苑江濤，張為，劉明源，李燕，趙小軍

（北京華鐵信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

1 STP系統(tǒng)控車(chē)原理和主要功能

1.1 控車(chē)原理

STP系統(tǒng)是用于鐵路調(diào)車(chē)作業(yè)的輔助安全防護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1［1］。地面主機(jī)接收計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)或TDCS/CTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取站場(chǎng)表示信息；車(chē)載主機(jī)接收LKJ數(shù)據(jù)，獲取機(jī)車(chē)速度、手柄方向、公里標(biāo)等信息。STP系統(tǒng)控車(chē)關(guān)鍵在于準(zhǔn)確定位調(diào)機(jī)/車(chē)列實(shí)時(shí)位置，軟件算法中同時(shí)基于2條主要追蹤途徑并相輔相成，共同確定調(diào)機(jī)/車(chē)列實(shí)時(shí)位置［2］。

圖1 STP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

一是基于軌道電路的占用/出清。隨著調(diào)機(jī)/車(chē)列走行，前方的軌道電路區(qū)段會(huì)依次占用，后方的軌道電路區(qū)段會(huì)依次出清，可初步確定調(diào)機(jī)/車(chē)列所在區(qū)段大致位置，無(wú)法準(zhǔn)確判斷調(diào)機(jī)/車(chē)列在區(qū)段的精確位置。

二是基于應(yīng)答器定位調(diào)機(jī)/車(chē)列初始位置，再結(jié)合LKJ公里標(biāo)信息，準(zhǔn)確定位調(diào)機(jī)/車(chē)列位置。在STP系統(tǒng)建設(shè)初期，現(xiàn)場(chǎng)所有區(qū)段的距離均已提前測(cè)量完畢，所有應(yīng)答器的安裝位置均為已知。調(diào)機(jī)/車(chē)列經(jīng)過(guò)某一特定編號(hào)的應(yīng)答器后，車(chē)載相關(guān)設(shè)備識(shí)別并判斷此應(yīng)答器具體位置，也即此刻調(diào)機(jī)/車(chē)列具體位置。隨后結(jié)合LKJ公里標(biāo)信息，實(shí)時(shí)計(jì)算調(diào)機(jī)/車(chē)列相對(duì)此應(yīng)答器的走行距離，即可實(shí)時(shí)定位調(diào)機(jī)/車(chē)列具體位置。

基于以上2點(diǎn)，并結(jié)合獲取的站場(chǎng)表示信息，在排除調(diào)機(jī)輪對(duì)空轉(zhuǎn)/打滑、軌道電路嚴(yán)重分路不良［3］等極端情況下，STP系統(tǒng)可實(shí)時(shí)給出調(diào)機(jī)/車(chē)列前方信號(hào)機(jī)名稱(chēng)、距離、燈顯、限速等信息，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控調(diào)車(chē)作業(yè)安全的功能。

1.2 主要功能

STP系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)機(jī)/車(chē)列前方關(guān)閉信號(hào)機(jī)的防護(hù)、道岔/固定區(qū)段限速防護(hù)、土檔或站界標(biāo)防護(hù)、一度停車(chē)點(diǎn)防護(hù)等相關(guān)功能。

2 運(yùn)維重點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 運(yùn)維重點(diǎn)

基于STP系統(tǒng)控車(chē)原理可知，區(qū)段距離誤差、應(yīng)答器質(zhì)量、車(chē)載應(yīng)答定位器單元、無(wú)線電通信質(zhì)量等均是影響STP系統(tǒng)監(jiān)控功能的重要節(jié)點(diǎn)［4］。此外，調(diào)機(jī)輪對(duì)的空轉(zhuǎn)/打滑、軌道電路分路不良等屬于STP系統(tǒng)外部干擾因素，且可通過(guò)撒沙、分路不良整治做適當(dāng)優(yōu)化處理，在此不再討論。

2.2 運(yùn)維難點(diǎn)

STP系統(tǒng)采用的無(wú)源應(yīng)答器，沒(méi)有任何線纜與其相連，其狀態(tài)無(wú)法通過(guò)有線傳輸獲取。傳統(tǒng)的維護(hù)方式只能使用應(yīng)答器讀寫(xiě)器定期上道現(xiàn)場(chǎng)檢查，可以讀取到編碼數(shù)據(jù)即認(rèn)為是正常的，否則認(rèn)為故障。但由于應(yīng)答器讀寫(xiě)器和車(chē)載應(yīng)答定位器單元在硬件等方面的差異，存在應(yīng)答器讀寫(xiě)器讀取正常但應(yīng)答定位器單元無(wú)法正常讀取的情況。此外，對(duì)于站場(chǎng)內(nèi)牽出線等處應(yīng)答器，調(diào)機(jī)/車(chē)列正常經(jīng)過(guò)時(shí)僅有板卡指示燈提示，無(wú)法及時(shí)判斷此應(yīng)答器狀態(tài)。因此，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)答器類(lèi)故障往往都是已經(jīng)影響STP系統(tǒng)使用時(shí)，由乘務(wù)員報(bào)故障才能發(fā)現(xiàn)，對(duì)運(yùn)維來(lái)說(shuō)非常被動(dòng)。

區(qū)段距離應(yīng)該在建設(shè)初期保證測(cè)量的準(zhǔn)確性［5］，但由于人為測(cè)量誤差的存在，實(shí)際上有可能存在距離誤差。而距離誤差將直接影響STP系統(tǒng)控車(chē)功能，是極其重要且必須避免的關(guān)鍵因素，這就要求排除人為因素影響，通過(guò)技術(shù)手段協(xié)助確認(rèn)區(qū)段距離的準(zhǔn)確性。

無(wú)線電通信質(zhì)量將直接影響STP系統(tǒng)車(chē)地設(shè)備間信息的實(shí)時(shí)交互。無(wú)線電通信中斷超過(guò)一定時(shí)間，STP系統(tǒng)將直接退網(wǎng)處理，失去對(duì)調(diào)車(chē)作業(yè)的監(jiān)控作用。此外，無(wú)線類(lèi)故障往往具有偶發(fā)性，且可能和地面電臺(tái)/天線/饋線、車(chē)載電臺(tái)/天線/饋線、同頻/鄰頻干擾、地形遮擋、甚至天氣變化等諸多因素相關(guān)，極難通過(guò)常規(guī)手段排查處理［6］。因此，在保證無(wú)線電通信質(zhì)量的同時(shí)，還要在通信質(zhì)量趨于惡化前及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，才不至于影響STP系統(tǒng)正常運(yùn)行，對(duì)STP系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)維方式提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析現(xiàn)狀

3.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)現(xiàn)狀

STP系統(tǒng)電務(wù)維護(hù)終端主要用于存儲(chǔ)運(yùn)用中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括但不限于接收的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)、機(jī)柜狀態(tài)數(shù)據(jù)、機(jī)車(chē)回執(zhí)數(shù)據(jù)、車(chē)務(wù)終端操作數(shù)據(jù)等。

電務(wù)維護(hù)終端內(nèi)存一般約為500 GB，正?？梢源鎯?chǔ)不少于3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。待內(nèi)存余量低于一定數(shù)值后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)清理最早的舊數(shù)據(jù)以騰出空間繼續(xù)存儲(chǔ)新數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)分析現(xiàn)狀

目前，STP系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析一般用于對(duì)已發(fā)生故障的原因查找，如對(duì)調(diào)機(jī)卸載/緊急制動(dòng)、過(guò)應(yīng)答器無(wú)反應(yīng)、無(wú)線通信中斷等故障原因的分析［7］，即事后分析。

STP系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件一般有電務(wù)維護(hù)終端運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)軟件，以及維護(hù)人員使用的專(zhuān)用電腦軟件。對(duì)于簡(jiǎn)單故障，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)軟件的回放、檢索等功能即可分析確定；對(duì)于復(fù)雜故障，需要通過(guò)專(zhuān)用電腦軟件分析。二者功能類(lèi)似，各有利弊，但后者具備更加豐富的個(gè)性化檢索功能，可根據(jù)具體情況合理選擇分析方式。

4 創(chuàng)新運(yùn)維方法

4.1 區(qū)段距離誤差分析統(tǒng)計(jì)

利用STP系統(tǒng)專(zhuān)用電腦軟件，對(duì)某站30 d的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索分析，軟件自動(dòng)繪制出調(diào)機(jī)/車(chē)列在這段時(shí)間內(nèi)的所有走行線路［8］，見(jiàn)圖2中紅線部分。通過(guò)區(qū)段距離誤差檢索功能，即可統(tǒng)計(jì)出調(diào)機(jī)/車(chē)列經(jīng)過(guò)某一區(qū)段的具體時(shí)間、每次誤差值等相關(guān)信息。其中：誤差類(lèi)型（出清）-計(jì)算長(zhǎng)度為上一區(qū)段出清到本區(qū)段出清對(duì)應(yīng)LKJ公里標(biāo)的差值；誤差類(lèi)型（占用）-計(jì)算長(zhǎng)度為本區(qū)段占用到下一區(qū)段占用對(duì)應(yīng)LKJ公里標(biāo)的差值（見(jiàn)圖3）。

圖2 調(diào)機(jī)/車(chē)列走行線路圖

圖3 區(qū)段距離誤差統(tǒng)計(jì)

調(diào)機(jī)在1月14日5：30和5：50左右、1月17日2：10左右分別經(jīng)過(guò)6/12/16DG一次。軟件計(jì)算出3個(gè)“出清誤差”、3個(gè)“占用誤差”，且均與測(cè)量值（軟件設(shè)置值）134 m存在約10 m誤差。因此，可合理懷疑此區(qū)段存在約10 m距離誤差。此外，通過(guò)誤差值的分布特征，如誤差值變動(dòng)較大且有正值和負(fù)值，則可判斷此區(qū)段存在分路不良［9］。

4.2 應(yīng)答器質(zhì)量分析

結(jié)合圖2中的調(diào)機(jī)/車(chē)列走行線路圖，不難得出調(diào)機(jī)30 d內(nèi)經(jīng)過(guò)2～14號(hào)應(yīng)答器，僅1號(hào)應(yīng)答器未經(jīng)過(guò)，故應(yīng)該可以檢索到2～14號(hào)應(yīng)答器記錄。14號(hào)應(yīng)答器檢索記錄見(jiàn)圖4。如發(fā)現(xiàn)存在某一應(yīng)答器應(yīng)該檢索到卻未檢到，則此應(yīng)答器很可能已經(jīng)徹底故障，需要及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢修確認(rèn)。

圖4 應(yīng)答器記錄

此外，有一種應(yīng)答器類(lèi)故障常見(jiàn)但卻很難處理，即應(yīng)答器性能下降，表現(xiàn)為偶爾作用不良，但大多數(shù)時(shí)候作用正常。如圖2中安裝在17/19G上的14號(hào)應(yīng)答器，數(shù)據(jù)中一般配置為：上行方向經(jīng)過(guò)時(shí)申請(qǐng)入網(wǎng)，下行方向經(jīng)過(guò)時(shí)也為申請(qǐng)入網(wǎng)。其主要作用在于調(diào)機(jī)異常退網(wǎng)后，可以及時(shí)通過(guò)此應(yīng)答器自動(dòng)入網(wǎng)，并且可以校準(zhǔn)由于輪對(duì)空轉(zhuǎn)、打滑等造成的距離誤差。故在調(diào)機(jī)正常入網(wǎng)狀態(tài)下，此應(yīng)答器性能下降甚至徹底故障均無(wú)法及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。對(duì)此，基于數(shù)據(jù)分析的STP系統(tǒng)創(chuàng)新運(yùn)維方法可以很好地解決此類(lèi)問(wèn)題。

通過(guò)檢索17/19G的距離誤差，可以間接找到所有經(jīng)過(guò)14號(hào)應(yīng)答器的時(shí)間，再對(duì)比14號(hào)應(yīng)答器檢索記錄，二者理論上應(yīng)該一一對(duì)應(yīng)。如果發(fā)現(xiàn)某次調(diào)機(jī)經(jīng)過(guò)17/19G卻沒(méi)有14號(hào)應(yīng)答器的對(duì)應(yīng)記錄，則可基本判定此應(yīng)答器故障或者性能下降，即可對(duì)此類(lèi)故障提前感知預(yù)警，將其消滅在萌芽狀態(tài)，避免對(duì)STP系統(tǒng)造成實(shí)質(zhì)性的影響，同時(shí)也相應(yīng)減輕了運(yùn)維壓力。

4.3 無(wú)線電通信質(zhì)量分析

STP系統(tǒng)車(chē)地設(shè)備間通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)通信。正常情況下，電務(wù)維護(hù)終端每秒會(huì)記錄1～2條機(jī)車(chē)回執(zhí)信息，通過(guò)檢索機(jī)車(chē)回執(zhí)信息的超時(shí)間隔，即可排查出可疑的無(wú)線電通信不良狀況（見(jiàn)圖5）。

圖5 回執(zhí)超時(shí)與信號(hào)干擾記錄

圖5（a）顯示：調(diào)機(jī)5011在7：22：49—7：22：56之間機(jī)車(chē)回執(zhí)超時(shí)7 s。圖5（b）顯示：平調(diào)設(shè)備在由減速信號(hào)狀態(tài)給出停車(chē)信號(hào)的同時(shí)，調(diào)機(jī)5098在12：58：13—12：58：20之間機(jī)車(chē)回執(zhí)超時(shí)7 s。據(jù)此，如果多臺(tái)調(diào)機(jī)均存在機(jī)車(chē)回執(zhí)超時(shí)記錄，則大概率和地面設(shè)備相關(guān)；如果僅某臺(tái)調(diào)機(jī)存在機(jī)車(chē)回執(zhí)超時(shí)記錄，則大概率和這臺(tái)調(diào)機(jī)車(chē)載設(shè)備相關(guān)；如果機(jī)車(chē)回執(zhí)超時(shí)記錄伴隨著平調(diào)信號(hào)出現(xiàn)，如圖5（b）所示，那么大概率和平調(diào)電臺(tái)干擾相關(guān)。

基于對(duì)電務(wù)維護(hù)終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)分析，可得出無(wú)線通信質(zhì)量惡化的程度和趨勢(shì)以及無(wú)線通信超時(shí)的時(shí)間、地點(diǎn)特征等。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)、天氣或有無(wú)其他列車(chē)在附近通過(guò)等相關(guān)因素，即可較為準(zhǔn)確判斷是否和地形遮擋、天氣變化、甚至其他列車(chē)無(wú)線設(shè)備干擾等因素相關(guān)，可提前發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理無(wú)線通信相關(guān)問(wèn)題，在保障STP系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)也增加了運(yùn)維的主動(dòng)性。

4.4 車(chē)載設(shè)備狀態(tài)分析

電務(wù)維護(hù)終端記錄的機(jī)車(chē)回執(zhí)信息中包括但不限于車(chē)載軟件版本、開(kāi)機(jī)記錄、與LKJ通信狀態(tài)、與應(yīng)答定位器接收模塊通信狀態(tài)、手動(dòng)定位記錄、作業(yè)單接收情況等。通過(guò)對(duì)相關(guān)事件的檢索分析，即可排查出異常，以便有針對(duì)性地進(jìn)行車(chē)載設(shè)備的檢修。如常見(jiàn)的過(guò)應(yīng)答器無(wú)法自動(dòng)入網(wǎng)故障，通過(guò)檢索排除是否存在應(yīng)答定位器模塊與車(chē)載主機(jī)通信故障的可能。

4.5 地面設(shè)備狀態(tài)分析

STP系統(tǒng)地面機(jī)柜通過(guò)串口、網(wǎng)口、雙口RAM等接口進(jìn)行內(nèi)外部信息交互。通過(guò)檢索各通信接口數(shù)據(jù)狀態(tài)（見(jiàn)圖6），即可快速查找接口異常情況。圖6中，A/B機(jī)COM1口用于雙機(jī)通信以完成雙機(jī)熱備功能，COM2/COM4口用于接收計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)，COM3口用于電臺(tái)數(shù)據(jù)收發(fā)。A機(jī)NET1和B機(jī)NET2網(wǎng)口用于地面CPU板卡與電務(wù)維護(hù)終端通信。A機(jī)NET2和B機(jī)NET1網(wǎng)口用于地面CPU板卡與車(chē)務(wù)終端通信。檢索發(fā)現(xiàn)A/B機(jī)COM2口通信超時(shí)，說(shuō)明STP地面機(jī)柜與一系計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通信中斷。而由于另一系（COM4口）通信正常以及STP系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的交叉互聯(lián)通信方式，單系故障并不影響STP系統(tǒng)正常使用，故正常情況下很難發(fā)現(xiàn)此類(lèi)故障，而基于數(shù)據(jù)分析的STP系統(tǒng)創(chuàng)新運(yùn)維方法則能很好地處理此類(lèi)故障。

圖6 地面通信接口狀態(tài)檢索

4.6 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)等外部設(shè)備異常分析

STP系統(tǒng)站場(chǎng)表示信息來(lái)源于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，調(diào)機(jī)速度、手柄方向等信息來(lái)源于LKJ設(shè)備，二者出現(xiàn)異常將直接影響STP系統(tǒng)的使用?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)STP系統(tǒng)記錄的卸載/緊急制動(dòng)分析，曾發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)信號(hào)機(jī)異常關(guān)閉/發(fā)送空數(shù)據(jù)包/發(fā)送數(shù)據(jù)延時(shí)過(guò)

長(zhǎng)、LKJ手柄方向采集錯(cuò)誤等不易察覺(jué)的問(wèn)題，有效避免了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和調(diào)機(jī)更大故障的發(fā)生。

4.7 其他相關(guān)分析

雖然STP系統(tǒng)僅為調(diào)機(jī)安全防護(hù)的輔助系統(tǒng)，但STP系統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)卻具有更大的挖掘利用價(jià)值。STP系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、LKJ、現(xiàn)車(chē)管理系統(tǒng)等均有數(shù)據(jù)交互；乘務(wù)員、值班員、調(diào)車(chē)員相關(guān)作業(yè)操作均在STP系統(tǒng)留有記錄；進(jìn)路開(kāi)放時(shí)機(jī)、調(diào)機(jī)作業(yè)區(qū)域、調(diào)車(chē)作業(yè)數(shù)量、調(diào)機(jī)作業(yè)速度、平調(diào)信號(hào)等均可查詢。因此，STP系統(tǒng)是唯一可以多方位、多要素、多過(guò)程感知現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)景的系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)STP系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的深入分析，可為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維管理、提質(zhì)增效提供優(yōu)化建議和決策依據(jù)［10］。

利用STP系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)繪制調(diào)機(jī)某一作業(yè)過(guò)程的限速（速度）-時(shí)間曲線（見(jiàn)圖7），由圖可知，在第90 s時(shí)的一次停車(chē)操作影響了運(yùn)輸效率，且調(diào)機(jī)整體作業(yè)速度有較大余量可以提高。

圖7 調(diào)機(jī)限速（速度）-時(shí)間曲線圖

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，不僅STP系統(tǒng)，大多數(shù)鐵路信號(hào)設(shè)備的運(yùn)維方法仍為日常巡檢維護(hù)、事后應(yīng)急處理等，很少關(guān)注設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障感知預(yù)警等事前分析，造成日常巡檢維護(hù)耗時(shí)耗力但卻缺乏有效針對(duì)性，運(yùn)維效果不明顯；另一方面，事發(fā)后的應(yīng)急處理往往伴隨著較大安全壓力以及較高的運(yùn)維成本?；跀?shù)據(jù)分析的STP系統(tǒng)創(chuàng)新運(yùn)維方法則獨(dú)辟蹊徑，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析挖掘，即可精準(zhǔn)感知系統(tǒng)整體狀態(tài)，為有針對(duì)性地高效檢修提供了可靠依據(jù)，并同時(shí)減少了故障發(fā)生次數(shù)，也為未來(lái)STP系統(tǒng)智能化分析軟件的開(kāi)發(fā)提供了參考依據(jù)。