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

0 引言

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

1 鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)

運(yùn)維管理系統(tǒng)作為未來鐵路信號設(shè)備設(shè)施大數(shù)據(jù)平臺的組成部分，面向中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)、鐵路局集團(tuán)公司、電務(wù)段、車間(工區(qū))、設(shè)備廠商5 級應(yīng)用服務(wù)對象，具有車間(工區(qū))和設(shè)備廠商2 級數(shù)據(jù)采集入口。運(yùn)維管理系統(tǒng)的建設(shè)按照國鐵集團(tuán)對基礎(chǔ)設(shè)施綜合運(yùn)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(luò)連接，在車間(工區(qū))僅設(shè)置操作終端，在其他各級用戶處設(shè)置接口服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備和操作終端。根據(jù)國鐵集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作管理辦法規(guī)定，運(yùn)維管理系統(tǒng)部署在國鐵集團(tuán)數(shù)據(jù)中心。運(yùn)維管理系統(tǒng)對全路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備履歷、運(yùn)用狀態(tài)、檢修維修記錄、歷史故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯聚，通過統(tǒng)計(jì)分析，為各級應(yīng)用對象運(yùn)維管理業(yè)務(wù)提供支撐[1]。鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)總體架構(gòu)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(yùn)維管理系統(tǒng)采集的信息包括交驗(yàn)階段的設(shè)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(shè)備廠商實(shí)施的維護(hù)記錄，這類數(shù)據(jù)屬于非結(jié)構(gòu)化的原始數(shù)據(jù)，需要按照系統(tǒng)規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行錄入，形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。由設(shè)備廠商對歷史故障信息進(jìn)行統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)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(hù)終端采集的各處設(shè)備狀態(tài)信息通過鐵路安全生產(chǎn)網(wǎng)向運(yùn)維管理系統(tǒng)發(fā)送，經(jīng)過運(yùn)維管理系統(tǒng)對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取、重構(gòu)，形成新的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)后在數(shù)據(jù)庫存儲。

（2）數(shù)據(jù)存儲。運(yùn)維管理系統(tǒng)按功能劃分服務(wù)單元，剝離應(yīng)用服務(wù)與存儲，釋放數(shù)據(jù)庫能力。運(yùn)維管理系統(tǒng)將各類用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，打通信息渠道，實(shí)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(shù)搭建數(shù)據(jù)倉庫，保障計(jì)算能力、處理能力和訪問能力，數(shù)據(jù)庫的管理權(quán)限僅對設(shè)備廠商開放。數(shù)據(jù)存儲是運(yùn)維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，將海量數(shù)據(jù)進(jìn)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(yù)測分析、案例推理等分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)檢索，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)、維修決策、備品備件精細(xì)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(yùn)維管理單位提供輔助決策。對于差異化的信息內(nèi)容進(jìn)行分析可以借助分類法，按信息內(nèi)容的屬性進(jìn)行細(xì)分。對于存在交叉關(guān)系的信息數(shù)據(jù)可以借助關(guān)聯(lián)分析法，尋找數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)規(guī)律。

（4）運(yùn)維應(yīng)用層。根據(jù)各類用戶實(shí)際需求設(shè)計(jì)履歷管理、檢修計(jì)劃、維修決策、備品備件管理、權(quán)限管理等功能模塊，根據(jù)用戶需求進(jìn)行彈性配置。結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，提供設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量評價(jià)、設(shè)備缺陷分析、維修決策等功能。通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)對車站調(diào)車作業(yè)過程的監(jiān)控，將車站線路占用情況、調(diào)車機(jī)實(shí)時(shí)位置、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行情況等信息進(jìn)行匯聚，為規(guī)范調(diào)車作業(yè)過程、優(yōu)化調(diào)車作業(yè)計(jì)劃編制、合理運(yùn)輸資源配置等業(yè)務(wù)需求提供支撐。經(jīng)過對運(yùn)維系統(tǒng)信息的匯聚與共享，破解設(shè)備運(yùn)用單位維護(hù)單位信息不對稱問題，逐步從設(shè)備故障修過渡到預(yù)防性狀態(tài)修，提高車站調(diào)車作業(yè)技術(shù)設(shè)備能力利用和運(yùn)維水平，多方位保障車站調(diào)車作業(yè)安全，提升車站調(diào)車作業(yè)效率。

（5）信息安全保障。國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、電務(wù)段、車間(工區(qū))利用鐵路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)連接，運(yùn)維管理系統(tǒng)部署在國鐵集團(tuán)數(shù)據(jù)中心。運(yùn)維管理系統(tǒng)嚴(yán)格遵守國鐵集團(tuán)信息化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)安全有關(guān)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(jī)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)測評。設(shè)備廠商通過互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過國鐵集團(tuán)外部服務(wù)網(wǎng)訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)。運(yùn)維管理系統(tǒng)采用安全數(shù)據(jù)擺渡、強(qiáng)制訪問控制、邊界隔離、安全審計(jì)、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(yùn)維管理系統(tǒng)服務(wù)穩(wěn)定。

1.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在設(shè)備交付驗(yàn)收、日常檢修、返廠維修等各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)更新設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。對于設(shè)備運(yùn)用管理單位，通過現(xiàn)場維護(hù)終端對設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置設(shè)備故障，避免設(shè)備停用，確保車站調(diào)車作業(yè)過程受到安全防護(hù)。運(yùn)維管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)用情況形成設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量評價(jià)報(bào)告，為優(yōu)化設(shè)備管理、分類施策提供數(shù)據(jù)支撐。對于設(shè)備維護(hù)管理單位，通過對歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，編制有針對性的設(shè)備檢修計(jì)劃，在維修過程中重用故障處理方案，提高設(shè)備維護(hù)效率。對于設(shè)備廠商，根據(jù)故障記錄和設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量評價(jià)報(bào)告制定升級方案，持續(xù)改進(jìn)車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備[2]。鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程示意圖如圖2 所示。

2 鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

構(gòu)建鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)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(shè)備的測試數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)更新、存儲運(yùn)維數(shù)據(jù)，滿足各級用戶對運(yùn)維管理的服務(wù)需求。運(yùn)維管理系統(tǒng)具備狀態(tài)監(jiān)測、履歷管理、故障記錄、報(bào)表管理等功能，可以根據(jù)實(shí)際彈性擴(kuò)展功能模塊[3]。鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)功能圖如圖3 所示。

圖2 鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)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(yùn)維管理系統(tǒng)通過維修終端采集設(shè)備狀態(tài)信息(包括設(shè)備配屬地信息、設(shè)備參數(shù)、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃等)，各級用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的訪問權(quán)限，可以查詢管內(nèi)任意設(shè)備的狀態(tài)信息及車站調(diào)車作業(yè)組織情況(包括安全防護(hù)設(shè)備自檢狀態(tài)、車站線路空閑情況、調(diào)車計(jì)劃執(zhí)行情況、調(diào)機(jī)位置等)。實(shí)現(xiàn)用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測、查詢管內(nèi)設(shè)備的運(yùn)用情況及車站調(diào)車作業(yè)過程，并可通過事件回放查看歷史調(diào)車作業(yè)計(jì)劃、機(jī)車走行路徑、車站線路占用情況等。為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)用提供保證，為車站調(diào)車作業(yè)安全提供支撐[4]。

圖3 鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)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(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)用過程中，如發(fā)生設(shè)備故障，運(yùn)維管理系統(tǒng)會向設(shè)備運(yùn)維管理單位提示故障報(bào)警信息并在設(shè)備拓?fù)鋱D上標(biāo)識出故障設(shè)備或故障通信鏈路。提示運(yùn)用單位及時(shí)登記停用并加強(qiáng)車務(wù)-機(jī)務(wù)聯(lián)控，防止調(diào)車作業(yè)事故發(fā)生，并提示維護(hù)單位及時(shí)處置，盡快恢復(fù)設(shè)備。若車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備仍正常工作但設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，如通信電臺信噪比超標(biāo)、室外應(yīng)答器出現(xiàn)報(bào)文漏報(bào)等情況，系統(tǒng)將向維護(hù)單位提示故障預(yù)警信息，提示維護(hù)管理單位及時(shí)安排設(shè)備檢修，避免設(shè)備狀態(tài)惡化故障發(fā)生導(dǎo)致設(shè)備停用。運(yùn)維管理系統(tǒng)會根據(jù)車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備的重要程度和故障緊迫性實(shí)行分級預(yù)警或報(bào)警，并根據(jù)故障的影響范圍決定預(yù)警或報(bào)警信息推送至哪一級管理單位。運(yùn)維管理系統(tǒng)會將故障設(shè)備、故障時(shí)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(shè)備缺陷分析和日后維修決策提供基礎(chǔ)[5]。

2.2 履歷管理

根據(jù)車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備的功能單元?jiǎng)澐郑⑷疯F路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備電子檔案，對其相關(guān)的專用板件、通用設(shè)備及通信鏈路運(yùn)用情況建立包括出廠信息、配屬情況、維修記錄等的設(shè)備檔案，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精細(xì)化的管理。為車間、工區(qū)配備標(biāo)簽打印機(jī)，在設(shè)備交驗(yàn)環(huán)節(jié)為其制作條形碼，包括交付日期、配屬場站(配屬機(jī)車)、對應(yīng)整機(jī)編號、設(shè)備自身編號等內(nèi)容[6]。

設(shè)備從交付驗(yàn)收到更新改造的所有信息構(gòu)成設(shè)備全生命周期的履歷信息。維護(hù)管理單位和設(shè)備廠商可據(jù)此實(shí)現(xiàn)設(shè)備履歷查詢、設(shè)備調(diào)撥、質(zhì)量源頭追溯，為設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量評價(jià)分析和設(shè)備缺陷分析等提供基礎(chǔ)和支撐。設(shè)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(shè)備全生命周期履歷管理流程圖Fig.4 Equipment life cycle management process

運(yùn)維管理系統(tǒng)根據(jù)故障記錄功能提供維修決策服務(wù)以提高維修效率，保證車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備對調(diào)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(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的一部分。維護(hù)人員從4 個(gè)方面對故障進(jìn)行描述：設(shè)備運(yùn)用環(huán)境、故障現(xiàn)象、外部影響、故障影響范圍。運(yùn)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(jìn)行表示[7]。運(yùn)維管理系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)庫中的案例進(jìn)行檢索將當(dāng)前故障與數(shù)據(jù)庫中的案例進(jìn)行匹配，為當(dāng)前故障提供維修決策，并將故障處理效果反饋運(yùn)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(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備維護(hù)效率，將大幅提升其可用性和可維護(hù)性，提高車站調(diào)車作業(yè)安全“物防”設(shè)備能力利用，降低車站調(diào)車作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 報(bào)表管理

運(yùn)維管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)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(shí)際需求按時(shí)間、類別、配屬地(機(jī)車號)等條件對管內(nèi)設(shè)備進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)提供圖表、報(bào)告等多種形式的查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果。運(yùn)維管理系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求提供設(shè)備能力利用分析、設(shè)備缺陷分析、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行統(tǒng)計(jì)、調(diào)車作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告、調(diào)車作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度分析等報(bào)表供各類用戶直接使用或?yàn)槠渌\(yùn)輸組織業(yè)務(wù)提供支撐。表單格式可由用戶結(jié)合設(shè)備管理辦法要求設(shè)計(jì)，降低運(yùn)維管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備運(yùn)維效率[8]。

3 結(jié)束語

隨著全路加強(qiáng)車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)力度的不斷加大，已經(jīng)基本構(gòu)建鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)“人防、物防、技防”三位一體的保障體系，但需要進(jìn)一步推進(jìn)運(yùn)維管理的集中化、平臺化、信息化和智能化的實(shí)施，進(jìn)一步加強(qiáng)車站調(diào)車作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管控。鐵路車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)有助于利用信息化平臺實(shí)現(xiàn)知識共享，通過深度挖掘?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量趨勢分析，結(jié)合人工智能算法實(shí)現(xiàn)維修知識的重用[9]，實(shí)現(xiàn)車站調(diào)車作業(yè)安全防護(hù)的全生命周期設(shè)備管理。另外，在推動(dòng)鐵路車站調(diào)車作業(yè)設(shè)備精細(xì)化管理過程中，應(yīng)將設(shè)備運(yùn)維管理和改進(jìn)優(yōu)化有機(jī)結(jié)合起來形成閉環(huán)，提升故障預(yù)警、運(yùn)用評價(jià)、質(zhì)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(chǔ)設(shè)施綜合運(yùn)維一體化新模式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)備能力利用率的綜合提升[10]。