尚麟宇，馮 軍，劉明端，白雨坤

SHANG Linyu1, FENG Jun1, LIU Mingduan1, BAI Yukun2

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團 有限公司 辦公室，北京 100081)

0 引言

鐵路車站調車作業(yè)是鐵路運輸組織的關鍵環(huán)節(jié)，鐵路貨車從裝車到卸車，平均要進行5 ～6次調車作業(yè)，調車作業(yè)效率直接影響鐵路運輸企業(yè)的效率和效益。近年來鐵路運輸企業(yè)不斷優(yōu)化調車作業(yè)組織方法，鐵路車站調車作業(yè)效率得到大幅提升。然而由于鐵路車站調車作業(yè)屬于室外流動作業(yè)，面廣、線長、不易監(jiān)控，安全事故仍時有發(fā)生，成為限制鐵路車站調車作業(yè)效率的重要原因。鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備作為鐵路車站調車作業(yè)安全的重要“物防”手段，實現(xiàn) “信號－機車聯(lián)控”，有效控制調車作業(yè)過程，卡控鐵路車站調車作業(yè)安全風險。目前鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備的運用維護管理存在履歷信息不完整、運用單位和維護單位信息不對稱、備品配置不合理等問題。加快推動鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理信息化智能化，建立鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)(以下簡稱“運維管理系統(tǒng)”)，有助于打通運用維護信息共享通道，實現(xiàn)設備全生命周期管控，提升設備可靠性和可維護性，保障鐵路車站調車作業(yè)安全，提高調車作業(yè)效率。

1 鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)總體設計

1.1 總體架構

運維管理系統(tǒng)作為未來鐵路信號設備設施大數(shù)據(jù)平臺的組成部分，面向中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)、鐵路局集團公司、電務段、車間(工區(qū))、設備廠商5 級應用服務對象，具有車間(工區(qū))和設備廠商2 級數(shù)據(jù)采集入口。運維管理系統(tǒng)的建設按照國鐵集團對基礎設施綜合運維一體化發(fā)展的要求，利用鐵路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，在車間(工區(qū))僅設置操作終端，在其他各級用戶處設置接口服務器、網(wǎng)絡安全設備和操作終端。根據(jù)國鐵集團網(wǎng)絡安全和信息化工作管理辦法規(guī)定，運維管理系統(tǒng)部署在國鐵集團數(shù)據(jù)中心。運維管理系統(tǒng)對全路車站調車作業(yè)安全防護設備履歷、運用狀態(tài)、檢修維修記錄、歷史故障數(shù)據(jù)進行采集匯聚，通過統(tǒng)計分析，為各級應用對象運維管理業(yè)務提供支撐[1]。鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)總體結構圖如圖1 所示。

圖1 鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)總體架構圖Fig.1 Structure of operation and maintenance management system of safety protection equipment for shunting operation in railway station

（1）數(shù)據(jù)采集。運維管理系統(tǒng)采集的信息包括交驗階段的設備清單、更新改造階段的變更信息，車間(工區(qū))在日常檢修、維修記錄，委托設備廠商實施的維護記錄，這類數(shù)據(jù)屬于非結構化的原始數(shù)據(jù)，需要按照系統(tǒng)規(guī)范的數(shù)據(jù)結構進行錄入，形成統(tǒng)一的結構化數(shù)據(jù)進行存儲。由設備廠商對歷史故障信息進行統(tǒng)一的結構化表示并錄入。已經(jīng)由便攜式測試裝備和庫檢測試臺生成的檢測數(shù)據(jù)以及維護終端采集的各處設備狀態(tài)信息通過鐵路安全生產(chǎn)網(wǎng)向運維管理系統(tǒng)發(fā)送，經(jīng)過運維管理系統(tǒng)對有效數(shù)據(jù)進行抓取、重構，形成新的結構化數(shù)據(jù)后在數(shù)據(jù)庫存儲。

（2）數(shù)據(jù)存儲。運維管理系統(tǒng)按功能劃分服務單元，剝離應用服務與存儲，釋放數(shù)據(jù)庫能力。運維管理系統(tǒng)將各類用戶數(shù)據(jù)進行匯聚，打通信息渠道，實現(xiàn)各管理單位之間信息交互。采用Hadoop，Hive，Spark 等分布式大數(shù)據(jù)處理技術搭建數(shù)據(jù)倉庫，保障計算能力、處理能力和訪問能力，數(shù)據(jù)庫的管理權限僅對設備廠商開放。數(shù)據(jù)存儲是運維管理系統(tǒng)的基礎，將海量數(shù)據(jù)進行分類保存，為大數(shù)據(jù)分析提供支撐。

（3）數(shù)據(jù)分析?；跀?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘算法、預測分析、案例推理等分析方法進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)檢索，實現(xiàn)故障預報、維修決策、備品備件精細化配置等。利用大數(shù)據(jù)分析手段，通過定制化的算法深度挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為運維管理單位提供輔助決策。對于差異化的信息內容進行分析可以借助分類法，按信息內容的屬性進行細分。對于存在交叉關系的信息數(shù)據(jù)可以借助關聯(lián)分析法，尋找數(shù)據(jù)間的關聯(lián)規(guī)律。

（4）運維應用層。根據(jù)各類用戶實際需求設計履歷管理、檢修計劃、維修決策、備品備件管理、權限管理等功能模塊，根據(jù)用戶需求進行彈性配置。結合實際需求進行進一步統(tǒng)計分析，提供設備運用質量評價、設備缺陷分析、維修決策等功能。通過設備狀態(tài)監(jiān)測功能，實現(xiàn)對車站調車作業(yè)過程的監(jiān)控，將車站線路占用情況、調車機實時位置、調車作業(yè)計劃執(zhí)行情況等信息進行匯聚，為規(guī)范調車作業(yè)過程、優(yōu)化調車作業(yè)計劃編制、合理運輸資源配置等業(yè)務需求提供支撐。經(jīng)過對運維系統(tǒng)信息的匯聚與共享，破解設備運用單位維護單位信息不對稱問題，逐步從設備故障修過渡到預防性狀態(tài)修，提高車站調車作業(yè)技術設備能力利用和運維水平，多方位保障車站調車作業(yè)安全，提升車站調車作業(yè)效率。

（5）信息安全保障。國鐵集團、鐵路局集團公司、電務段、車間(工區(qū))利用鐵路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)連接，運維管理系統(tǒng)部署在國鐵集團數(shù)據(jù)中心。運維管理系統(tǒng)嚴格遵守國鐵集團信息化建設和網(wǎng)絡安全有關規(guī)定上線部署，上線前經(jīng)過公安部備案的專業(yè)測評機構進行網(wǎng)絡安全等級保護測評。設備廠商通過互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過國鐵集團外部服務網(wǎng)訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)。運維管理系統(tǒng)采用安全數(shù)據(jù)擺渡、強制訪問控制、邊界隔離、安全審計、態(tài)勢感知和數(shù)據(jù)加密等措施，確保鐵路生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全和運維管理系統(tǒng)服務穩(wěn)定。

1.2 業(yè)務流程設計

鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為基礎，在設備交付驗收、日常檢修、返廠維修等各環(huán)節(jié)動態(tài)更新設備信息，實現(xiàn)設備全生命周期管理。對于設備運用管理單位，通過現(xiàn)場維護終端對設備運用狀態(tài)進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)處置設備故障，避免設備停用，確保車站調車作業(yè)過程受到安全防護。運維管理系統(tǒng)根據(jù)設備運用情況形成設備運用質量評價報告，為優(yōu)化設備管理、分類施策提供數(shù)據(jù)支撐。對于設備維護管理單位，通過對歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，編制有針對性的設備檢修計劃，在維修過程中重用故障處理方案，提高設備維護效率。對于設備廠商，根據(jù)故障記錄和設備運用質量評價報告制定升級方案，持續(xù)改進車站調車作業(yè)安全防護設備[2]。鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)業(yè)務流程示意圖如圖2 所示。

2 鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)功能設計

構建鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)，整合既有地面維修終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)和車載測試設備的測試數(shù)據(jù)，并動態(tài)更新、存儲運維數(shù)據(jù)，滿足各級用戶對運維管理的服務需求。運維管理系統(tǒng)具備狀態(tài)監(jiān)測、履歷管理、故障記錄、報表管理等功能，可以根據(jù)實際彈性擴展功能模塊[3]。鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)功能圖如圖3 所示。

圖2 鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)業(yè)務流程示意圖Fig.2 Operation and maintenance management system business process of safety protection equipment for shunting operation in railway station

2.1 狀態(tài)監(jiān)測

運維管理系統(tǒng)通過維修終端采集設備狀態(tài)信息(包括設備配屬地信息、設備參數(shù)、調車作業(yè)計劃等)，各級用戶根據(jù)系統(tǒng)設定的訪問權限，可以查詢管內任意設備的狀態(tài)信息及車站調車作業(yè)組織情況(包括安全防護設備自檢狀態(tài)、車站線路空閑情況、調車計劃執(zhí)行情況、調機位置等)。實現(xiàn)用戶實時監(jiān)測、查詢管內設備的運用情況及車站調車作業(yè)過程，并可通過事件回放查看歷史調車作業(yè)計劃、機車走行路徑、車站線路占用情況等。為設備穩(wěn)定運用提供保證，為車站調車作業(yè)安全提供支撐[4]。

圖3 鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)功能圖Fig.3 Functions of operation and maintenance management system of safety protection equipment for shunting operation in railway station

在車站調車作業(yè)安全防護設備運用過程中，如發(fā)生設備故障，運維管理系統(tǒng)會向設備運維管理單位提示故障報警信息并在設備拓撲圖上標識出故障設備或故障通信鏈路。提示運用單位及時登記停用并加強車務-機務聯(lián)控，防止調車作業(yè)事故發(fā)生，并提示維護單位及時處置，盡快恢復設備。若車站調車作業(yè)安全防護設備仍正常工作但設備監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，如通信電臺信噪比超標、室外應答器出現(xiàn)報文漏報等情況，系統(tǒng)將向維護單位提示故障預警信息，提示維護管理單位及時安排設備檢修，避免設備狀態(tài)惡化故障發(fā)生導致設備停用。運維管理系統(tǒng)會根據(jù)車站調車作業(yè)安全防護設備的重要程度和故障緊迫性實行分級預警或報警，并根據(jù)故障的影響范圍決定預警或報警信息推送至哪一級管理單位。運維管理系統(tǒng)會將故障設備、故障時間、故障發(fā)生次數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、處置方案等信息形成記錄，為設備缺陷分析和日后維修決策提供基礎[5]。

2.2 履歷管理

根據(jù)車站調車作業(yè)安全防護設備的功能單元劃分，建立全路鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備電子檔案，對其相關的專用板件、通用設備及通信鏈路運用情況建立包括出廠信息、配屬情況、維修記錄等的設備檔案，實現(xiàn)數(shù)字化、精細化的管理。為車間、工區(qū)配備標簽打印機，在設備交驗環(huán)節(jié)為其制作條形碼，包括交付日期、配屬場站(配屬機車)、對應整機編號、設備自身編號等內容[6]。

設備從交付驗收到更新改造的所有信息構成設備全生命周期的履歷信息。維護管理單位和設備廠商可據(jù)此實現(xiàn)設備履歷查詢、設備調撥、質量源頭追溯，為設備運用質量評價分析和設備缺陷分析等提供基礎和支撐。設備全生命周期履歷管理流程圖如圖4 所示。

2.3 故障記錄

圖4 設備全生命周期履歷管理流程圖Fig.4 Equipment life cycle management process

運維管理系統(tǒng)根據(jù)故障記錄功能提供維修決策服務以提高維修效率，保證車站調車作業(yè)安全防護設備對調車作業(yè)過程的有效監(jiān)控。故障數(shù)據(jù)庫是鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的一部分。維護人員從4 個方面對故障進行描述：設備運用環(huán)境、故障現(xiàn)象、外部影響、故障影響范圍。運維管理系統(tǒng)采用三元組即故障描述、故障處理方法和故障處理效果對故障案例進行表示[7]。運維管理系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)庫中的案例進行檢索將當前故障與數(shù)據(jù)庫中的案例進行匹配，為當前故障提供維修決策，并將故障處理效果反饋運維管理系統(tǒng)，持續(xù)優(yōu)化故障數(shù)據(jù)庫。依靠智能化手段提高車站調車作業(yè)安全防護設備維護效率，將大幅提升其可用性和可維護性，提高車站調車作業(yè)安全“物防”設備能力利用，降低車站調車作業(yè)安全風險。

2.4 報表管理

運維管理系統(tǒng)根據(jù)設備狀態(tài)監(jiān)測、履歷管理、維修方案決策等功能模塊的需求提供可視化形式。各級用戶可根據(jù)實際需求按時間、類別、配屬地(機車號)等條件對管內設備進行查詢和統(tǒng)計，系統(tǒng)提供圖表、報告等多種形式的查詢統(tǒng)計結果。運維管理系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求提供設備能力利用分析、設備缺陷分析、調車作業(yè)計劃執(zhí)行統(tǒng)計、調車作業(yè)安全風險報告、調車作業(yè)人員勞動強度分析等報表供各類用戶直接使用或為其他運輸組織業(yè)務提供支撐。表單格式可由用戶結合設備管理辦法要求設計，降低運維管理人員勞動強度，提高設備運維效率[8]。

3 結束語

隨著全路加強車站調車作業(yè)安全防護力度的不斷加大，已經(jīng)基本構建鐵路車站調車作業(yè)安全防護“人防、物防、技防”三位一體的保障體系，但需要進一步推進運維管理的集中化、平臺化、信息化和智能化的實施，進一步加強車站調車作業(yè)安全風險管控。鐵路車站調車作業(yè)安全防護設備運維管理系統(tǒng)的研究設計有助于利用信息化平臺實現(xiàn)知識共享，通過深度挖掘實現(xiàn)設備運用質量趨勢分析，結合人工智能算法實現(xiàn)維修知識的重用[9]，實現(xiàn)車站調車作業(yè)安全防護的全生命周期設備管理。另外，在推動鐵路車站調車作業(yè)設備精細化管理過程中，應將設備運維管理和改進優(yōu)化有機結合起來形成閉環(huán)，提升故障預警、運用評價、質量溯源、維修決策、備品管理等方面的智能化水平，不斷探索鐵路基礎設施綜合運維一體化新模式，實現(xiàn)技術設備能力利用率的綜合提升[10]。