鐵路電務(wù)智能運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)淺談

何忠華

摘要：隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，電務(wù)系統(tǒng)對(duì)于鐵路的安全運(yùn)輸起到了越來(lái)越重要的作用。為了滿足新時(shí)代對(duì)鐵路電務(wù)智能運(yùn)維系統(tǒng)提出的新要求，我國(guó)的鐵路行業(yè)必須意識(shí)到智能交通系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵性，并做出將其應(yīng)用到實(shí)際工作中來(lái)。

關(guān)鍵詞：鐵路電務(wù);智能運(yùn)維;運(yùn)維管控

正文：隨著我國(guó)智能交通系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和鐵路電務(wù)系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，電務(wù)部門(mén)的工作任務(wù)愈發(fā)繁重，運(yùn)維管控難度也在不斷提升，同時(shí)對(duì)電務(wù)智能運(yùn)維設(shè)備需求量不斷增多。近年來(lái)有專(zhuān)家指出：目前我國(guó)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)的維修工作主要采用“定期修、故障修”的模式，已經(jīng)不符合目前鐵路系統(tǒng)對(duì)于提升運(yùn)輸安全性能和降低投入資本的要求。

1、傳統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)的不足與缺陷

信號(hào)集中運(yùn)維就是運(yùn)維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)設(shè)備的日常維修工作，強(qiáng)化信號(hào)設(shè)備結(jié)合部管理力度、幫助系統(tǒng)清除故障、為現(xiàn)場(chǎng)維修工作提供指導(dǎo)意義等方面都具有重要價(jià)值。現(xiàn)階段，我國(guó)鐵路電務(wù)管理部門(mén)采用的傳統(tǒng)運(yùn)維信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備主要內(nèi)容包括信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)設(shè)備子系統(tǒng)，現(xiàn)有的運(yùn)維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)信號(hào)的集中監(jiān)測(cè)，在信號(hào)設(shè)備工作狀態(tài)的智能分析、鑒別設(shè)備安全隱患、提前預(yù)防安全故障等方面還存在諸多問(wèn)題，尤其是在高速鐵路段，其與RBC、TSRS等設(shè)備的接口預(yù)留未接入，加大了信號(hào)的閉環(huán)分析工作的難度。

除此之外，傳統(tǒng)的運(yùn)維技術(shù)所使用的硬件設(shè)施普遍具有規(guī)模大、數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，例如，在信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備的中心硬件中擁有數(shù)據(jù)庫(kù)管理服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器，通信服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器、時(shí)鐘管理軟件服務(wù)器、防病毒軟件服務(wù)器等數(shù)十臺(tái)服務(wù)器，設(shè)備之間的物理邏輯連接與設(shè)備間的邏輯連接線路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且對(duì)于硬件的投入成本較高。

2、鐵路電務(wù)智能運(yùn)維需求分析

從電務(wù)部門(mén)的角度考慮，目前急需一套多維度的運(yùn)維平臺(tái)，來(lái)解決鐵路信號(hào)系統(tǒng)工作過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，對(duì)設(shè)備的工作情況、老化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)評(píng)，給設(shè)備的檢修、換代、更新提出科學(xué)的建議，將在軌產(chǎn)品的安全風(fēng)險(xiǎn)值降到最低。

3、電務(wù)維修的現(xiàn)狀

電務(wù)管理智能系統(tǒng)包含電務(wù)管理和運(yùn)維智能系統(tǒng)兩個(gè)方面：對(duì)地面和車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的綜合管理和監(jiān)督、信號(hào)系統(tǒng)處理設(shè)備和車(chē)載通信系統(tǒng)工作運(yùn)行情況的監(jiān)督、實(shí)時(shí)信號(hào)信息更新的動(dòng)態(tài)電子信號(hào)處理圖紙、地面信號(hào)的總體數(shù)據(jù)分析、車(chē)地信號(hào)信息一體化數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)一體化管理、設(shè)備一體化管理、應(yīng)急指揮等多項(xiàng)功能。

3.1、通信信號(hào)子系統(tǒng)之間的建立較為分散，缺乏一套完善的系統(tǒng)建設(shè)方案。

3.2、聯(lián)鎖、列控、CTC/TDCS等控制系統(tǒng)和外部系統(tǒng)之間的信息的安全共享工作還存在一定的缺陷。

3.3、各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)模型與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間都存在一定程度的差異，不能確保數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。

3.4、信息共享的功能還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，電務(wù)專(zhuān)業(yè)所需要的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、運(yùn)維、管理等信息還處于分散存儲(chǔ)的狀態(tài)，不足以支持?jǐn)?shù)據(jù)的深度挖掘分析。

3.5、對(duì)于大數(shù)據(jù)的利用率還不夠高，缺乏系統(tǒng)性、整體性的分析過(guò)程。

3.6、對(duì)于電務(wù)設(shè)備使用壽命和生命周期的管理力度不足。

4、智能運(yùn)維平臺(tái)的特點(diǎn)

4.1、總體連接到通信信號(hào)系統(tǒng)、科學(xué)管理系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)。

4.2、充分利用先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行全面精準(zhǔn)處理。

4.3、可分為日常化和應(yīng)急化兩種應(yīng)用模式。

4.4、能夠運(yùn)用智能的技術(shù)手段對(duì)設(shè)備的老化情況和使用壽命進(jìn)行管理。

5、智能運(yùn)維技術(shù)介紹

參考我國(guó)鐵路總公司的各項(xiàng)數(shù)據(jù)方案和建設(shè)規(guī)劃，建造電務(wù)大數(shù)據(jù)和智能運(yùn)維框架。完成電務(wù)數(shù)據(jù)的集中整理與管理任務(wù)，采用“平臺(tái)+”的應(yīng)用模式。該系統(tǒng)主要包含： （1）車(chē)載運(yùn)輸設(shè)備的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。主要包括ATP設(shè)備動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)（DMS）、LKJ設(shè)備的運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)（LMD）、運(yùn)輸車(chē)輛的信號(hào)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、CIR設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、GYK設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（GDM）等。（2）軌旁與戶(hù)外設(shè)備工作環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。主要包括軌旁與道岔缺口工作環(huán)境監(jiān)測(cè)（道岔缺口、油壓、油位、溫度、濕度、震動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)）、ZPW-2000戶(hù)外設(shè)備監(jiān)測(cè)、電纜工作環(huán)境監(jiān)測(cè)、戶(hù)外設(shè)備工作環(huán)境監(jiān)測(cè)等。（3）監(jiān)測(cè)與作業(yè)卡控系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)中心LKJ版本的戶(hù)外監(jiān)測(cè)與作業(yè)卡預(yù)警系統(tǒng)、LKJ檢測(cè)與維修作業(yè)過(guò)程質(zhì)量卡控系統(tǒng)、信號(hào)機(jī)械室檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)維修作業(yè)過(guò)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)、器械設(shè)備盤(pán)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)械室監(jiān)控與門(mén)禁、視頻綜合監(jiān)控（包括信號(hào)機(jī)械室、通信管理與綜合、移動(dòng)單兵視頻綜合監(jiān)測(cè)）等。（4）數(shù)據(jù)中心通信管理與綜合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)中心GSM-R通信綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)中心通信設(shè)備管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線管理、傳輸中心通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、調(diào)度中心通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線管理、數(shù)據(jù)網(wǎng)流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等。（5）局域網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)備安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。主要包括通信中心GSM-R網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、光纖實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、動(dòng)環(huán)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、通信設(shè)備電源實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、鐵塔實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)等。（6）電務(wù)安全設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)管理系統(tǒng)。主要包括設(shè)備安全監(jiān)管、施工監(jiān)督、進(jìn)程控制、生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急情況處理等

6、電務(wù)智能運(yùn)維的關(guān)鍵技術(shù)介紹

6.1 基于深度學(xué)習(xí)的故障診斷

（1）數(shù)據(jù)整合。將來(lái)源不同且功能具有不同特征的數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范的管理。（2）特征提取。數(shù)據(jù)庫(kù)可以采用稀疏編碼提取技術(shù)、自定義編碼提取器等多種手段對(duì)規(guī)范處理后的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)展特征提取管理工作。（3）對(duì)數(shù)據(jù)分布方式的調(diào)整。因?yàn)樗褂玫脑O(shè)備類(lèi)型與型號(hào)都存在一定的差異，所以收集到的數(shù)據(jù)分布可能呈現(xiàn)一個(gè)極不均衡的狀態(tài)，為了充分體現(xiàn)出系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力，就要對(duì)不均衡的模型數(shù)據(jù)集和樣本模型進(jìn)行平衡化的處理。（4）深度學(xué)習(xí)的練習(xí)。采用了scikit-learn等先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的隱馬爾可夫運(yùn)算過(guò)程和條件下的隨機(jī)場(chǎng)等，并用交叉驗(yàn)證的方法來(lái)調(diào)整深度學(xué)習(xí)模型的超參數(shù)。

6.2 基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備壽命預(yù)測(cè)

設(shè)備的生命預(yù)測(cè)可分為三個(gè)階段：（1）檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。結(jié)合設(shè)備工作環(huán)境的變化規(guī)律，并參考設(shè)備以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)和維護(hù)記錄，創(chuàng)建起設(shè)備壽命預(yù)測(cè)的先驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?）預(yù)測(cè)模型。參照實(shí)時(shí)更新的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管數(shù)據(jù)，以先驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)，創(chuàng)建并持續(xù)更正設(shè)備壽命預(yù)測(cè)模型。（3）壽命預(yù)測(cè)。采用支持向量機(jī)、集成學(xué)習(xí)等方法，對(duì)模型進(jìn)行練習(xí)與驗(yàn)證工作，結(jié)合在線學(xué)習(xí)和離線學(xué)習(xí)兩種方式，進(jìn)行設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)。

6.3 基于大數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析的維護(hù)策略

（1）將設(shè)備的歷史工作數(shù)據(jù)、維修信息和工作環(huán)境等進(jìn)行歸納整理，對(duì)其存在的缺損數(shù)據(jù)，異常數(shù)據(jù)，噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)其進(jìn)行深度探究。

（2）以集成學(xué)習(xí)法為基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析方法科學(xué)預(yù)測(cè)不同類(lèi)型的設(shè)備動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為整個(gè)工程提供參考價(jià)值。

（3）以上述的動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)作為基礎(chǔ)，避免安全隱患，降低運(yùn)維開(kāi)銷(xiāo)等多項(xiàng)目標(biāo)，優(yōu)化運(yùn)維策略。

【結(jié)束語(yǔ)】鐵路工程是我國(guó)的名片，是大國(guó)重器，是我國(guó)綜合交通運(yùn)輸體系的關(guān)鍵組成部分，更是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主動(dòng)脈，能夠有效滿足新時(shí)代對(duì)我國(guó)鐵路行業(yè)提出的新要求。

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