大數(shù)據(jù)技術(shù)在鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理中的應(yīng)用

張明

（神華神朔鐵路，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

最近幾年，隨著我國鐵路運(yùn)輸設(shè)備信息化管理水平的不斷提高，我國鐵路行業(yè)迎來了大數(shù)據(jù)時代，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模日益遞增，實(shí)現(xiàn)了重載運(yùn)輸?shù)闹悄芑l(fā)展。為此，加大對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺的研發(fā)，為充分利用和發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 鐵路運(yùn)輸設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)在線檢測和管理，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員 需要在科學(xué)分析鐵路運(yùn)輸設(shè)備簡況數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，通過充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對以下技術(shù)難點(diǎn)的解決。如：盡可能對影響數(shù)據(jù)檢測準(zhǔn)確度的不良因素進(jìn)行控制，從而提高數(shù)據(jù)檢測結(jié)果的真實(shí)性；通過充分利用和發(fā)揮信息融合技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，不斷優(yōu)化和完善監(jiān)控系統(tǒng)的功能，確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行；通過采用綜合評判的方式，對設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，從而最大限度地提高監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的真實(shí)性、安全性和完整性。

2 鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)需求分析

2.1 總體需求

為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的實(shí)時掌控和智能化、信息化管理，需要在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，通過有效結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、規(guī)范化管理，從而極大地提高設(shè)備狀態(tài)管理的效率和效果[1]。同時，還要將大數(shù)據(jù)集成技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，根據(jù)鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對相關(guān)電子履歷進(jìn)行科學(xué)、高效管理，這樣一來，為保證鐵路運(yùn)輸設(shè)備故障問題的檢測和維修提供重要的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支撐[2]。鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析運(yùn)用所涉及到的總體需求內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）根據(jù)鐵路運(yùn)輸企業(yè)的實(shí)際發(fā)展需求，對重載運(yùn)輸設(shè)備的管理現(xiàn)狀進(jìn)行全面調(diào)研和分析，從而制定出一套系統(tǒng)、完整的大數(shù)據(jù)應(yīng)用總體方案，以有效地滿足鐵路運(yùn)輸企業(yè)設(shè)備管理需求業(yè)務(wù)發(fā)展需要。（2）根據(jù)鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理目標(biāo)，制定和完善設(shè)備管理規(guī)范化體系和制度，在應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、規(guī)范化記錄和保存，為后期更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備績效管理目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。（3）通過利用數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)共享方案可以實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的科學(xué)、高效管理，同時，還要對設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行科學(xué)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備的智能化和精細(xì)化管理，同時，還要對供電、車輛、機(jī)務(wù)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善，確保設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)，從而為促進(jìn)鐵路行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。（4）搭建并應(yīng)用設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用示范系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)的電子履歷化管理，提高大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用效果，實(shí)時檢測和處理設(shè)備故障問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)維修和合理養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)支撐和平臺支持[5]。

2.2 應(yīng)用需求

設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺在開發(fā)和構(gòu)建的過程中，涉及到的業(yè)務(wù)需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）根據(jù)管轄區(qū)域和范圍的不同，相關(guān)設(shè)備管理人員需要嚴(yán)格按照設(shè)備設(shè)施配置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對鐵路運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一化管理和利用，并對鐵路運(yùn)輸設(shè)備的整體分布情況有一個全面的了解和把握[6]。（2）為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期履歷智能化、規(guī)范化管理，需要對設(shè)備技術(shù)、設(shè)備位置、設(shè)備檢測、設(shè)備故障處理、設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)等功能進(jìn)行重點(diǎn)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，確保該平臺功能的強(qiáng)大性和完善性。（3）以劃分的管轄范圍為基準(zhǔn)，為設(shè)備管理人員提供重要設(shè)備技術(shù)，如，設(shè)備故障檢修技術(shù)、設(shè)備維護(hù)技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的多角度和多維度管理。（4）根據(jù)設(shè)備的性能狀態(tài)、健康狀況、安全風(fēng)險防范情況，提供相應(yīng)的技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的可視化分析，從而為后期更好地優(yōu)化和完善設(shè)備管理方案提供重要的技術(shù)支撐。（5）通過對設(shè)備使用壽命周期、質(zhì)量變化情況的分析和研究，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)化、智能化管理，為維修人員更好地實(shí)施設(shè)備檢修作業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 平臺支撐功能需求

對于設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺而言，平臺支撐功能需求內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）硬件資源管理功能。該功能主要用于對設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理成本的節(jié)約和相關(guān)業(yè)務(wù)需求的彈性拓展，并利用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器、存儲等基礎(chǔ)石柱設(shè)施的統(tǒng)一化管理[7]。（2）數(shù)據(jù)整合處理功能。該功能主要用于對平臺數(shù)據(jù)信息的抽取處理、變換處理和整合處理的實(shí)現(xiàn)，保證數(shù)據(jù)在采集、保存、調(diào)用、傳輸、共享等環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。（3）數(shù)據(jù)挖掘分析功能。該功能主要是在有效結(jié)合各個部門業(yè)務(wù)發(fā)展相關(guān)需求上，利用平臺采集到的數(shù)據(jù)，完成對相關(guān)主題數(shù)據(jù)的提取、整理，并嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)原則，采用數(shù)據(jù)回歸分析的方式，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)挖掘模型的構(gòu)建，從而確保得到的數(shù)據(jù)信息具有很高的價值。（4）元數(shù)據(jù)管理功能。該功能主要用于對元數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建、分析和管理，并采用可視化展示的方式實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的維修和養(yǎng)護(hù)，從而達(dá)到元數(shù)據(jù)信息量相關(guān)管理標(biāo)準(zhǔn)和要求[8]。（5）數(shù)據(jù)共享服務(wù)功能。該功能在具體的應(yīng)用中，需要用戶嚴(yán)格按照相關(guān)服務(wù)等級，選取適合自己當(dāng)前需求的數(shù)據(jù)共享服務(wù)功能，從而進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)信息交換、傳輸和共享的可靠性和安全性。（6）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能。該功能主要用于對公用基礎(chǔ)編碼數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一化、規(guī)范化管理。

3 鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用示范

3.1 系統(tǒng)功能

鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺主要由以下六大功能模塊組成：即綜合應(yīng)用功能模塊、機(jī)務(wù)設(shè)備狀態(tài)功能模塊、車輛設(shè)備狀態(tài)功能模塊、主數(shù)據(jù)管理功能模塊、系統(tǒng)維護(hù)功能模塊，以及后臺支撐功能模塊。該系統(tǒng)功能框架如圖1所示。在綜合應(yīng)用功能模塊的具體應(yīng)用下，用戶可以對各種設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行查詢和檢索，進(jìn)而生成各種綜合性管理報(bào)表?？梢愿鶕?jù)鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行性能，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，完成對各種鐵路運(yùn)輸設(shè)備使用壽命周期的科學(xué)分析；可以采用定量分析的方式分析并得出鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)變化規(guī)律和趨勢，從而為鐵路運(yùn)輸設(shè)備改造、優(yōu)化和維修提供重要數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支撐。用戶在各個鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理中，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)車、貨車、供電設(shè)備等公務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的建立和完善，從而為重要性部件提供技術(shù)履歷庫支撐；可以為鐵路運(yùn)輸設(shè)備的集成改造、使用、故障檢修、設(shè)備報(bào)廢等各種信息的管理。可以利用可視化圖表實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備相關(guān)信息和狀態(tài)技術(shù)管理信息進(jìn)行形象化、直觀化展示，便于用戶更好地查詢鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)。在主數(shù)據(jù)管理功能模塊的具體應(yīng)用下，用戶可以根據(jù)公共數(shù)據(jù)的相關(guān)處理標(biāo)準(zhǔn)和要求，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化、程序化管理和維護(hù)。在系統(tǒng)維護(hù)功能模塊的具體應(yīng)用下，用戶可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)安全策略的調(diào)用，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，為數(shù)據(jù)備份、更新和修改提供安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；可以采用集中式管理方式實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能和作業(yè)質(zhì)量的管控。在后頭支持功能模塊的具體應(yīng)用下，用戶可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)接口的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建立，同時，采用利用系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的接入、格式校驗(yàn)和轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)的處理和操作；可以在有效利用大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，完成對各種鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理的綜合分析和評價，并利用GIS空間實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的維護(hù)、更新和管理。

3.2 典型應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.2.1 綜合展示

通過采用可視化圖表展示的方式，可以對當(dāng)日鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面匯總和展示，用戶通過點(diǎn)擊相應(yīng)的鏈接，就可以對鐵路運(yùn)輸設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)信息進(jìn)行搜索、查看和調(diào)用。此外，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，可以實(shí)時檢測鐵路運(yùn)輸設(shè)備，并采集和獲取相應(yīng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用戶可以識別和理解的圖形符號、圖像等，從而采用形象、具體、直觀的方式實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的可視化展示，為管理人員科學(xué)管理鐵路運(yùn)輸設(shè)備提供重要的決策支持。綜合展示界面如圖2所示。

3.2.2 運(yùn)輸設(shè)備全壽命周期履歷管理

通過利用鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)大數(shù)據(jù)平臺，用戶可以在設(shè)備全壽命周期內(nèi)，對設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的基礎(chǔ)信息、故障檢修、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、安全事故處理等動態(tài)化信息進(jìn)行匯總和整理，并在時間軸上進(jìn)行顯示、串接，從而形成系統(tǒng)、完整、健全的鐵路運(yùn)輸設(shè)備電力履歷，然后，通過利用可視化技術(shù)，根據(jù)鐵路運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用特點(diǎn)，將設(shè)備全壽命周期履歷進(jìn)行可視化展示。

3.2.3 運(yùn)輸設(shè)備可視化分析

通過充分利用和發(fā)揮計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，采用可視化展示的方式，實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)的直觀化、形象化展示，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息解釋能力的全面提高，此外，還要在有效結(jié)合交互式處理方式的基礎(chǔ)上，讓用戶在人機(jī)交互中對鐵路運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)的細(xì)節(jié)進(jìn)行深入了解。運(yùn)輸設(shè)備可視化展示內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）空間可視化展示。通過利用GIS技術(shù)（又叫“地理信息系統(tǒng)”）對指定的轄區(qū)范圍內(nèi)，對各種鐵路運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行動態(tài)化、智能化管理，以實(shí)現(xiàn)快速查詢、準(zhǔn)確定位和布局展示等功能，從而將鐵路運(yùn)輸設(shè)備空間布局直觀、形象地展示在用戶面前，為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)。設(shè)備空間布局可視化展示示意圖如圖3所示。

（2）時序可視化分析。通過利用語言短呼設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對平均時延趨勢的直觀化、具體化顯示，語音連接平均時延趨勢分析示意圖如圖4所示，從圖中可以明顯地看出，平均時延趨勢在縱向坐標(biāo)軸上表現(xiàn)出比較大的波動，但是，在某一個時間內(nèi)，又會趨于平穩(wěn)狀態(tài)[9]，通過對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的分析和研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的根本原因是檢測過程不規(guī)范、不合理引起的，此時，網(wǎng)管人員要對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和設(shè)置。

（3）多維可視化應(yīng)用。采用多維度、多角度的方式可以實(shí)現(xiàn)對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的綜合化、可視化分析，為設(shè)備的安全檢測和維護(hù)提供重要的數(shù)據(jù)參考和決策支持，為保證鐵路運(yùn)輸設(shè)備穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行提供有力的保障。

4 結(jié)論

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的信息化、智能化管理，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員要根據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)需求，加大對運(yùn)輸設(shè)備大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用，最大限度地提高數(shù)據(jù)集成度、數(shù)據(jù)融合度和信息共享度，同時，針對大數(shù)據(jù)特征，為鐵路運(yùn)輸設(shè)備提供相應(yīng)的電力履歷管理，從而對鐵路運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)狀態(tài)有一個全面的了解和掌握。此外，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用背景下，還可以對運(yùn)輸設(shè)備的故障問題進(jìn)行及時預(yù)測和防范，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸設(shè)備的維修和維護(hù)提供重要的參考和依據(jù)。