張東濤

（新朔鐵路有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017100）

0 引言

在國家經(jīng)濟建設不斷發(fā)展的過程中，重載鐵路建設為發(fā)展重點，安全、智慧、高效、綠色的重載鐵路發(fā)展趨勢也備受重視。在此背景下，新工藝、新材料、新設備等現(xiàn)代高新技術(shù)被廣泛應用在重載鐵路中，尤其是在車輛大型化、牽引動力等方面有所突破，促進了重載運輸?shù)陌l(fā)展。目前，重載鐵路各專業(yè)針對設備維護、運營等監(jiān)測，產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，如何管理數(shù)據(jù)為重載鐵路高效運營管理的重點[1]。

1 大數(shù)據(jù)應用現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)標準不一致

由于各個業(yè)務系統(tǒng)由不同廠家建設，數(shù)據(jù)標準不一致、數(shù)據(jù)編碼不一致，同一業(yè)務數(shù)據(jù)多點重復錄入現(xiàn)象突出，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高[2]。

1.2 數(shù)據(jù)壁壘不共享

未建立有效的數(shù)據(jù)共享機制，各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)存在壁壘，大量業(yè)務數(shù)據(jù)分散在不同的應用系統(tǒng)中，跨業(yè)務、跨層級、跨部門數(shù)據(jù)共享困難。

1.3 數(shù)據(jù)集成度不高

數(shù)據(jù)分析應用以分散的單項應用為主，缺乏綜合應用，未開展面向全業(yè)務領域的數(shù)據(jù)集中，未形成企業(yè)級數(shù)據(jù)整體視圖，無法對數(shù)據(jù)進行整體把握、宏觀分析。

1.4 基礎設施能力不足

大數(shù)據(jù)應用需要新型分布式存儲、計算架構(gòu)的支撐。從目前來看，無論是硬件基礎設施還是軟件架構(gòu)，都缺乏有效的支撐，無法滿足大數(shù)據(jù)分析的需求。通過大數(shù)據(jù)整合技術(shù)，建立數(shù)據(jù)資源池實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享[3]。

2 大數(shù)據(jù)建設思路

2.1 IT 基礎設施體系

建設基礎設施云，將資源管理由分散的硬件設備升級為虛擬化的共享資源池，共享資源包括服務器、存儲和網(wǎng)絡等。通過虛擬化IT 資源，提供統(tǒng)一的基礎設施服務，為上層平臺服務和軟件服務提供基礎設施保障，針對高優(yōu)先級應用程序進行動態(tài)資源分配，提高資源利用率，滿足安全、高效管理和保障業(yè)務連續(xù)性需求，達到數(shù)據(jù)中心的高可靠性要求[4]。

2.2 大數(shù)據(jù)匯集體系建設

通過研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的匯聚、存儲和共享問題，提出構(gòu)建大數(shù)據(jù)匯集平臺，根據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務類型和內(nèi)容的差異，建立數(shù)據(jù)標準規(guī)范體系和安全保障體系，通過數(shù)據(jù)治理，研究大數(shù)據(jù)的管理和應用[5]。

2.3 大數(shù)據(jù)標準體系建設

以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素，賦能鐵路運輸及關(guān)聯(lián)領域，促進專業(yè)融合和管理協(xié)同，推動管理模式創(chuàng)新，提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值。統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、接口規(guī)范，構(gòu)建數(shù)據(jù)治理體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

2.4 大數(shù)據(jù)治理體系建設

數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)階段資源現(xiàn)狀及應用系統(tǒng)發(fā)展規(guī)模進行配置建設，由ETL（數(shù)據(jù)抽取—轉(zhuǎn)換—裝載的過程）系統(tǒng)、數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)倉庫）組成，部署在智能大腦平臺上?；贓TL 系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)集成接入接口開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中上云[6]。

2.5 大數(shù)據(jù)分析與挖掘體系建設

通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)架構(gòu)設計，以數(shù)據(jù)資產(chǎn)化的管理模式為支撐，匯總多維度的數(shù)據(jù)資源，組成數(shù)據(jù)分析挖掘資源池，以業(yè)務管理、企業(yè)經(jīng)營等需求為驅(qū)動，實現(xiàn)對業(yè)務數(shù)據(jù)的挖掘利用，提升數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值，推動數(shù)據(jù)驅(qū)動的業(yè)務創(chuàng)新[7]。

2.6 大數(shù)據(jù)應用體系建設

以公司運輸組織、安全生產(chǎn)、經(jīng)營決策、綜合管理等決策場景需求目標，開展大數(shù)據(jù)應用建設。建設主數(shù)據(jù)標準與業(yè)務編碼體系、建設數(shù)據(jù)倉庫，有效分析與挖掘，建設輔助決策和支撐管理中心，同時可實現(xiàn)對綜合數(shù)據(jù)業(yè)務的應用展示，包括云視頻分析系統(tǒng)等[8]。

3 基于大數(shù)據(jù)的重載鐵路運營平臺設計

3.1 平臺設計可行性

大數(shù)據(jù)智能系統(tǒng)通過處理層、傳輸層、感知層構(gòu)成。因為信息系統(tǒng)具備通用性，所以此層次結(jié)構(gòu)也能夠在鐵路大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中使用，關(guān)鍵設備包括數(shù)據(jù)中心、傳感器網(wǎng)絡、能源系統(tǒng)和傳感器構(gòu)成。圖1 為大數(shù)據(jù)智能系統(tǒng)的架構(gòu)[9]。

圖1 大數(shù)據(jù)智能系統(tǒng)的架構(gòu)

通過多年運營，已經(jīng)創(chuàng)建了成熟的鐵路運用安全管理系統(tǒng)、檢修管理系統(tǒng)等。鐵路各系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息分布采集與執(zhí)行、中央集中控制和管理，從而對鐵路進行功能控制、信息管理、信息顯示、故障診斷等。

3.2 平臺的詳細設計

3.2.1 智能決策

智能感知模塊主要是對重載組合列車運行狀態(tài)進行感知和預警，創(chuàng)建系統(tǒng)層面信息感知，得出機車列車弓網(wǎng)、前方線路等狀態(tài)，提高鐵路運行效率。

其一，車輛狀態(tài)感知。首先，創(chuàng)建車載物聯(lián)網(wǎng)感知平臺，以此實時收集車載關(guān)鍵設備，包括牽引、網(wǎng)絡、監(jiān)控、走行和列尾等。其次，提供統(tǒng)一化開放接口，能夠?qū)崿F(xiàn)風機流量的檢測。創(chuàng)建車載安全防火墻，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全審計、管理和接入，避免非法攻擊[10]。

其二，障礙物感知。使用激光雷達、攝像機等方案，監(jiān)測列車行進障礙物和異常情況。機器人視覺識別障礙物，包括防撞條、汽車、行人等；激光雷達能夠?qū)α熊嚱?00m 中的障礙物進行精準測距；大陣列天線毫米波雷達對前方行人、車輛、動物等固定障礙物進行探測。

其三，弓網(wǎng)檢測。利用車頂部署可見光數(shù)據(jù)采集裝置和紅外熱像儀對運行端受電弓、絕緣子、懸臂管、接觸網(wǎng)等設備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進行收集，在車載感知中心發(fā)送，實時檢測弓網(wǎng)燃弧、接觸網(wǎng)動態(tài)尺寸和溫度監(jiān)測，從而開展故障報警等操作。

3.2.2 智能裝備

智能裝備主要包括智能巡檢車、機電車輛全壽命周期管理、重載列車自動駕駛等：

其一，通過列車自動防護系統(tǒng)，重載列車自動駕駛能夠?qū)α熊囘\行自動控制，從而對站間運行進行自動調(diào)整、運行和精準停車，使運營智能化水平得到提高，實現(xiàn)節(jié)能降耗和安全的有機統(tǒng)一。

其二，通過機車車輛全壽命周期管理能夠?qū)C車履歷、機車動力配置、配件履歷、重要零部件、機車檢修等進行管理，還能夠?qū)崿F(xiàn)安全信息預測、貨車修程修制的優(yōu)化等功能。

其三，通過智能綜合檢測車實現(xiàn)重載鐵路線路的接觸網(wǎng)、軌道、信號機軌旁設備的檢測，還能夠提供實時智能分析預警。

其四，基于衛(wèi)星通信的移動閉塞能夠?qū)⑿l(wèi)星接收處理天線和模塊設置到車載定位單元，在線路相隔50km 的地方實現(xiàn)地面差分基站的設置，將差分服務器安裝到調(diào)度中心，從而實現(xiàn)高精度列車定位移動閉塞。

其五，利用智能接觸網(wǎng)、牽引變電所構(gòu)成智能牽引供電。智能牽引變電所包括網(wǎng)絡控制、信息互動、數(shù)字測量、狀態(tài)評估等功能的智能一次設備，集成環(huán)控、門禁、安防、視頻等智能輔助系統(tǒng)；智能接觸網(wǎng)包括簡統(tǒng)化、標準化接觸網(wǎng)設備和故障報警、狀態(tài)監(jiān)控、圖像智能分析的智能化接觸網(wǎng)檢測裝置。

3.2.3 智能運營

其一，智能綜合調(diào)度。根據(jù)一體化調(diào)度指揮機制，實現(xiàn)集疏運、專用線、供應鏈上下游統(tǒng)一化的調(diào)度指揮體系結(jié)合，構(gòu)成全過程的調(diào)度指揮能力，能夠?qū)崿F(xiàn)工種調(diào)度計劃系統(tǒng)編制?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)行車調(diào)度、移動設備報警管理、狀態(tài)監(jiān)視、應急協(xié)調(diào)和調(diào)度指揮的功能。

其二，基礎設施智能運維?；A設施智能運維指供電、電務、工務和房建等基礎設施智能化、集中化、一體化的運維，從而實現(xiàn)設備綜合監(jiān)測、供電電務工務聯(lián)合生產(chǎn)指揮、全生命周期管理、運維綜合分析、故障智能診斷等。

3.2.4 智能評估

通過智能感知收集的故障數(shù)據(jù)，與部件修配、檢驗履歷、跟蹤結(jié)果結(jié)合，使用可靠性分析技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)全壽命周期的健康評估，對機車和各核心部件健康狀態(tài)進行評估，對相應修程進行優(yōu)化。圖2 為智能評估技術(shù)框架。

圖2 智能評估技術(shù)框架

其一，機車履歷管理。針對診斷數(shù)據(jù)和智能感知，與部件檢修、周轉(zhuǎn)記錄結(jié)合，實現(xiàn)機車核心檔案的創(chuàng)建，記錄基本信息、出廠信息等，管理機車整車履歷。

其二，健康狀態(tài)評估。針對機車檢修、監(jiān)測故障等數(shù)據(jù)，結(jié)合走行公里和電子履歷數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)評估模型創(chuàng)建，對機車部件健康狀態(tài)進行評估。

其三，修程評估。利用機車部件健康狀態(tài)的評估結(jié)果，與電子履歷結(jié)合，分析車載各類型部件合理的檢修周期，制定部件檢修周期的建議。對局部檢修項的工作頻率進行調(diào)整，實現(xiàn)列車部件整體檢修日程的規(guī)劃，統(tǒng)計檢修部件數(shù)據(jù)，以此實現(xiàn)檢修人員的評估。

3.2.5 智能檢測和維護

根據(jù)大數(shù)據(jù)應用平臺，實現(xiàn)原本在各系統(tǒng)中分散的安全數(shù)據(jù)整合和梳理，利用內(nèi)存計算、即席查詢等技術(shù)，能夠為不同層次安全管理業(yè)務人員提供自助式的服務，以下為主要代碼：

int leftmotorpin1=7；//define your motor pins

int leftmotorpin2=6；

void setup()

{

for (int pinindex = 0； pinindex ＜ 14； pinindex++) {

pinMode(pinindex， OUTPUT)； // set pins 0 to 13 as outputs

}

Serial.begin(9600)；

}

void loop()

{

Serial.println("run")；

digitalWrite(leftmotorpin1， HIGH)；

digitalWrite(leftmotorpin2， LOW)；

delay(5000)；

Serial.println("back")；

digitalWrite(leftmotorpin1， LOW)；

digitalWrite(leftmotorpin2， HIGH)；

delay(5000)；

Serial.println("stop")；

digitalWrite(leftmotorpin1， LOW)；

digitalWrite(leftmotorpin2， LOW)；

delay(3000)；

}

其一，安全即席分析。利用交互式分析能夠提供可視化的分析界面，將安全管理數(shù)據(jù)集合，從而分析每項數(shù)據(jù)特征與分布規(guī)律，對是否滿足正態(tài)分布研究。

另外，對海量安全管理主題數(shù)據(jù)進行梳理，為數(shù)據(jù)創(chuàng)建分析、統(tǒng)計等索引。用戶輸入關(guān)鍵詞后判斷用戶意圖，根據(jù)索引數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)對象。將數(shù)據(jù)分析圖標展現(xiàn)在圖形界面中，方便交互式探查。

其二，安全風險分析。根據(jù)鐵路公司、車間、站段和業(yè)務部門實現(xiàn)安全風險總量的分析，技術(shù)發(fā)現(xiàn)問題，對安全風險和管控異常情況進行診斷。

其三，事故故障溯源分析。和已經(jīng)創(chuàng)建的安全風險數(shù)據(jù)庫模型進行對比，實現(xiàn)風險自動識別和告警；判斷已經(jīng)發(fā)生的事件，和修正現(xiàn)有風險庫進行對比，對同類危險概率可能性進行分析，從而提出相應的安全管理干預。

4 典型應用的實現(xiàn)

4.1 綜合展示

利用可視化圖表展示的方式，能夠?qū)Ξ斕扈F路的運輸設備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)進行全面展示和匯總。用戶對鏈接點擊后就能夠?qū)﹁F路運輸設備狀態(tài)信息搜索、調(diào)用和查看。在大數(shù)據(jù)技術(shù)使用的背景下，能夠?qū)﹁F路運輸設備進行實時檢測，并且對相應靜態(tài)數(shù)據(jù)進行收集，使靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成用戶能夠識別的圖像、圖形符號，以此使用具體、形象的方式實現(xiàn)鐵路運輸設備技術(shù)狀態(tài)的信息可視化展示面。

4.2 運輸設備履歷管理

通過所創(chuàng)建的大數(shù)據(jù)平臺能夠匯總設備狀態(tài)的基礎信息、設備維護保養(yǎng)、檢修和安全事故處理等信息，并且在時間軸中串接和顯示，以此構(gòu)成健全、完整和系統(tǒng)的鐵路運輸設備履歷。之后，利用可視化技術(shù)，以鐵路運輸設備應用特點，實現(xiàn)設備全生命周期履歷的可視化展示。

4.3 運輸設備可視化

首先，將圖像處理、計算機圖形學等技術(shù)的優(yōu)勢充分展現(xiàn)出來，利用可視化展示方式實現(xiàn)鐵路運輸設備狀態(tài)的形象化、直觀化展示，以此提高設備狀態(tài)信息解釋能力。其次，與交互式處理方式結(jié)合，使用戶通過人機交互深入了解鐵路運輸設備狀態(tài)細節(jié)。運輸設備可視化展示內(nèi)容包括：

其一，空間可視化展示。利用GIS 技術(shù)針對指定轄區(qū)范圍中鐵路運輸設備的智能化、動態(tài)化管理，從而實現(xiàn)準確定位、快速查詢與布局展示等功能，對用戶直觀展現(xiàn)鐵路運輸設備空間，提高用戶使用體驗。

其二，時序可視化分析。通過語言短呼設備實現(xiàn)平均時延趨勢的具體化、直觀化顯示。利用鐵路運輸設備技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息分析，表示出現(xiàn)此情況是因為檢測過程不合理、不規(guī)范導致的。此時，網(wǎng)關(guān)人員要科學調(diào)整網(wǎng)絡參數(shù)。

其三，多維可視化應用。使用多角度、多維度的方式實現(xiàn)鐵路運輸設備技術(shù)狀態(tài)的可視化、綜合化分析，為設備安全維護和檢測提供數(shù)據(jù)參考，以此保證鐵路運輸設備可靠、安全的運行。

5 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)技術(shù)應用時期，要求技術(shù)人員以業(yè)務需求加強鐵路運營的應用，使數(shù)據(jù)融合度、集成度與共享度得到提高。另外，針對大數(shù)據(jù)特征，為鐵路運輸設備提供履歷管理，以此全面掌握鐵路運輸設備技術(shù)狀態(tài)。同時，在大數(shù)據(jù)技術(shù)應用過程中，還要及時預測運輸設備故障問題，為運輸設備維修提供重要參考。