車組高級修程同步實施[4]。目前集中檢修流程依靠人工卡控，缺乏約束和提醒。無線通信設(shè)備綜合測試臺可以實現(xiàn)集中修自動測試，但測試結(jié)果無法共享。

目前鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量已達(dá)到一定水平，但存在數(shù)據(jù)共享率低、利用率低等問題。為提高全路車載無線通信設(shè)備的運用維護(hù)管理水平，充分利用分散在各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，設(shè)計鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)平臺化管理，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳遞，高效管理生產(chǎn)、運用、維修作業(yè)流程，對于提高車載無線通信設(shè)備檢修質(zhì)量，保障列車運行安全具有重要意義。

2 鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體流程設(shè)計

在鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)中，以車載無線通信設(shè)備履歷信息為基礎(chǔ)，監(jiān)測和收集設(shè)備運用和維護(hù)過程中的狀態(tài)信息，實現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理和精準(zhǔn)檢修。在列車運用時，將司機(jī)的操作、設(shè)備的運用狀態(tài)等進(jìn)行實時監(jiān)測，形成對設(shè)備運用質(zhì)量的統(tǒng)計分析和狀態(tài)評估；在日常檢修和維修作業(yè)時，監(jiān)測作業(yè)狀態(tài)，制定合理的檢維修流程，對運用或者檢維修過程中發(fā)生告警/故障的設(shè)備進(jìn)行綜合診斷和評價。鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)總體流程示意圖如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)總體流程示意圖Fig.1 Overall process of the system

鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)連接中國鐵路總公司、鐵路局集團(tuán)公司、通信/電務(wù)段、車間和工區(qū)，以中國鐵路總公司、鐵路局集團(tuán)公司2級數(shù)據(jù)處理平臺為主體，實現(xiàn)2級部署5級應(yīng)用。將全路鐵路無線通信設(shè)備的動、靜態(tài)技術(shù)狀態(tài)信息(履歷信息、檢修維修信息、監(jiān)測信息等)，經(jīng)過采集、加工和處理后，為各級管理相關(guān)用戶提供鐵路無線通信設(shè)備運維服務(wù)。鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

（1）數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括庫檢臺、綜合測試臺等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及臺賬、維修記錄等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和設(shè)備在途監(jiān)測數(shù)據(jù)等。對底層兩大設(shè)備檢測系統(tǒng)(出入庫檢測臺和綜合測試臺)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和臺賬、維修記錄等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一抽取、轉(zhuǎn)化，形成統(tǒng)一建模的新結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)倉庫。設(shè)備在途監(jiān)測數(shù)據(jù)通過G網(wǎng)或公網(wǎng)實時向系統(tǒng)發(fā)送。

（2）數(shù)據(jù)處理存儲。系統(tǒng)運用數(shù)據(jù)倉庫、雙活容災(zāi)等技術(shù)使履歷數(shù)據(jù)適應(yīng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用和雙活高可靠容災(zāi)，基于開放的Hadoop分布式平臺，運用通用服務(wù)器集群，構(gòu)建強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)倉庫，提供結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)快速提取和分析的能力[5]。

（3）數(shù)據(jù)分析。在數(shù)據(jù)倉庫基礎(chǔ)上采用可視化分析、數(shù)據(jù)挖掘算法、預(yù)測分析等大數(shù)據(jù)分析方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并綜合運用基于物理失效、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動及基于2者融合的故障預(yù)測技術(shù)進(jìn)行故障預(yù)測[6]。

（4）應(yīng)用層。結(jié)合實際需求設(shè)計在途監(jiān)測、庫檢作業(yè)管理、設(shè)備及履歷管理、檢修管理、報表管理、用戶管理及輔助管理等多個功能模塊，可根據(jù)用戶需求靈活配置。同時結(jié)合實際應(yīng)用需求，提供統(tǒng)計分析、決策等功能。

（5）安全保障。建立功能完善、高可靠的信息安全防護(hù)手段，實現(xiàn)信息安全傳輸。系統(tǒng)采用專用網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，與鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時采用防火墻進(jìn)行訪問控制。同時通過身份認(rèn)證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密等方式確保信息安全。

圖2 鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Diagram of system structure

2.3 功能設(shè)計

構(gòu)建車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)，應(yīng)整合既有的出入庫檢測系統(tǒng)，增設(shè)必要的管理設(shè)備，建立底層數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)對車載無線通信設(shè)備的監(jiān)測和管理。系統(tǒng)可根據(jù)需要靈活配置軟件功能模塊，實現(xiàn)在途監(jiān)測、履歷管理、作業(yè)及檢修管理、報表管理等應(yīng)用功能。

2.3.1 在途監(jiān)測

車載無線通信設(shè)備實時發(fā)送工作狀態(tài)信息(包括司機(jī)操作、線路基礎(chǔ)、運用業(yè)務(wù)、設(shè)備狀態(tài)等信息)至系統(tǒng)，由GIS系統(tǒng)提供電子地圖，顯示全路范圍在用的車載無線通信設(shè)備位置信息及詳細(xì)的運行狀態(tài)信息(包括機(jī)車號、車次號、線路名、公里標(biāo)、列車位置、廠家、場強(qiáng)值等信息)，以實現(xiàn)查詢?nèi)我鈺r間點的運用數(shù)據(jù)，并以回訪的方式還原司機(jī)操作CIR的全過程，為分析司機(jī)操作過程提供必要的技術(shù)手段。

設(shè)備在途運用過程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或自身工作狀態(tài)發(fā)生變化可能導(dǎo)致故障或者設(shè)備已經(jīng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)即向司機(jī)和地面維護(hù)人員發(fā)送故障告警提示，使之及時采取措施，盡可能減少故障造成的影響。當(dāng)設(shè)備途中發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠按設(shè)備告警、業(yè)務(wù)告警、重要提示向用戶提供實時告警、重要操作及GSM-R運用質(zhì)量等信息，并通過不同顏色區(qū)分告警級別。當(dāng)設(shè)備恢復(fù)正常時，系統(tǒng)停止告警。同時可根據(jù)實時狀態(tài)信息進(jìn)行場強(qiáng)變化趨勢、異常次數(shù)分步統(tǒng)計、調(diào)度命令發(fā)送成功率等智能關(guān)聯(lián)分析。還可查看設(shè)備歷史的維檢修記錄，為故障處理提供參考。

2.3.2 履歷管理

按照“一單元一檔案”的管理原則為全路車載無線通信設(shè)備建立完整的電子檔案，對車載無線通信設(shè)備及板件的履歷信息、使用情況、歸屬情況、故障情況等信息的進(jìn)行全路統(tǒng)一的精細(xì)化、信息化和板件化級管理。按照系統(tǒng)提出的設(shè)備及履歷信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編號方案，采用條形碼技術(shù)對設(shè)備及其運用場所(機(jī)車)、存放位置(庫房等)統(tǒng)一編號，其中設(shè)備(模塊)標(biāo)簽采用一維碼，設(shè)備整機(jī)、設(shè)備運用場所標(biāo)簽和設(shè)備存放地點標(biāo)簽采用二維碼。

設(shè)備從出廠到報廢的所有信息采集、加工后形成貫穿設(shè)備全生命周期的電子履歷信息，實現(xiàn)設(shè)備信息可查詢、可追溯、可分析，為各級部門提供設(shè)備單元化履歷查詢、統(tǒng)計及分析等功能，為運用檢修管理提供輔助決策信息，對設(shè)備壽命期內(nèi)各項運用技術(shù)性能的進(jìn)行動態(tài)分析。設(shè)備全生命周期履歷管理流程圖如圖3所示。

圖3 設(shè)備全生命周期履歷管理流程圖Fig.3 Life-cycle management of CIR

2.3.3 作業(yè)及檢修管理

作業(yè)及檢修管理包括日常出入庫檢測和集中檢修的管理。對于出入庫檢測，當(dāng)作業(yè)人員完成車載無線通信設(shè)備的全部出入庫檢測項目后，檢測結(jié)果發(fā)送至系統(tǒng)，同時系統(tǒng)可遠(yuǎn)程管理庫檢臺，對庫檢臺進(jìn)行配置和維護(hù)。所有出入庫檢測結(jié)果可查詢統(tǒng)計并生成質(zhì)量統(tǒng)計報表。集中檢修管理功能實現(xiàn)車載無線通信設(shè)備檢修計劃、檢修內(nèi)容和檢修完成情況的閉環(huán)管理。工區(qū)完成計劃表的編制并通過系統(tǒng)逐級進(jìn)行審核，按照檢修計劃完成檢修任務(wù)后，錄入并上報，實現(xiàn)設(shè)備檢修從計劃到完成全程跟蹤。根據(jù)檢修計劃安排實現(xiàn)設(shè)備檢修預(yù)告和失修漏檢警告。無線通信設(shè)備綜合測試臺接入系統(tǒng)后可系統(tǒng)導(dǎo)入集中檢修結(jié)果，并由系統(tǒng)完成檢修結(jié)果判定。實現(xiàn)作業(yè)計劃生產(chǎn)、工單派發(fā)、任務(wù)管理、結(jié)果評估的作業(yè)流程智能化卡控。集中檢修作業(yè)管理流程圖如圖4所示。

圖4 集中檢修作業(yè)管理流程圖Fig.4 Process of centralized repair operation

鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)將設(shè)備在途運行中發(fā)生的故障及故障發(fā)生的時間、地點、故障現(xiàn)象和描述、設(shè)備出入庫檢測結(jié)果及集中檢修結(jié)果“串聯(lián)”在一起，跟蹤各類故障發(fā)現(xiàn)、檢修、分析、整改等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，建立全路統(tǒng)一的車載無線通信設(shè)備故障數(shù)據(jù)倉庫，支持設(shè)備故障的查詢和統(tǒng)計，陸續(xù)建立設(shè)備的健康日志。結(jié)合設(shè)備的上次維修時間和運用狀態(tài)，給出下一次檢修及維修的合理時間點，壓縮故障時延，前移故障信息，超前預(yù)判故障，推送提醒信息，節(jié)省人力成本，通過積累故障數(shù)據(jù)的智能化原因分析，實現(xiàn)故障的跟蹤和閉環(huán)處理，高效分析設(shè)備故障參數(shù)，實現(xiàn)裝備的預(yù)測性維護(hù)。改變傳統(tǒng)維修只依賴單一特征指標(biāo)，只能做“正?！被颉肮收稀钡亩袛嗟姆绞?，逐步實現(xiàn)設(shè)備維修從故障修到狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)告警/故障閉環(huán)管理流程圖如圖5所示。

下一步將對設(shè)備運維數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，包括對設(shè)備的報警數(shù)據(jù)、歷史記錄曲線，建立大數(shù)據(jù)批處理計算框架模型，從隨機(jī)過程的角度對設(shè)備的可靠性和可用性進(jìn)行分析，對設(shè)備可靠性指標(biāo)的時間序列進(jìn)行建模并預(yù)測該序列的發(fā)展趨勢，準(zhǔn)確追蹤到安全風(fēng)險增大的區(qū)間，并在轉(zhuǎn)折期安排避險措施以抑制故障率的上升，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備壽命評估以及趨勢預(yù)測，提供故障分析報告，為檢修提供指導(dǎo)建議[7]。

2.3.4 報表管理

根據(jù)在途監(jiān)測、履歷管理、作業(yè)及檢修管理等相關(guān)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)計報表功能，可按管轄區(qū)域、時間、類別等多維度進(jìn)行統(tǒng)計，同時提供餅圖、柱狀圖、趨勢圖等多種可視化方式進(jìn)行呈現(xiàn)。報表格式按照維規(guī)及相關(guān)技術(shù)規(guī)章制定，報表導(dǎo)出后可直接上報，大大提高了作業(yè)管理人員的勞動效率。系統(tǒng)報表管理功能示意圖如圖6所示。

3 結(jié)束語

圖5 系統(tǒng)告警/故障閉環(huán)管理流程圖Fig.5 Close loop management of system alarm/failure

圖6 系統(tǒng)報表管理功能示意圖Fig.6 Diagram of report function

鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，實現(xiàn)對車載無線通信設(shè)備以設(shè)備履歷為核心的在途監(jiān)測、設(shè)備維修檢修的全生命周期管理，將歷史運營數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成、整理，為作業(yè)管理人員提供運維數(shù)據(jù)支持[8]。鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)全量進(jìn)行采集融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并進(jìn)行深度挖掘，進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和趨勢分析，實現(xiàn)了對車載無線通信設(shè)備“用、管、修”的結(jié)合，預(yù)防和減少設(shè)備故障發(fā)生，確保設(shè)備安全良好運用，促進(jìn)車載無線通信設(shè)備管理方式向智能化、精細(xì)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，對于推動設(shè)備管理發(fā)展方式轉(zhuǎn)變具有重要意義，為保障運輸安全、提高運輸效率、改善服務(wù)質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。鐵路車載無線通信設(shè)備運用維護(hù)管理系統(tǒng)積累的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為鐵路大數(shù)據(jù)的平臺建設(shè)、設(shè)備智能運維提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為電務(wù)修程修制改革提供支持。