徐 越，朱 明，蔡 亮，陳 勇，鄒少文

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，成都 610031）

川藏鐵路具有高寒、高海拔、缺氧、氣候條件惡劣等特點，是復(fù)雜艱險山區(qū)的典型代表[1-2]。川藏線路環(huán)境復(fù)雜，已突破現(xiàn)行信號集中監(jiān)測技術(shù)條件，目前亟需針對川藏高原、復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路特點開展新型信號運維系統(tǒng)技術(shù)條件與方案研究，研究成果對于后續(xù)川藏鐵路智能運維設(shè)備研發(fā)，運維體制的完善具有指導(dǎo)意義。

1 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)技術(shù)條件

川藏鐵路雅安至林芝段地理環(huán)境復(fù)雜，沿線車站平均海拔3 000多m，生活條件惡劣，不適合運維人員長期駐守[3]。依靠現(xiàn)有的電務(wù)維修體制無法保證信號設(shè)備正常巡檢及維護，也無法保證維護人員安全[4]。為制定滿足川藏鐵路需求的信號運維系統(tǒng)方案，對現(xiàn)場調(diào)查資料、運維單位需求進(jìn)行分析研究、同時征求信號運維研發(fā)單位意見，得出川藏鐵路信號運維系統(tǒng)應(yīng)具備以下技術(shù)條件。

1）識別高原地區(qū)各信號設(shè)備工作規(guī)律、監(jiān)測數(shù)據(jù)特性，滿足高原信號設(shè)備監(jiān)測功能要求。

2）利用智能維護系統(tǒng)替代維護人員診斷、分析工作，以減輕高原地區(qū)維護人員的勞動強度、提升維護質(zhì)量。

3）信號運維系統(tǒng)應(yīng)具備高原地區(qū)信號設(shè)備全生命周期健康管理功能。

4）為減輕高原地區(qū)信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的安裝實施勞動強度、提升安裝實施質(zhì)量，信號運維系統(tǒng)宜采用工廠定型化安裝模式。

5）信號運維系統(tǒng)滿足高可靠、高可用和少維護的需求。

6）信號運維系統(tǒng)應(yīng)采用新技術(shù)手段，滿足遠(yuǎn)程維護的需求。

7）信號運維系統(tǒng)具備接入川藏鐵路綜合維護平臺的條件。

2 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)功能需求

2.1 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)智能化功能需求

川藏鐵路惡劣的氣候與地理環(huán)境，運維人員無法按照常規(guī)運維要求對川藏線進(jìn)行周期巡檢、維護與維修。這要求川藏線信號運維系統(tǒng)具有自主的狀態(tài)監(jiān)測、安全監(jiān)督、綜合分析與維護指導(dǎo)等智能運維功能，及時發(fā)現(xiàn)與消除故障隱患，以實現(xiàn)川藏鐵路惡劣環(huán)境下減員增效的建設(shè)目標(biāo)。

1）狀態(tài)監(jiān)測

川藏鐵路信號運維系統(tǒng)應(yīng)借助信號系統(tǒng)自身設(shè)備采集的模擬量、開關(guān)量實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測，同時具備系統(tǒng)接口監(jiān)測與故障報警功能。運維系統(tǒng)還應(yīng)具備信號設(shè)備的可視化界面，實現(xiàn)在線可視化運維管理。為實現(xiàn)運維系統(tǒng)的集中管理，川藏鐵路可在成都鐵路局與青藏公司分別設(shè)置智能運維中心，智能運維中心根據(jù)電子地圖數(shù)據(jù)生成線路拓?fù)鋱D，在大屏上顯示軌道區(qū)段、道岔、信號機、車站等線路靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時實時顯示地面信號設(shè)備與車載信號設(shè)備動態(tài)信息。如：RBC、CTC、TSRS、聯(lián)鎖、軌旁設(shè)備、信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)、車載ATP、ATO等設(shè)備工作狀態(tài)，并將這些狀態(tài)監(jiān)測信息實時上傳至信號運維系統(tǒng)私有云，用于系統(tǒng)自診斷分析以及電務(wù)運維人員調(diào)閱、查看信號系統(tǒng)工作狀態(tài)。

2）安全監(jiān)督

信號運維系統(tǒng)應(yīng)能自主監(jiān)督設(shè)備間交互的業(yè)務(wù)信息，且具有跨系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析與結(jié)合部分析的功能。 監(jiān)督關(guān)鍵信號設(shè)備間業(yè)務(wù)信息，對交互數(shù)據(jù)進(jìn)行比對監(jiān)督及邏輯分析，識別存在的安全風(fēng)險，消除安全隱患，安全監(jiān)督功能要實現(xiàn)跨系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析：信號各子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析及跨專業(yè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析。如列控中心、聯(lián)鎖與CTC信息一致性比對，信號與供電結(jié)合部分析、地面與車載結(jié)合部分析、信號與通信結(jié)合部分析。

3）綜合分析

基于私有云數(shù)據(jù)，智能運維系統(tǒng)應(yīng)能利用數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等成熟技術(shù)對運維大數(shù)據(jù)分類處理，參照設(shè)備所處生命周期、工作環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)等設(shè)定閾值。信號系統(tǒng)專家與研發(fā)人員根據(jù)設(shè)備故障案例制定運維系統(tǒng)自主判定規(guī)則，建立故障綜合分析模型庫、故障預(yù)警與預(yù)防性維修策略庫。運維系統(tǒng)綜合分析模塊通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練形成專家系統(tǒng)，當(dāng)信號設(shè)備監(jiān)測參數(shù)出現(xiàn)超過常態(tài)波動范圍的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警并給出維護建議[5]。運維系統(tǒng)綜合分析模塊最終實現(xiàn)電務(wù)設(shè)備健康評估、剩余壽命預(yù)測、RAMS指標(biāo)分析與維護指導(dǎo)。

4）智能診斷與維護指導(dǎo)

通過智能診斷與維護指導(dǎo)將信號系統(tǒng)由目前的故障修、計劃修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)修，最終實現(xiàn)信號設(shè)備的不間斷運行。信號運維系統(tǒng)綜合分析模塊篩選出運行狀態(tài)不良設(shè)備，及時發(fā)出故障預(yù)警或報警，并將可能的故障點、故障類型及維修建議信息推送至車站維修終端及相關(guān)維護人員。電務(wù)調(diào)度核實正確的情況下，啟動應(yīng)急搶修過程，協(xié)調(diào)人、車、物到達(dá)現(xiàn)場。運維人員通過手持智能終端搜索最近的工具及備品備件，根據(jù)系統(tǒng)提供處理流程及步驟，維修人員進(jìn)行故障隱患排除與故障修復(fù)。維修完畢快速建立設(shè)備故障維修檔案。

2.2 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)特殊功能需求

川藏鐵路特殊地理環(huán)境和氣候條件使得運維人員難以長期駐守和進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備維護，為減少川藏鐵路運維工作人員數(shù)量，提高維護效率，實現(xiàn)部分車站的無人化運維，川藏鐵路亟需引入智能巡檢、遠(yuǎn)程操控及基于BIM的數(shù)字化運維等特殊功能。

1) 遠(yuǎn)程操控

川藏鐵路部分車站為無人值守站，無人值守車站信號設(shè)備面臨軟件版本升級與更換、安全巡檢、設(shè)備重啟、設(shè)備定期檢修與故障診斷等問題。通過引入遠(yuǎn)程操控技術(shù)實現(xiàn)智能運維中心對無人值守站的統(tǒng)一管理、信號設(shè)備軟件升級與更換、設(shè)備重啟、故障診斷和設(shè)備健康狀態(tài)評估。川藏鐵路運維系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控技術(shù)在減員增效、提高維護效率與降低維護成本方面具有重要意義。

2) 智能巡檢

川藏鐵路現(xiàn)場信號設(shè)備巡檢是一項難題，川藏線無人值守站亟需引進(jìn)智能巡檢功能。智能運維中心通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)控制智能機器人沿特定巡檢路線實現(xiàn)對設(shè)備的周期巡視，并對個別設(shè)備重點監(jiān)控。此外，無人值守站智能巡檢設(shè)備應(yīng)能接收智能運維中心命令，完成設(shè)備重啟、板卡更換、軟件升級等日常運維操作。

3) 基于BIM的數(shù)字化運維

BIM建筑信息模型服務(wù)于項目設(shè)計、施工及運維管理等生命周期。川藏鐵路交付的BIM模型可服務(wù)于竣工后的基礎(chǔ)設(shè)施運維，如：基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、設(shè)備維護、設(shè)備資產(chǎn)管理與應(yīng)急管理。川藏鐵路BIM模型可存儲于電腦與手持終端，運維工作人員根據(jù)需要隨時隨地查看設(shè)備運維屬性信息，如：設(shè)備歸屬站段與運維部門、設(shè)備型號、設(shè)備啟用日期、設(shè)備維修記錄等。根據(jù)設(shè)備運維信息，現(xiàn)場工作人員根據(jù)掌握的信息快速制定維修方案、排除故障隱患。BIM技術(shù)在運維系統(tǒng)的應(yīng)用將提高養(yǎng)護管理的精細(xì)化水平，加速實現(xiàn)鐵路運維養(yǎng)護管理的數(shù)字化、信息化與自動化。

3 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.1 信號運維系統(tǒng)設(shè)備層功能結(jié)構(gòu)

川藏鐵路信號運維系統(tǒng)設(shè)備層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，它分為三級三層，具體內(nèi)容如下。

“三級”為國鐵集團公司、鐵路局集團公司與電務(wù)段。

“三層”為國鐵集團運維子系統(tǒng)、鐵路局電務(wù)運維子系統(tǒng)和智能運維站級設(shè)備。

為滿足運維系統(tǒng)大數(shù)據(jù)存儲、分析處理、智能診斷的功能需求，需要以路局集團公司為單位建立數(shù)據(jù)中心。通過運維專用網(wǎng)連通國鐵集團與下屬路局集團公司數(shù)據(jù)中心，搭建運維數(shù)據(jù)云平臺,以實現(xiàn)鐵路監(jiān)測數(shù)據(jù)與智能診斷結(jié)果共享，提升運維整體智能化水平。

根據(jù)車站環(huán)境與生活條件設(shè)置站級運維設(shè)備，川藏線規(guī)模較大且生活便利的車站設(shè)置有綜合維修工區(qū)，此時信號設(shè)置智能維護分機，規(guī)模較小或無人值守站則設(shè)置維護分機終端。無人值守站維護分機終端采集室內(nèi)設(shè)備工作狀態(tài)及軌旁信號設(shè)備狀態(tài)，并將該信息傳送至鄰站智能維護分機，最終匯聚至路局智能運維中心。通過智能運維中心與有人值守站智能維護分機可實現(xiàn)無人值守站信號設(shè)備日常運維工作。

3.2 信號運維系統(tǒng)邏輯層結(jié)構(gòu)

信號運維系統(tǒng)在邏輯層次分為三層，分別為電務(wù)數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)存儲與處理解析層、數(shù)據(jù)顯示與智能分析層，分別實現(xiàn)信號設(shè)備運行狀態(tài)采集、數(shù)據(jù)處理與存儲、設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)圖表化顯示、綜合監(jiān)督、設(shè)備智能診斷、故障預(yù)警、結(jié)合部分析、質(zhì)量分析及遠(yuǎn)程操控。川藏鐵路信號運維系統(tǒng)邏輯層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)工程設(shè)計方案

4.1 信號運維系統(tǒng)設(shè)計方案

川藏線正線為雅安—林芝段，地理環(huán)境復(fù)雜、海拔高，大部分車站設(shè)在海拔3 000～4 000 m地區(qū)，生活條件惡劣，不適合設(shè)工區(qū)或派維護人員長期駐守。因此，需要構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、智能機器人、BIM等新技術(shù)的智能維護平臺，以滿足信號設(shè)備的維護需要，平臺具備信號設(shè)備故障預(yù)警、遠(yuǎn)程維護和智能診斷等功能[6-8]。在智能維護平臺的支撐下，考慮在生活便利的車站派人值守，其余車站做到人工監(jiān)控與無人值守。

圖1 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)設(shè)備層功能結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Functional structure diagram of equipment layer of signaling operation and maintenance system of Sichuan-Tibet railway

圖2 川藏鐵路信號運維系統(tǒng)邏輯層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of logic layer of signaling operation and maintenance system of Sichuan-Tibet railway

監(jiān)測信息包括轉(zhuǎn)轍機、信號機、站內(nèi)區(qū)段占用/空閑檢查設(shè)備等末端設(shè)備。車載設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)及RBC設(shè)備將狀態(tài)信息傳輸至車站信號一體化設(shè)備。

在設(shè)置CBI的車站配套設(shè)置信號智能維護系統(tǒng)分機，僅設(shè)目標(biāo)控制器的車站只設(shè)置查詢終端，工區(qū)及車間設(shè)置查詢終端。智能運維平臺主機通過數(shù)據(jù)接口從CBI接收管轄范圍內(nèi)各站軌旁設(shè)備監(jiān)測信息、車載設(shè)備狀態(tài)信息、網(wǎng)絡(luò)信息，并將信息上傳至電務(wù)段總機系統(tǒng)，最終匯總至川藏鐵路綜合維護平臺，實現(xiàn)信號各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集，并與其他專業(yè)監(jiān)測信息的共享。

4.2 信號運維系統(tǒng)設(shè)備配置方式

川藏鐵路信號智能運維系統(tǒng)分車站運維設(shè)備、工區(qū)運維設(shè)備、路局中心設(shè)備組成。

1）中心設(shè)備設(shè)置

成都鐵路局與青藏公司的ATO中心設(shè)置智能維護分機，它與無線閉塞中心及臨時限速服務(wù)器均有接口，實現(xiàn)中心設(shè)備監(jiān)測信息的交互。成都鐵路局與青藏公司調(diào)度中心設(shè)置智能維護中心，實現(xiàn)安全監(jiān)督、維護數(shù)據(jù)存儲、綜合分析、處理、智能診斷、維護指導(dǎo)、遠(yuǎn)程控制與BIM維護管理等功能。

2）工區(qū)與車間設(shè)備設(shè)置

川藏鐵路采用綜合維修模式，川藏鐵路新設(shè)壽安、康定、昌都等信號車間，新設(shè)朝陽湖（川藏）、康定、雅江、巴塘等信號工區(qū)，各車間與工區(qū)分別設(shè)置智能運維查詢終端。

3）站內(nèi)設(shè)備設(shè)置

川藏鐵路雅安（不含）至昌都（含）段：天全、康定、雅江、理塘、巴塘、貢覺、昌都7站為信號系統(tǒng)主控站，主控站設(shè)置信號智能維護分機，智能運維分機通過車站列控聯(lián)鎖一體化設(shè)備實現(xiàn)車站軌旁設(shè)備、車載設(shè)備與列控設(shè)備等信息的采集。上述7個站以外的其他車站為被控站，被控站僅設(shè)置智能運維查詢終端。

5 結(jié)束語

川藏鐵路信號運維系統(tǒng)通過采用大數(shù)據(jù)處理、智能分析、遠(yuǎn)程控制、智能巡檢與BIM技術(shù)，可極大的提高設(shè)備運維的自動化、信息化與智能化水平，將有效解決高原地區(qū)電務(wù)設(shè)備養(yǎng)護維修難題。另外，川藏鐵路信號智能運維系統(tǒng)具有安全保障能力強、運維效率高、設(shè)備配置少、成本低等優(yōu)勢，滿足復(fù)雜艱險山區(qū)鐵路的運維需求，是新型智能運維系統(tǒng)在高原山區(qū)鐵路的重要實踐，意義重大。