鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)研究

黃 瑩 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段

1 引言

近年來(lái)我國(guó)鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，使負(fù)責(zé)承載鐵路業(yè)務(wù)的傳輸設(shè)備維護(hù)量也在急速增加，傳統(tǒng)單一的故障后處理方式無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在問(wèn)題，通過(guò)鐵路傳輸智能預(yù)警分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，做預(yù)防性質(zhì)的設(shè)備檢修，達(dá)到保障設(shè)備與業(yè)務(wù)長(zhǎng)效安全運(yùn)行和節(jié)省人工數(shù)據(jù)對(duì)比分析成本的目標(biāo)；系統(tǒng)利用“狀態(tài)修”理念很好的契合了鐵路現(xiàn)階段設(shè)備維護(hù)要求與方向，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)與算法，快速識(shí)別傳輸設(shè)備性能數(shù)據(jù)特征，預(yù)警設(shè)備可能存在的問(wèn)題與隱患；為鐵路傳輸設(shè)備維護(hù)向智能化發(fā)展做積極的探索。

2 現(xiàn)狀與目標(biāo)

2.1 理論基礎(chǔ)

狀態(tài)檢修 Condition Based Maintenance(CBM)：通過(guò)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)提供設(shè)備的狀態(tài)信息，對(duì)照設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)判斷設(shè)備的異常，在設(shè)備性能超越正常指標(biāo)但未發(fā)生故障前進(jìn)行預(yù)防檢修的方式。

2.2 現(xiàn)狀與目標(biāo)

網(wǎng)管系統(tǒng)只能自動(dòng)存儲(chǔ)近期4h到6d的性能數(shù)據(jù)，無(wú)法做到設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)久存儲(chǔ)和性能數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)分析功能，只能通過(guò)人力的方式來(lái)進(jìn)行采集、整理、篩選、分析等操作來(lái)發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能數(shù)據(jù)中的不同與異常點(diǎn)，在龐大的數(shù)據(jù)量面前，人力已經(jīng)無(wú)法勝任大量數(shù)據(jù)的全面分析工作。

傳輸設(shè)備在日常運(yùn)行中產(chǎn)生了大量的性能數(shù)據(jù)，如何利用好這些數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備“狀態(tài)檢修”理念，分析設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常隱患，建立鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)尤為重要。

3 功能與應(yīng)用

3.1 實(shí)時(shí)性能采集

利用CORBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)從傳輸專業(yè)網(wǎng)管完成設(shè)備實(shí)時(shí)性能數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；通過(guò)此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)包括華為、中興等多廠家設(shè)備性能數(shù)據(jù)采集需求。

如表1所示性能分析不再需要人工進(jìn)行性能采集與提取工作，人力與時(shí)間消耗為“0”，系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，徹底避免人工數(shù)據(jù)采集的成本消耗，再多的傳輸網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備都可以實(shí)現(xiàn)性能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

表1 傳輸設(shè)備性能數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)示例

3.2 歷史回溯與分析

在實(shí)際的設(shè)備維護(hù)中可能由于各種原因造成無(wú)法確切的通過(guò)歷史數(shù)據(jù)來(lái)查詢反饋設(shè)備是否出現(xiàn)過(guò)異常和異常發(fā)生時(shí)的具體時(shí)間，給設(shè)備的維護(hù)與隱患的排查造成很多困擾；通過(guò)鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)獲取到設(shè)備實(shí)時(shí)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，并依據(jù)需要更加方便與維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備性能數(shù)據(jù)的回溯查詢，直觀展示出設(shè)備性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的歷史變化趨勢(shì)（圖 1）。

圖1 性能指標(biāo)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

在傳輸網(wǎng)絡(luò)維護(hù)應(yīng)用中，維護(hù)人員可以進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)查詢；當(dāng)維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)有那些設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)就可以查詢不同時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行有針對(duì)性的指標(biāo)狀態(tài)對(duì)比，通過(guò)性能變化趨勢(shì)信息來(lái)分析異常開(kāi)始的時(shí)間和可能的原因；大大提高了網(wǎng)管維護(hù)人員對(duì)問(wèn)題設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的效率與準(zhǔn)確性。

3.3 隱患預(yù)警

依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)性能特征識(shí)別算法，自動(dòng)識(shí)別傳輸設(shè)備性能數(shù)據(jù)變化狀態(tài)，依據(jù)設(shè)備硬件電氣特性規(guī)范與日常維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)智能判斷識(shí)別技術(shù)，快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能數(shù)據(jù)變化異常與程度（圖2）。

圖2 性能狀態(tài)識(shí)別與隱患預(yù)警設(shè)計(jì)流程

設(shè)備性能數(shù)據(jù)變化特征識(shí)別：此技術(shù)重點(diǎn)在對(duì)設(shè)備性能數(shù)據(jù)歷史變化趨勢(shì)與規(guī)律的發(fā)現(xiàn)；如設(shè)備性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)是下降或上升，判斷上升或下降的程度，針對(duì)此趨勢(shì)判斷是連續(xù)性的總體變化，還是周期性的規(guī)律變化等，盡可多的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的指標(biāo)數(shù)據(jù)變化特征。

針對(duì)自動(dòng)化識(shí)別與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)匹配對(duì)比需要，設(shè)計(jì)“設(shè)備硬件電氣規(guī)范”與“性能維護(hù)閾值標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)據(jù)字典表以支撐軟件系統(tǒng)的自動(dòng)化（表2）。

表2 SDH光板電氣特性規(guī)范字典表（部分）

通過(guò)數(shù)據(jù)特征識(shí)別與預(yù)警技術(shù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)所監(jiān)控的傳輸網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的性能指標(biāo)變化信息，快速的給出問(wèn)題設(shè)備所發(fā)生的異常是什么以及開(kāi)始的時(shí)間與異常程度，使維護(hù)工作在全設(shè)備監(jiān)控的同時(shí)有針對(duì)性的對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患進(jìn)行排查檢修（圖 3）。

圖3 圖文聯(lián)合分析

在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，維護(hù)人員可以及時(shí)查看系統(tǒng)“預(yù)警隱患”的同時(shí)，結(jié)合圖形化方案協(xié)助維護(hù)人員進(jìn)行隱患的時(shí)間與影響程度的定位；使維護(hù)服務(wù)更具有針對(duì)性，有目標(biāo)的完成需要排查與確認(rèn)的異常設(shè)備情況，不再盲目巡檢或是過(guò)度檢修。

設(shè)備性能狀態(tài)診斷是基于全網(wǎng)設(shè)備端口級(jí)顆粒級(jí)別，監(jiān)控范圍更廣，自動(dòng)識(shí)別更多的數(shù)據(jù)變化狀態(tài)信息，極大表現(xiàn)出全面、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。

3.4 數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)的設(shè)備性能分析，只能建立的極其有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，需要消耗大量的人力成本來(lái)完成數(shù)據(jù)的整理、篩選、對(duì)比工作，缺乏有效的關(guān)于數(shù)據(jù)特征、趨勢(shì)變化、分類匯總等多維度數(shù)據(jù)分析手段；鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備重要性能數(shù)據(jù)指標(biāo)信息的匯總分析需要，為提高傳輸設(shè)備異常性能數(shù)據(jù)識(shí)別處置能力提供了有效的技術(shù)手段（圖4）。

圖4 光功率分析

系統(tǒng)全面掌握了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備端口光功率波動(dòng)變化信息，維護(hù)人員有目標(biāo)的對(duì)超限的設(shè)備及單板進(jìn)行具體的檢修確認(rèn)，確定是否需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)異常模塊或單板的更換操作，在分析中可以從多個(gè)維度來(lái)進(jìn)行分析協(xié)助完成更加準(zhǔn)確的問(wèn)題定位流程；比如：通過(guò)系統(tǒng)可視化分析可以確認(rèn)數(shù)據(jù)波動(dòng)的頻率與時(shí)間，定位是偶爾事件還是高頻事件，從而幫助維護(hù)人員判讀可能造成此現(xiàn)象的原因，以協(xié)助輸出有效的隱患排查與處理方案。

快速完成相應(yīng)設(shè)備指標(biāo)數(shù)據(jù)的自動(dòng)對(duì)比，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備硬件運(yùn)行特性，在維護(hù)過(guò)程中可以根據(jù)需要，不定期的核對(duì)設(shè)備光功率指標(biāo)的變化情況，對(duì)波動(dòng)的范圍進(jìn)行更加準(zhǔn)確的展示，分析可能造成異常的原因和給出正確的故障與異常處理方案。

4 應(yīng)用成果分析

鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)，可以做到傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)整理與存儲(chǔ)，利用性能數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別算法監(jiān)控設(shè)備性能數(shù)據(jù)變化狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隱患、自動(dòng)預(yù)警上報(bào)；可以通過(guò)可視化分析方式全面掌握設(shè)備性能真實(shí)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與規(guī)律，協(xié)助人員對(duì)問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確定位處理；快速生成性能統(tǒng)計(jì)報(bào)表、重要性能數(shù)據(jù)匯總分析等功能使維護(hù)單位能快速完成相關(guān)報(bào)表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯報(bào)工作；為鐵路傳輸設(shè)備維護(hù)自動(dòng)化與智能化技術(shù)發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

效益目標(biāo)：

（1）全設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）自動(dòng)分析快速發(fā)現(xiàn)隱患。

（3）分析定位更準(zhǔn)確。

（4）數(shù)據(jù)采集零成本。

（5）性能報(bào)表輸出效率加快。

5 需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題與建議

5.1 維護(hù)流程關(guān)聯(lián)

對(duì)傳輸設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行了必要的特征識(shí)別與問(wèn)題發(fā)現(xiàn)，是完成智能化維護(hù)的前題，仍需要結(jié)合設(shè)備問(wèn)題處理思路與詳細(xì)處理流程才能完成一次隱患的排查與確認(rèn)，在進(jìn)一步的研究中可以將問(wèn)題排查與定位的處理方法與步驟進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以在實(shí)際工作中指導(dǎo)維護(hù)人員進(jìn)行問(wèn)題的進(jìn)一步定位與確認(rèn)工作。

5.2 全生命周期管理

設(shè)備全生命周期管理：從設(shè)備上線運(yùn)行開(kāi)始持續(xù)不斷將設(shè)備告警、設(shè)備性能、業(yè)務(wù)配置信息、資源配置信息、設(shè)備操作記錄信息、相關(guān)處理流程信息等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立彼此數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，完成設(shè)備全生命周期內(nèi)信息的聯(lián)合分析，結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)用分析需求，可以做到設(shè)備整體維護(hù)的智能化與自動(dòng)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)全面的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)維護(hù)。

利用OLAP與OLTP聯(lián)機(jī)分析與事件處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備智能分析、智能預(yù)警、智能巡檢、智能報(bào)表等信息化與智能化全方面深度管理。

6 結(jié)論

鐵路傳輸智能化預(yù)警分析系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)、多維度分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)性能指標(biāo)全時(shí)段跟蹤、異常波動(dòng)預(yù)警，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、提高傳輸設(shè)備異常性能數(shù)據(jù)識(shí)別處置能力提供了有效的技術(shù)手段。具備運(yùn)用傳輸網(wǎng)元基礎(chǔ)資源信息和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳輸設(shè)備性能狀態(tài)信息，真實(shí)做到所監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的全范圍、實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢查，實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)快速檢索、綜合分析和準(zhǔn)確預(yù)警。

綜上所述基于傳輸狀態(tài)維護(hù)可以通過(guò)完整的相關(guān)數(shù)據(jù)信息積累；運(yùn)用大數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比與分析，可以通過(guò)更深層次的數(shù)據(jù)挖掘，真正實(shí)現(xiàn)傳輸設(shè)備全生命周期信息的維護(hù)與管理，極大助力鐵路通信設(shè)備維護(hù)管理水平，向信息化、智能化方向推進(jìn)。