高鐵綜合運維的發(fā)展與展望

尹春雷

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

我國鐵路經(jīng)過六次大提速，自2008 年8 月第一條高速鐵路京津城際鐵路的開通，標(biāo)志著中國鐵路正式進入了高鐵時代。近年來，通過高鐵控制技術(shù)和基建技術(shù)的不斷創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的推進，我國已經(jīng)逐漸形成了完善的高鐵技術(shù)體系，保持著國際領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢。

與此同時，伴隨我國高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，大量集成度高、運行機理復(fù)雜的通信、信號、電力和牽引供電設(shè)備在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中的裝備也呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，各專業(yè)間和專業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)間多元耦合、聯(lián)系緊密，維護難度日益加大，但綜合維護手段的自動化、智能化和綜合一體化水平不足，給基層鐵路運維人員造成了較大的工作壓力和負擔(dān)。

2 高鐵綜合運維現(xiàn)狀

我國高鐵建設(shè)運營10 年來，高鐵技術(shù)裝備水平大幅提升，高速動車組運行密度也大幅增加，運營環(huán)境日趨復(fù)雜，確保高鐵和旅客安全面臨許多新的情況、問題和挑戰(zhàn)。雖然在高鐵運營之初就設(shè)置了綜合維修工區(qū)和綜合維修段，但我國高鐵的運維模式仍是在沿襲既有線路基礎(chǔ)設(shè)施運營維護模式的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展，目前尚未形成規(guī)?；木C合維修生產(chǎn)一體化管理模式。傳統(tǒng)的高鐵基礎(chǔ)設(shè)施維修基本采用專業(yè)垂直管理，主要由工務(wù)、電務(wù)、電力和牽引供電、工務(wù)等各專業(yè)各自維修，這種分專業(yè)運維管理模式已明顯不適應(yīng)技術(shù)設(shè)備高度融合的現(xiàn)實需要，天窗利用率較低、專業(yè)結(jié)合部多、生產(chǎn)資源無法統(tǒng)籌共用、運維成本居高不下等問題十分突出。

隨著國鐵集團2017 年《關(guān)于推進高速鐵路綜合維修生產(chǎn)一體化管理的指導(dǎo)意見》、2018 年《關(guān)于加快推進高速鐵路綜合維修生產(chǎn)一體化管理的通知》、2019 年《關(guān)于進一步深化高速鐵路綜合維修生產(chǎn)一體化站段改革的指導(dǎo)意見》的相繼出臺，逐漸明確了構(gòu)建“七統(tǒng)一、一聯(lián)合”（即統(tǒng)一管理架構(gòu)、統(tǒng)一生產(chǎn)計劃、統(tǒng)一“天窗”安排、統(tǒng)一生產(chǎn)組織、統(tǒng)一應(yīng)急處置、統(tǒng)一綜合防護、統(tǒng)一信息平臺和聯(lián)合調(diào)度指揮）的高鐵綜合維修生產(chǎn)一體化的管理模式和基礎(chǔ)設(shè)施站段組織機構(gòu)保障，高鐵將全部建成綜合維修工區(qū)，沿線將普遍設(shè)立綜合維修車間，為建立科學(xué)規(guī)范、制度配套、運行高效的高鐵基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修管理體系奠定了基礎(chǔ)。

近兩年高鐵工電供綜合維修一體化等一系列維修體制改革試點，通過設(shè)置工務(wù)、電務(wù)、電力和牽引供電綜合維修天窗作業(yè)模式，已經(jīng)有效提高了車載設(shè)備、電務(wù)設(shè)備、工電融合的道岔設(shè)備、鋼軌設(shè)備、接觸網(wǎng)等設(shè)備的維修效率，取得了較好的效果。

3 綜合運維的必要性

高鐵綜合維修的一體化管理能有效減少各專業(yè)維修作業(yè)的相互干擾，強化高鐵設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量基礎(chǔ)，同時，推進綜合維修一體化管理也是推動鐵路高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇，有利于實現(xiàn)勞動力、機械設(shè)備、維修天窗的資源綜合利用，促進提質(zhì)增效；更有利于降低運維成本，構(gòu)建中國特色、世界一流的高鐵基礎(chǔ)設(shè)施運維管理標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 綜合運維關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向

高鐵綜合運維的建設(shè)和實現(xiàn)，離不開高鐵綜合運維的頂層設(shè)計、系統(tǒng)規(guī)劃和制度建設(shè)等體制機制保證，更重要的是必須要有綜合運維技術(shù)和裝備的創(chuàng)造和革新作技術(shù)支撐，打破鐵路各專業(yè)間的信息壁壘，整合各專業(yè)運維資源，建設(shè)高鐵綜合運維系統(tǒng)平臺。

當(dāng)前，世界已進入以信息化革命為特征的第三次科技革命，隨著國家層面對科技創(chuàng)新的巨大支持，新一輪科技及產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)出現(xiàn)。在鐵路領(lǐng)域，伴隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、傳感感知等新技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，帶來了鐵路運維新的技術(shù)驅(qū)動，構(gòu)建鐵路綜合運維系統(tǒng)的技術(shù)環(huán)境已經(jīng)日趨成熟。

高鐵綜合運維技術(shù)研究的重點應(yīng)在于解決我國高鐵快速建設(shè)與運維力量相對分散、薄弱的矛盾，打破裝備邊界，以單裝備診斷為基礎(chǔ)，構(gòu)造系統(tǒng)化聯(lián)合分析算法，形成高效處置能力；打破專業(yè)邊界，深度挖掘?qū)I(yè)結(jié)合部故障干涉特性，構(gòu)造多專業(yè)信息綜合分析模型，實現(xiàn)系統(tǒng)信息的全面共享和專業(yè)間的聯(lián)動，支撐構(gòu)建工務(wù)、電務(wù)、電力和牽引供電一體化聯(lián)合高效作業(yè)模式，并與運輸指揮聯(lián)動，構(gòu)造維運協(xié)同機制，實現(xiàn)各專業(yè)設(shè)備全生命周期健康管理的數(shù)字化、信息化、智能化及其結(jié)合部閉環(huán)管理，為綜合運維人員提供高效率、高可靠性、高精準(zhǔn)度的隱患預(yù)測和故障定位技術(shù)服務(wù)和維修調(diào)度管理平臺。

綜合運維的關(guān)鍵技術(shù)研究方向展望如下。

1）傳統(tǒng)基礎(chǔ)運營裝備的智能化研究及應(yīng)用

隨著計算機、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路運營裝備逐漸向數(shù)字化、集成化和智能化方向發(fā)展，但傳統(tǒng)的機械、繼電等基礎(chǔ)裝備如鋼軌、道岔、弓網(wǎng)系統(tǒng)等非智能化設(shè)備，由于其信息化程度不高且長期暴露于室外惡劣運行環(huán)境，一旦出現(xiàn)異常，其故障的排查需要耗費大量的人力物力和時間成本。綜合運維系統(tǒng)應(yīng)將結(jié)合此類基礎(chǔ)裝備的運行特性、故障機理，構(gòu)建設(shè)備的故障特征庫，以運營過程中設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于故障預(yù)測與健康管理技術(shù)（PHM）體系，采用基于CPHS 的信息融合技術(shù)和基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，綜合采用專家系統(tǒng)、模式識別、趨勢分析等故障診斷算法，實現(xiàn)傳統(tǒng)運營裝備的智能化提升。

2）云平臺及虛擬化技術(shù)的研究及應(yīng)用

隨著鐵路網(wǎng)絡(luò)化運營的推進，綜合維修建設(shè)也逐步成為近期的發(fā)展趨勢，線路聯(lián)網(wǎng)成為大勢所趨。云平臺及虛擬化技術(shù)作為一種新的系統(tǒng)建設(shè)模式，可以轉(zhuǎn)變IT 架構(gòu)管理，提高系統(tǒng)靈活度和服務(wù)器的利用率，實現(xiàn)業(yè)務(wù)快速部署，動態(tài)擴展資源，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可用性，方便動態(tài)擴展業(yè)務(wù)，從而基于云平臺的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能運維綜合維修中心建設(shè)。

3）多驅(qū)動引擎融合的實時診斷分析技術(shù)的研究及應(yīng)用

由于綜合運維系統(tǒng)中設(shè)備設(shè)施的多樣化，其表現(xiàn)出的感知信息也隨之呈現(xiàn)多樣化，傳統(tǒng)的面向單一類別的波形分析技術(shù)已經(jīng)無法實時預(yù)警分析及診斷需求。結(jié)合波形分析、推理分析、故障樹分析、機器自學(xué)習(xí)、概率統(tǒng)計分析等多種引擎混合驅(qū)動的實時預(yù)警分析及診斷技術(shù)已勢在必行。當(dāng)設(shè)備存在隱患時，系統(tǒng)自動預(yù)警并提供維修建議，提前消除隱患于萌芽狀態(tài)；設(shè)備故障時，系統(tǒng)實時發(fā)現(xiàn)故障，維護人員根據(jù)系統(tǒng)給出的維修建議進行快速維修，有效壓縮故障延時。同時，通過引入領(lǐng)域性的知識圖譜，通過將故障領(lǐng)域內(nèi)的知識結(jié)合設(shè)備拓撲知識通過CMDB 技術(shù)和一些機器學(xué)習(xí)的技術(shù)抽象化，構(gòu)建成圖譜結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)賦能的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖譜動態(tài)結(jié)合，用于輔助解決復(fù)雜查詢、關(guān)聯(lián)分析、根因追蹤等場景的需求，結(jié)合數(shù)據(jù)分析手段，通過多級數(shù)據(jù)反饋結(jié)果，完成對故障根源的搜索定位。

4）多源融合可信感知理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用

在綜合運維系統(tǒng)中，傳統(tǒng)低頻、單一的電氣特性感知技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)系統(tǒng)可靠安全運營的要求，主要體現(xiàn)在感知對象已經(jīng)從原信號設(shè)備電氣特性指標(biāo)演變成電氣特性、機械特性、視頻、音頻、信息流、網(wǎng)絡(luò)包等多樣化對象；體現(xiàn)在感知頻率需求不斷提升，從傳統(tǒng)的低頻感知演變成需捕獲ms 級瞬時特性的高頻感知；體現(xiàn)在對感知設(shè)備與被感知設(shè)備的安全隔離要求日益不斷提升；同時，感知場景日益復(fù)雜，從傳統(tǒng)的持續(xù)定時取樣演變成時間域變化的、對象可轉(zhuǎn)化的復(fù)雜取樣。

針對高鐵運營裝備分布廣泛、持續(xù)工作、安全隔離等特有問題，研究應(yīng)用新型感知設(shè)備（智能傳感器、智能儀表、智能視頻、智能音頻、智能標(biāo)簽等），通過多源數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)智能感知；實現(xiàn)面向核心安全設(shè)備的非侵入式聲、光、電、信息流等感知技術(shù)以保障感知的安全性；實現(xiàn)可智能自識別關(guān)鍵場景、自切換采樣模式的綜合智能感知系統(tǒng)。

5）基于AI 的視頻智能識別算法的研究及應(yīng)用

為彌補各子系統(tǒng)自診斷功能的不足，代替機房人工巡檢，綜合運維系統(tǒng)應(yīng)研發(fā)基于圖像分析技術(shù)的視頻智能分析子系統(tǒng)，基于視頻圖像分析技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)燈位的實時監(jiān)控，并具備故障診斷和預(yù)警功能。除了研究基礎(chǔ)的圖像分析算法外，還需要研究機柜滾動故障代碼識別算法，主備鑰匙識別算法，機柜去網(wǎng)格算法以及機房光線干擾的相關(guān)算法，確保視頻智能識別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6）基于機器人巡檢的自動化采集控制技術(shù)研究及應(yīng)用

人防、物防和技防是安全防范的3 個范疇，在設(shè)備運行環(huán)境嚴(yán)酷、空間受限等條件制約下，如高壓變配電設(shè)備設(shè)施、通信鐵塔、接觸網(wǎng)架空線、設(shè)備機房等處，通過機器人/無人機的非接觸式傳感探測技術(shù)、安全遠動技術(shù)、室內(nèi)外精準(zhǔn)定位技術(shù)、高效無障礙通信技術(shù)等自動巡檢及控制技術(shù)的開發(fā)，實現(xiàn)鐵路全方位、全覆蓋、全時段的安全防控。

7）系統(tǒng)級綜合評價技術(shù)研究及評價系統(tǒng)開發(fā)

研究能夠描述通信、信號、電力和牽引供電及工務(wù)工程基礎(chǔ)設(shè)施整體運行情況的參數(shù)及指標(biāo)，檢測系統(tǒng)整體運行狀態(tài)的方法，預(yù)測系統(tǒng)整體運行趨勢；研究系統(tǒng)各專業(yè)內(nèi)部設(shè)備之間安全通信狀態(tài)的故障診斷技術(shù)；研究信息系統(tǒng)級聯(lián)鎖校驗技術(shù)；建立系統(tǒng)級的故障庫，研究系統(tǒng)級的故障診斷方法；采用數(shù)據(jù)挖掘理論與方法中的頻繁模式識別、離群點檢測、聚類等方法與技術(shù)，識別系統(tǒng)運行過程中的異常情況?；谝陨涎芯块_發(fā)系統(tǒng)級運行評價系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場的系統(tǒng)級運行狀態(tài)檢測、運行趨勢預(yù)測、系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗及綜合故障診斷，使系統(tǒng)級的用戶能夠隨時掌握系統(tǒng)整體運行狀況及運行趨勢，提前做好預(yù)案，縮短維修時間。

8）設(shè)備主動維修決策技術(shù)的研究及應(yīng)用

傳統(tǒng)的定期檢修制度一方面帶來了檢修和維護人力、成本的浪費，另一方面對設(shè)備的過度檢修也會降低設(shè)備的可用性，對設(shè)備的正常運行帶來隱患。綜合運維系統(tǒng)應(yīng)基于智能感知和協(xié)同識別信息，研究建立設(shè)備健康評估、主動維護模式，有針對性地完善保障設(shè)備可靠運行；基于設(shè)備全生命周期質(zhì)量監(jiān)控和評估，智能預(yù)測、推薦設(shè)備檢修周期和設(shè)備使用壽命；以設(shè)備的真實質(zhì)量水平、結(jié)合維修預(yù)案，動態(tài)智能提出設(shè)備維護和維修計劃，輔助實現(xiàn)主動維護決策，在實現(xiàn)設(shè)備高度可靠性的同時，實現(xiàn)維保工作的提質(zhì)增效。

5 結(jié)束語

高速鐵路綜合維修一體化是當(dāng)前鐵路改革發(fā)展中的一項重要工作，也是全面提高鐵路設(shè)備單位的檢修質(zhì)量和天窗利用率的有效方式。高鐵綜合運維系統(tǒng)圍繞鐵路裝備產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略實施，順應(yīng)我國制造業(yè)自動化、智能化、精益化、綠色化發(fā)展趨勢。綜合運維系統(tǒng)技術(shù)的研究和發(fā)展，將顯著提高鐵路四電及工務(wù)等各專業(yè)跨系統(tǒng)、跨設(shè)備的綜合智能分析和故障診斷能力，在輔助鐵路安全運營、生產(chǎn)調(diào)度指揮、設(shè)備全生命周期管理等方面發(fā)揮積極作用，在實現(xiàn)鐵路安全生產(chǎn)、帶動減員增效、提高效益和效能、提升鐵路運維裝備信息化水平方面具有顯著的示范意義。