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)控車原理和主要功能

1.1 控車原理

STP系統(tǒng)是用于鐵路調(diào)車作業(yè)的輔助安全防護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見圖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)，獲取站場表示信息；車載主機(jī)接收LKJ數(shù)據(jù)，獲取機(jī)車速度、手柄方向、公里標(biāo)等信息。STP系統(tǒng)控車關(guān)鍵在于準(zhǔn)確定位調(diào)機(jī)/車列實(shí)時位置，軟件算法中同時基于2條主要追蹤途徑并相輔相成，共同確定調(diào)機(jī)/車列實(shí)時位置［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)/車列走行，前方的軌道電路區(qū)段會依次占用，后方的軌道電路區(qū)段會依次出清，可初步確定調(diào)機(jī)/車列所在區(qū)段大致位置，無法準(zhǔn)確判斷調(diào)機(jī)/車列在區(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)/車列位置。在STP系統(tǒng)建設(shè)初期，現(xiàn)場所有區(qū)段的距離均已提前測量完畢，所有應(yīng)答器的安裝位置均為已知。調(diào)機(jī)/車列經(jīng)過某一特定編號的應(yīng)答器后，車載相關(guān)設(shè)備識別并判斷此應(yīng)答器具體位置，也即此刻調(diào)機(jī)/車列具體位置。隨后結(jié)合LKJ公里標(biāo)信息，實(shí)時計(jì)算調(diào)機(jī)/車列相對此應(yīng)答器的走行距離，即可實(shí)時定位調(diào)機(jī)/車列具體位置。

基于以上2點(diǎn)，并結(jié)合獲取的站場表示信息，在排除調(diào)機(jī)輪對空轉(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)時給出調(diào)機(jī)/車列前方信號機(jī)名稱、距離、燈顯、限速等信息，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控調(diào)車作業(yè)安全的功能。

1.2 主要功能

STP系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對調(diào)機(jī)/車列前方關(guān)閉信號機(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)控車原理可知，區(qū)段距離誤差、應(yīng)答器質(zhì)量、車載應(yīng)答定位器單元、無線電通信質(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)采用的無源應(yīng)答器，沒有任何線纜與其相連，其狀態(tài)無法通過有線傳輸獲取。傳統(tǒng)的維護(hù)方式只能使用應(yīng)答器讀寫器定期上道現(xiàn)場檢查，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)答器讀寫器和車載應(yīng)答定位器單元在硬件等方面的差異，存在應(yīng)答器讀寫器讀取正常但應(yīng)答定位器單元無法正常讀取的情況。此外，對于站場內(nèi)牽出線等處應(yīng)答器，調(diào)機(jī)/車列正常經(jīng)過時僅有板卡指示燈提示，無法及時判斷此應(yīng)答器狀態(tài)。因此，現(xiàn)場應(yīng)答器類故障往往都是已經(jīng)影響STP系統(tǒng)使用時，由乘務(wù)員報(bào)故障才能發(fā)現(xiàn)，對運(yùn)維來說非常被動。

區(qū)段距離應(yīng)該在建設(shè)初期保證測量的準(zhǔn)確性［5］，但由于人為測量誤差的存在，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，通過技術(shù)手段協(xié)助確認(rèn)區(qū)段距離的準(zhǔn)確性。

無線電通信質(zhì)量將直接影響STP系統(tǒng)車地設(shè)備間信息的實(shí)時交互。無線電通信中斷超過一定時間，STP系統(tǒng)將直接退網(wǎng)處理，失去對調(diào)車作業(yè)的監(jiān)控作用。此外，無線類故障往往具有偶發(fā)性，且可能和地面電臺/天線/饋線、車載電臺/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)，極難通過常規(guī)手段排查處理［6］。因此，在保證無線電通信質(zhì)量的同時，還要在通信質(zhì)量趨于惡化前及時發(fā)現(xiàn)并處理，才不至于影響STP系統(tǒng)正常運(yùn)行，對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)存儲與分析現(xiàn)狀

3.1 數(shù)據(jù)存儲現(xiàn)狀

STP系統(tǒng)電務(wù)維護(hù)終端主要用于存儲運(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)車回執(zhí)數(shù)據(jù)、車務(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，正常可以存儲不少于3個月的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。待內(nèi)存余量低于一定數(shù)值后，系統(tǒng)會自動清理最早的舊數(shù)據(jù)以騰出空間繼續(xù)存儲新數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)分析現(xiàn)狀

目前，STP系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析一般用于對已發(fā)生故障的原因查找，如對調(diào)機(jī)卸載/緊急制動、過應(yīng)答器無反應(yīng)、無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)場軟件，以及維護(hù)人員使用的專用電腦軟件。對于簡單故障，通過現(xiàn)場軟件的回放、檢索等功能即可分析確定；對于復(fù)雜故障，需要通過專用電腦軟件分析。二者功能類似，各有利弊，但后者具備更加豐富的個性化檢索功能，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)專用電腦軟件，對某站30 d的存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索分析，軟件自動繪制出調(diào)機(jī)/車列在這段時間內(nèi)的所有走行線路［8］，見圖2中紅線部分。通過區(qū)段距離誤差檢索功能，即可統(tǒng)計(jì)出調(diào)機(jī)/車列經(jīng)過某一區(qū)段的具體時間、每次誤差值等相關(guān)信息。其中：誤差類型（出清）-計(jì)算長度為上一區(qū)段出清到本區(qū)段出清對應(yīng)LKJ公里標(biāo)的差值；誤差類型（占用）-計(jì)算長度為本區(qū)段占用到下一區(qū)段占用對應(yīng)LKJ公里標(biāo)的差值（見圖3）。

圖2 調(diào)機(jī)/車列走行線路圖

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6/12/16DG一次。軟件計(jì)算出3個“出清誤差”、3個“占用誤差”，且均與測量值（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，通過誤差值的分布特征，如誤差值變動較大且有正值和負(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)/車列走行線路圖，不難得出調(diào)機(jī)30 d內(nèi)經(jīng)過2～14號應(yīng)答器，僅1號應(yīng)答器未經(jīng)過，故應(yīng)該可以檢索到2～14號應(yīng)答器記錄。14號應(yīng)答器檢索記錄見圖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，需要及時現(xiàn)場檢修確認(rèn)。

圖4 應(yīng)答器記錄

此外，有一種應(yīng)答器類故障常見但卻很難處理，即應(yīng)答器性能下降，表現(xiàn)為偶爾作用不良，但大多數(shù)時候作用正常。如圖2中安裝在17/19G上的14號應(yīng)答器，數(shù)據(jù)中一般配置為：上行方向經(jīng)過時申請入網(wǎng)，下行方向經(jīng)過時也為申請入網(wǎng)。其主要作用在于調(diào)機(jī)異常退網(wǎng)后，可以及時通過此應(yīng)答器自動入網(wǎng)，并且可以校準(zhǔn)由于輪對空轉(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法及時被發(fā)現(xiàn)。對此，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問題。

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

4.3 無線電通信質(zhì)量分析

STP系統(tǒng)車地設(shè)備間通過數(shù)傳電臺通信。正常情況下，電務(wù)維護(hù)終端每秒會記錄1～2條機(jī)車回執(zhí)信息，通過檢索機(jī)車回執(zhí)信息的超時間隔，即可排查出可疑的無線電通信不良狀況（見圖5）。

圖5 回執(zhí)超時與信號干擾記錄

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

基于對電務(wù)維護(hù)終端存儲數(shù)據(jù)的長期統(tǒng)計(jì)分析，可得出無線通信質(zhì)量惡化的程度和趨勢以及無線通信超時的時間、地點(diǎn)特征等。再結(jié)合現(xiàn)場地形、對應(yīng)時間點(diǎn)、天氣或有無其他列車在附近通過等相關(guān)因素，即可較為準(zhǔn)確判斷是否和地形遮擋、天氣變化、甚至其他列車無線設(shè)備干擾等因素相關(guān)，可提前發(fā)現(xiàn)并及時處理無線通信相關(guān)問題，在保障STP系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時也增加了運(yùn)維的主動性。

4.4 車載設(shè)備狀態(tài)分析

電務(wù)維護(hù)終端記錄的機(jī)車回執(zhí)信息中包括但不限于車載軟件版本、開機(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)、手動定位記錄、作業(yè)單接收情況等。通過對相關(guān)事件的檢索分析，即可排查出異常，以便有針對性地進(jìn)行車載設(shè)備的檢修。如常見的過應(yīng)答器無法自動入網(wǎng)故障，通過檢索排除是否存在應(yīng)答定位器模塊與車載主機(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)柜通過串口、網(wǎng)口、雙口RAM等接口進(jìn)行內(nèi)外部信息交互。通過檢索各通信接口數(shù)據(jù)狀態(tài)（見圖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板卡與車務(wù)終端通信。檢索發(fā)現(xiàn)A/B機(jī)COM2口通信超時，說明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)站場表示信息來源于計(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)場實(shí)踐中，通過對STP系統(tǒng)記錄的卸載/緊急制動分析，曾發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)信號機(jī)異常關(guān)閉/發(fā)送空數(shù)據(jù)包/發(fā)送數(shù)據(jù)延時過

長、LKJ手柄方向采集錯誤等不易察覺的問題，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)的存儲數(shù)據(jù)卻具有更大的挖掘利用價值。STP系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、LKJ、現(xiàn)車管理系統(tǒng)等均有數(shù)據(jù)交互；乘務(wù)員、值班員、調(diào)車員相關(guān)作業(yè)操作均在STP系統(tǒng)留有記錄；進(jìn)路開放時機(jī)、調(diào)機(jī)作業(yè)區(qū)域、調(diào)車作業(yè)數(shù)量、調(diào)機(jī)作業(yè)速度、平調(diào)信號等均可查詢。因此，STP系統(tǒng)是唯一可以多方位、多要素、多過程感知現(xiàn)場作業(yè)場景的系統(tǒng)。通過對STP系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的深入分析，可為現(xiàn)場運(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)存儲數(shù)據(jù)繪制調(diào)機(jī)某一作業(yè)過程的限速（速度）-時間曲線（見圖7），由圖可知，在第90 s時的一次停車操作影響了運(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）-時間曲線圖

5 結(jié)束語

當(dāng)前，不僅STP系統(tǒng)，大多數(shù)鐵路信號設(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、故障感知預(yù)警等事前分析，造成日常巡檢維護(hù)耗時耗力但卻缺乏有效針對性，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)，為有針對性地高效檢修提供了可靠依據(jù)，并同時減少了故障發(fā)生次數(shù)，也為未來STP系統(tǒng)智能化分析軟件的開發(fā)提供了參考依據(jù)。