徐鵬，劉國(guó)躍，王浩然

(1. 國(guó)能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 檢測(cè)救援分公司，河北 肅寧 062350；2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 北京鐵科英邁技術(shù)有限公司，北京 100081；3. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081)

0 引言

重載鐵路具有發(fā)車密度大和大重量負(fù)載的特點(diǎn)，導(dǎo)致線路基礎(chǔ)設(shè)施故障易發(fā)，這就對(duì)線路的安全檢測(cè)和維護(hù)提出了更高的要求[1]。采用專業(yè)檢測(cè)設(shè)備對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)并充分利用檢測(cè)數(shù)據(jù)掌握設(shè)備狀態(tài)和變化趨勢(shì)，是鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測(cè)技術(shù)向數(shù)字化、全息化、智能化方向發(fā)展的必然趨勢(shì)[2-4]。隨著綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)的不斷積累，數(shù)據(jù)體量日益增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析運(yùn)用，更大限度挖掘數(shù)據(jù)綜合價(jià)值的需求愈發(fā)迫切。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析來看，重載鐵路綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和綜合運(yùn)用主要存在以下問題：①各類檢測(cè)設(shè)備都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)展示與應(yīng)用管理系統(tǒng)，但都相對(duì)分散，缺乏綜合管理和運(yùn)用的手段和軟件工具；②不同專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)之間相互孤立，數(shù)據(jù)文件格式不統(tǒng)一，檢索規(guī)范不統(tǒng)一，不同專業(yè)數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)分析運(yùn)用存在壁壘，難以達(dá)到多專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)互相補(bǔ)充、關(guān)聯(lián)應(yīng)用的目的[5-6]；③不同專業(yè)的檢測(cè)數(shù)據(jù)之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)運(yùn)用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景不清晰，如何通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)運(yùn)用更加充分地挖掘檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合價(jià)值亟待深入研究[7-8]。

因此，為了滿足多源檢測(cè)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)對(duì)比及融合分析等需求[9-11]，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合價(jià)值挖掘、降低數(shù)據(jù)分析成本、提高數(shù)據(jù)分析效率的目標(biāo)，研究多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析方法，探索多專業(yè)融合應(yīng)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)開發(fā)了重載鐵路多源檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合管理及分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理和綜合分析。

1 系統(tǒng)功能

面向重載鐵路多專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合管理、展示與應(yīng)用需求，研究各類綜合檢測(cè)專業(yè)數(shù)據(jù)治理清洗方法，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)范存儲(chǔ)、歸集管理與目錄歸檔，形成數(shù)據(jù)資源全景圖；構(gòu)建多源檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)，并以時(shí)間、空間坐標(biāo)為索引，搭建檢測(cè)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)臺(tái)賬數(shù)據(jù)、行車數(shù)據(jù)的綜合展示平臺(tái)，統(tǒng)合各專業(yè)分析報(bào)表，形成綜合分析報(bào)告；挖掘檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景，按典型場(chǎng)景定制系統(tǒng)應(yīng)用模塊，為數(shù)據(jù)綜合管理與應(yīng)用提供工具支撐。

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)包括軌道幾何參數(shù)、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、軌道設(shè)備外觀巡檢、接觸網(wǎng)設(shè)備外觀巡檢等多種設(shè)備。目前各檢測(cè)系統(tǒng)工作業(yè)務(wù)流程相對(duì)獨(dú)立，涵蓋了檢測(cè)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)、偏差數(shù)據(jù)生成、檢測(cè)結(jié)果報(bào)告發(fā)布等功能。為實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以單系統(tǒng)生成的原始檢測(cè)數(shù)據(jù)文件治理為分析對(duì)象，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)管理、解析、展示、關(guān)聯(lián)和導(dǎo)出的全業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合展示與應(yīng)用，具體功能設(shè)計(jì)如下。

（1）數(shù)據(jù)管理。掃描檢測(cè)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)路徑、文件名、頭文件等關(guān)鍵信息，提取關(guān)鍵屬性作為文件索引；建立數(shù)據(jù)資源目錄，對(duì)外提供文件關(guān)鍵屬性索引，為檢測(cè)數(shù)據(jù)文件規(guī)范化管理與數(shù)據(jù)共享提供基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)解析。統(tǒng)合檢測(cè)數(shù)據(jù)解析方式，形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)讀取、存儲(chǔ)中間件，由檢測(cè)數(shù)據(jù)文件解析模塊管理各類數(shù)據(jù)文件的讀取與存儲(chǔ)接口，降低檢測(cè)文件數(shù)據(jù)格式與上層應(yīng)用的耦合度，便于后期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的調(diào)整與上層應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展。

（3）數(shù)據(jù)展示。抽象各類檢測(cè)數(shù)據(jù)的展示模式，形成針對(duì)不同模式的展示基礎(chǔ)模塊，便于后續(xù)展示基礎(chǔ)模塊的維護(hù)與擴(kuò)展；組合、調(diào)用展示基礎(chǔ)模塊，附加各自業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用，形成適用于各種應(yīng)用場(chǎng)景的業(yè)務(wù)展示。

（4）數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。利用數(shù)據(jù)定位索引，串聯(lián)各類檢測(cè)數(shù)據(jù)文件，建立基于一個(gè)空間、時(shí)間坐標(biāo)系下各類檢測(cè)數(shù)據(jù)文件的關(guān)聯(lián)展示體系；關(guān)聯(lián)外部運(yùn)行信息、臺(tái)賬信息以及其他信息，通過關(guān)聯(lián)展示體系進(jìn)行統(tǒng)一展示。

（5）數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)管理與解析的基礎(chǔ)上，依據(jù)用戶需求，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行切割，導(dǎo)出分段數(shù)據(jù)文件；利用檢測(cè)結(jié)果與檢測(cè)文件，生成檢測(cè)報(bào)告與記錄；提供對(duì)外數(shù)據(jù)資源列表，為外部系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口服務(wù)。

2 系統(tǒng)功能和技術(shù)架構(gòu)

2.1 功能架構(gòu)

重載鐵路多源檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合管理及分析系統(tǒng)以服務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的高效、綜合運(yùn)用為目標(biāo)，以綜合檢測(cè)車載系統(tǒng)獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)為輸入對(duì)象，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)歸集、信息交互、集中存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)展示和關(guān)聯(lián)運(yùn)用等核心功能模塊。系統(tǒng)總體架構(gòu)搭建采用組件化設(shè)計(jì)模式構(gòu)建。其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture

（1）數(shù)據(jù)歸集模塊。綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)主要來源于綜合檢測(cè)車以及各類專業(yè)檢測(cè)車等檢測(cè)設(shè)備。車載檢測(cè)系統(tǒng)包含了軌道幾何參數(shù)、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、軌道巡檢圖像、線路環(huán)境視頻、車輛加速度振動(dòng)響應(yīng)、線路限界等檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)數(shù)據(jù)生成過程中與檢測(cè)線路、里程、檢測(cè)時(shí)間等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綁定。各檢測(cè)系統(tǒng)按照自身文件格式定義存儲(chǔ)成檢測(cè)數(shù)據(jù)文件。同時(shí)在檢測(cè)車安裝部署數(shù)據(jù)歸集系統(tǒng)，在檢測(cè)過程中將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)歸集到固定的車載服務(wù)器并通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)存儲(chǔ)到地面。

（2）信息交互模塊。信息交互模塊為全車檢測(cè)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的時(shí)間、里程等綜合性系統(tǒng)信息。該模塊將檢測(cè)數(shù)據(jù)和線路典型臺(tái)賬信息融合，包括曲線直緩點(diǎn)與緩直點(diǎn)、隧道進(jìn)口和出口、接觸網(wǎng)支柱、橋梁等區(qū)段位置，便于檢測(cè)數(shù)據(jù)后期的融合管理運(yùn)用。

（3）集中存儲(chǔ)模塊。集中存儲(chǔ)模塊用于檢測(cè)數(shù)據(jù)文件的歸類管理和數(shù)據(jù)資源目錄整理。集中存儲(chǔ)單元支持磁盤動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，支持包括視頻、圖片、二進(jìn)制、文本、xml文件以及數(shù)據(jù)庫(kù)等多種數(shù)據(jù)格式。系統(tǒng)通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分類生成資源目錄。針對(duì)綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模大、產(chǎn)生速度快、數(shù)據(jù)多樣化等特點(diǎn)，集中存儲(chǔ)單元采用千兆網(wǎng)絡(luò)、固態(tài)磁盤等技術(shù)，支持外部多并發(fā)、高帶寬的數(shù)據(jù)訪問，滿足多源數(shù)據(jù)同步展示的高性能、低延時(shí)的運(yùn)用需求。

（4）數(shù)據(jù)展示模塊。數(shù)據(jù)展示模塊是綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)可視化的核心模塊，是檢測(cè)數(shù)據(jù)展示和分析的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)單元。根據(jù)數(shù)據(jù)類型的共性特點(diǎn)，將其分為波形類、圖像類、點(diǎn)云類、視頻類以及臺(tái)賬類、偏差類等多種數(shù)據(jù)，全面覆蓋了各專業(yè)檢測(cè)的主要數(shù)據(jù)模態(tài)內(nèi)容，能夠支持全專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合可視化展示。檢測(cè)數(shù)據(jù)可視化模型對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 檢測(cè)數(shù)據(jù)可視化模型對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Correspondence between visualization models of detection data

（5）關(guān)聯(lián)展示模塊。關(guān)聯(lián)展示模塊是實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合分析的主要模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的時(shí)空同步、融合展示、協(xié)同分析、關(guān)聯(lián)展示、歷史對(duì)比分析等功能。綜合檢測(cè)專業(yè)關(guān)聯(lián)體系分為空間關(guān)聯(lián)和時(shí)間關(guān)聯(lián)兩種，前者基于里程定位系統(tǒng)建立統(tǒng)一的里程空間坐標(biāo)體系，后者基于時(shí)間同步系統(tǒng)建立統(tǒng)一的采樣點(diǎn)時(shí)間坐標(biāo)體系。用戶可以根據(jù)不同檢測(cè)專業(yè)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)自主選擇按照空間進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，也可以按照時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。通過統(tǒng)一關(guān)聯(lián)坐標(biāo)體系，系統(tǒng)具有良好的適用性和擴(kuò)展能力，用戶可以自定義任意需要關(guān)聯(lián)的檢測(cè)專業(yè)，輔助檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，提高缺陷判別效率。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

為確保數(shù)據(jù)訪問的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)采用C/S架構(gòu)和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)支持各類檢測(cè)專業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件和任意歷史數(shù)據(jù)文件的高性能讀寫，充分考慮了多源數(shù)據(jù)同步讀寫和融合展示性能要求，采用了分片緩存、分層繪制等計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，具有展示流暢、數(shù)據(jù)調(diào)閱高效、便利等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)包括以下3個(gè)方面。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.2 System technology architecture

（1）數(shù)據(jù)管理技術(shù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要解決不同檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)的格式規(guī)范化管理問題，同時(shí)要兼顧數(shù)據(jù)導(dǎo)入便利性。在具體實(shí)現(xiàn)上，通過建立檢測(cè)文件資源管理目錄，并重新定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、校驗(yàn)和檢索規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)入庫(kù)后的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)任務(wù)目錄的建立以文件的基礎(chǔ)任務(wù)信息為索引，通過檢測(cè)時(shí)間、線路名稱、里程區(qū)段的標(biāo)識(shí)進(jìn)行自動(dòng)分組對(duì)齊，并建立共享的哈希表確保數(shù)據(jù)檢索效率。在檢測(cè)數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入過程中，系統(tǒng)可同步將檢測(cè)過程中生成的線路設(shè)備偏差信息解析入庫(kù)，并建立文件和數(shù)據(jù)信息之間的關(guān)聯(lián)索引，確保用戶可直接調(diào)閱、瀏覽文件和檢測(cè)結(jié)果，并快速生成檢測(cè)報(bào)表。

（2）數(shù)據(jù)展示技術(shù)。構(gòu)建面向業(yè)務(wù)需求的多專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及高效綜合分析的UI系統(tǒng)是數(shù)據(jù)展示模塊要解決的關(guān)鍵問題。在數(shù)據(jù)展示組件的設(shè)計(jì)上，通過分析不同檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式及線路設(shè)備數(shù)據(jù)，通過定制化組件實(shí)現(xiàn)對(duì)多源數(shù)據(jù)的兼容展示。系統(tǒng)組件設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)共同屬性定義基類和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互接口，采用子類繼承的設(shè)計(jì)方法兼容不同專業(yè)差異特征。基于上述組件化架構(gòu)，采用展示組件靈活組合的模式支撐綜合關(guān)聯(lián)展示需求的多樣性。系統(tǒng)可支持同專業(yè)不同系統(tǒng)、不同專業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用分析?？芍С值牡湫瓦\(yùn)用模式包括接觸網(wǎng)幾何和巡檢關(guān)聯(lián)、軌道幾何和巡檢關(guān)聯(lián)、幾何參數(shù)的歷史對(duì)比、線路限界點(diǎn)云和視頻關(guān)聯(lián)、軌道幾何和鋼軌廓形關(guān)聯(lián)等。系統(tǒng)還支持展示布局管理，能夠靈活配置專業(yè)類型、窗口位置、布局名稱等。

（3）線路臺(tái)賬和檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)和線路設(shè)備臺(tái)賬的關(guān)聯(lián)運(yùn)用是進(jìn)一步發(fā)揮檢測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)線路運(yùn)維的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了基于特征點(diǎn)配準(zhǔn)以及基于機(jī)器視覺識(shí)別的兩種關(guān)聯(lián)方法。基于特征點(diǎn)配準(zhǔn)的方法主要應(yīng)用于波形類數(shù)據(jù)和線路特殊區(qū)段的配準(zhǔn)，通過識(shí)別波形上顯著特征來標(biāo)識(shí)其對(duì)應(yīng)的道岔、曲線、接觸線錨段等特殊部位?；跈C(jī)器視覺的關(guān)聯(lián)方法則通過識(shí)別視頻類數(shù)據(jù)中的典型目標(biāo)特征，如應(yīng)答器、接觸網(wǎng)支柱、軌旁設(shè)備等，為檢測(cè)數(shù)據(jù)和線路臺(tái)賬的精確關(guān)聯(lián)提供精確參考。

2.3 模塊集成設(shè)計(jì)

模塊集成設(shè)計(jì)如圖3所示。在用戶發(fā)起綜合展示請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)依據(jù)用戶選擇的檢測(cè)數(shù)據(jù)文件，調(diào)用文件解析工具解析非結(jié)構(gòu)化檢測(cè)文件數(shù)據(jù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)工具讀取結(jié)構(gòu)化檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，并利用檢測(cè)數(shù)據(jù)管理模塊形成文件數(shù)據(jù)流和查詢結(jié)果流，傳遞給數(shù)據(jù)綜合展示相對(duì)應(yīng)的展示模塊進(jìn)行繪圖，實(shí)現(xiàn)用戶查看多種檢測(cè)數(shù)據(jù)的需求。

圖3 模塊集成設(shè)計(jì)Fig.3 Module integration design

2.4 流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在使用流程上提出了簡(jiǎn)單化、人性化、智能化目標(biāo)。多源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)不同于單一的檢測(cè)專業(yè)管理系統(tǒng)，具有集成性、復(fù)雜性、多樣性等數(shù)據(jù)和操作特點(diǎn)，必須設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)展示流程，簡(jiǎn)化用戶操作，提高系統(tǒng)的實(shí)用性，數(shù)據(jù)展示流程如圖4所示。為了讓用戶能夠便捷地使用本軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查看，系統(tǒng)提供多種自動(dòng)匹配與預(yù)處理功能。在瀏覽檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，用戶點(diǎn)擊文件管理或者點(diǎn)擊最近打開數(shù)據(jù)的快捷方式，系統(tǒng)通過檢測(cè)任務(wù)、專業(yè)選擇等篩選樹，快速引導(dǎo)用戶選擇期望查看的檢測(cè)數(shù)據(jù)，在選擇檢測(cè)數(shù)據(jù)后，軟件根據(jù)所選的數(shù)據(jù)類型自動(dòng)匹配適合的展示樣式，同時(shí)軟件可以根據(jù)用戶選擇的不同種類數(shù)據(jù)，匹配預(yù)設(shè)的顯示模式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

3 多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法

多源數(shù)據(jù)時(shí)空關(guān)聯(lián)的主要任務(wù)是確定不同檢測(cè)數(shù)據(jù)中表征同一線路設(shè)備或線路物理空間狀態(tài)的具體參數(shù)段。在綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生過程中，由于各檢測(cè)系統(tǒng)工作流程相對(duì)孤立，各系統(tǒng)對(duì)同步信號(hào)、線路設(shè)備臺(tái)賬特征信息變化的處理方式不一致，會(huì)造成基于里程單一特征信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)檢索時(shí)出現(xiàn)大幅偏差。基于此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套校準(zhǔn)機(jī)制，構(gòu)建多源檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確對(duì)齊。

（1）檢測(cè)文件分組歸檔。不同系統(tǒng)檢測(cè)文件的分組歸檔是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理的前提。以生成檢測(cè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)任務(wù)為關(guān)鍵索引，通過算法掃描識(shí)別各類檢測(cè)數(shù)據(jù)文件的檢測(cè)線路、行別、里程增減、檢測(cè)時(shí)間、開始里程、結(jié)束里程等關(guān)鍵信息，然后通過對(duì)比校驗(yàn)根據(jù)相關(guān)性因子進(jìn)行歸類分組，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的初始同步。

（2）檢測(cè)數(shù)據(jù)元的時(shí)空對(duì)齊。在檢測(cè)文件分組歸檔完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解析文件中單個(gè)數(shù)據(jù)元的時(shí)空屬性信息，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)空基準(zhǔn)上的準(zhǔn)確對(duì)齊。多源檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)齊計(jì)算方法如圖5所示。通過分析數(shù)據(jù)區(qū)段特征并進(jìn)一步融合線路的臺(tái)賬數(shù)據(jù)分析特征點(diǎn)確定對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)位置，將不同檢測(cè)數(shù)據(jù)歸一到統(tǒng)一的線路設(shè)施空間坐標(biāo)系并進(jìn)行統(tǒng)一的展示輸出。在關(guān)聯(lián)對(duì)齊的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)某一數(shù)據(jù)文件自動(dòng)調(diào)出關(guān)聯(lián)專業(yè)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，為有效識(shí)別數(shù)據(jù)異常和缺陷、提高傷損確認(rèn)提供支撐。

圖5 多源檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)齊計(jì)算方法Fig.5 Method for aligning and associating multi-source detection data

（3）不同檢測(cè)任務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)齊。對(duì)不同檢測(cè)任務(wù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊，是研究線路設(shè)備病害設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律的前提條件。系統(tǒng)通過嵌入智能識(shí)別模塊，通過圖像配準(zhǔn)、曲線波形特征點(diǎn)匹配等算法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩次檢測(cè)任務(wù)數(shù)據(jù)的自動(dòng)對(duì)齊?；趫D像匹配不同檢測(cè)周期數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法如圖6所示。圖6左圖中檢測(cè)到扣件移位缺陷，通過圖像配準(zhǔn)計(jì)算自動(dòng)關(guān)聯(lián)了另一期檢測(cè)數(shù)據(jù)中同一軌枕位置的扣件并發(fā)現(xiàn)該缺陷已經(jīng)存在。通過跨期對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備病害的追溯管理。

圖6 基于圖像匹配不同檢測(cè)周期數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法Fig.6 Method for data correlation based on image matching across different detection cycles

4 系統(tǒng)應(yīng)用

服務(wù)于檢測(cè)數(shù)據(jù)分析和管理現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)部署在朔黃鐵路(神池南—黃驊港)綜合檢測(cè)中心開展試運(yùn)用。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)典型業(yè)務(wù)要求，設(shè)計(jì)了波形類檢測(cè)數(shù)據(jù)和圖像類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、檢測(cè)數(shù)據(jù)跨周期對(duì)比分析、多專業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)比分析共3種典型應(yīng)用場(chǎng)景。

4.1 波形和圖像類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

波形類數(shù)據(jù)多用于表征軌道或者接觸網(wǎng)的幾何狀態(tài)變化，多為一種定量描述參數(shù)變量。圖像類數(shù)據(jù)則為觀察設(shè)備特征有無及外觀狀態(tài)好壞提供了直觀的可視化特征。以地磁磁通量信號(hào)狀態(tài)檢測(cè)為綜合分析對(duì)象，將磁通量強(qiáng)度探測(cè)傳感器與對(duì)應(yīng)的軌道巡檢圖像進(jìn)行同屏聯(lián)動(dòng)展示。根據(jù)磁通量信號(hào)波形異常點(diǎn)同步調(diào)閱對(duì)應(yīng)圖像，可在圖像中直接查看地磁設(shè)備，為分析異常信號(hào)產(chǎn)生原因提供依據(jù)。波形和圖像類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析界面如圖7所示。

圖7 波形和圖像類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析界面Fig.7 Interface for correlation analysis of waveform and image-type data

4.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)跨周期對(duì)比分析

分析同一段線路的不同時(shí)間的檢測(cè)數(shù)據(jù)是掌握線路狀態(tài)變化規(guī)律，把握病害發(fā)展趨勢(shì)的重要手段。系統(tǒng)提供了加載同一條線路兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析功能，通過關(guān)聯(lián)對(duì)齊后可通過精細(xì)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)參數(shù)量值的突變點(diǎn)，掌握設(shè)備狀態(tài)隨時(shí)間的發(fā)展變化情況。相同線路、不同次檢測(cè)數(shù)據(jù)跨周期對(duì)比分析界面如圖8所示。

圖8 檢測(cè)數(shù)據(jù)跨周期對(duì)比分析界面Fig.8 Interface for cross-cycle comparative analysis of detection data

4.3 多專業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)比分析

結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)來看，軌道幾何變化會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)接觸線高度產(chǎn)生一定的影響。因此對(duì)軌道幾何參數(shù)和接觸網(wǎng)幾何參數(shù)進(jìn)行融合分析，剔除軌道幾何對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)結(jié)果的干擾，有助于準(zhǔn)確判斷接觸網(wǎng)檢測(cè)結(jié)果發(fā)生變化的原因，針對(duì)具體問題對(duì)接觸網(wǎng)作業(yè)制定相應(yīng)的施工方案。多專業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)比分析界面如圖9所示。

圖9 多專業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對(duì)比分析界面Fig.9 Interface for correlation and comparative analysis of multidisciplinary data

5 結(jié)束語

以提升朔黃鐵路綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合管理與運(yùn)用效率為目標(biāo)，針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)數(shù)據(jù)相互孤立、關(guān)聯(lián)困難等問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了多專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合管理和運(yùn)用平臺(tái)。通過對(duì)多源檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)歸集、規(guī)范存儲(chǔ)、分類管理與解析，形成檢測(cè)數(shù)據(jù)資源全景圖，打破不同專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)的壁壘。通過融合檢測(cè)數(shù)據(jù)、行車信息和臺(tái)賬數(shù)據(jù)，以時(shí)間、空間坐標(biāo)索引構(gòu)建統(tǒng)一空間坐標(biāo)，搭建了檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)展示和融合分析框架，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)共享、綜合可視化、跨專業(yè)對(duì)比分析、歷史追溯分析等應(yīng)用功能。鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)已在朔黃鐵路投入運(yùn)用，顯著提升了檢測(cè)數(shù)據(jù)分析效率，為進(jìn)一步挖掘檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合利用價(jià)值，保障重載鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)的安全穩(wěn)定提供了技術(shù)支撐。