基礎設施檢測數據分析處理中心

■ 徐貴紅

隨著我國高速鐵路的陸續開通和多列綜合檢測列車的投入運行，為保障高速鐵路安全平穩高效運行并達到基礎設施經濟有效的養護維修目標，需要準確、全面、深入地處理檢測數據，建立了地面檢測數據分析處理中心。檢測數據分析處理中心（簡稱中心）是基礎設施運行狀態全方位檢查監控動態管理體系的重要組成部分（見圖1）。

1 中心系統構成

中心由車-地數據傳輸系統、地面數據存儲管理系統、數據分析診斷系統和展示系統組成（見圖2）。

車-地數據傳輸系統將檢測數據按緊急程度分級分類從檢測列車及時傳輸到地面數據中心，加快了對嚴重病害的響應速度。

地面數據存儲管理系統基于海量檢測數據的分級存儲管理和分布集成體系結構，利用數據預處理技術、數據倉庫數據組織技術，構建了滿足工務、弓網、電務等各專業的歷史檢測數據高效存儲管理平臺，在線存儲能力達到120 T，對檢測數據、相關設備的基礎信息和維修作業信息進行統一管理。

圖1 數據中心的作用示意圖

圖2 檢測數據中心系統構成

數據分析診斷系統是數據中心的核心應用系統，通過工務、弓網、通信和信號數據分析診斷系統，以及動力學仿真、數據挖掘等工具，利用基礎設施狀態評價方法及特征量提取方法、車輛/軌道耦合動力學仿真及弓網耦合模型仿真、車輛/軌道系統綜合安全評判方法、軌道不平順狀態預測方法等，實現基礎設施狀態的分析評價和變化趨勢預測，提出維修養護建議。

展示系統基于GIS，形象化顯示檢測列車運行的位置速度信息、基礎設施狀態和分析結果。

2 檢測數據管理和數據分析診斷系統

檢測數據管理系統以C/S模式，提供檢測數據入庫、備份、預處理和數據導入等功能。數據分析診斷系統實現日常分析和高級分析，主要包括大值管理閉環跟蹤管理、區段質量評價、單元質量分析等，以及利用仿真工具、數據挖掘和其他綜合分析方法進行的高級分析功能。日常分析功能以B/S模式支持網絡化訪問；高級分析為用戶提供后臺分析服務。軌道檢測數據管理和分析診斷系統的功能結構見圖3。

（1）檢測數據管理。進行檢測數據預處理和數據管理，功能界面見圖4。

（2）大值跟蹤管理。進行大值基本信息和處理狀態動態顯示、條件查詢、關聯查詢（見圖5）。包括大值反饋信息、處理建議、處理結果、作業效果等信息的鏈接，以及檢測波形、歷史偏差、設備臺賬等的關聯。

（3）偏差趨勢分析。對軌道幾何超限個數、晃車個數、公里扣分、優良率等軌道質量指標趨勢分析。可以以折線圖形式顯示線、段、車間、自定義區段等的統計匯總和變化趨勢。還可以使用紅黃綠指標抽象表征區段質量的各種統計指標，紅黃綠色塊代表小區段線路質量好壞程度，分析質量變化趨勢（見圖6）。

（4）重點區段識別和分析。利用偏差集中度圖識別統計全線歷史偏差重復出現集中程度（偏差集中度），用于發現病害多發區段（見圖7）。

圖3 軌道檢測數據管理和分析診斷系統功能結構

圖4 數據預處理計算界面

圖5 大值列表

圖6 公里扣分紅黃綠變化趨勢

（5）偏差高發區段的發展情況分析。利用偏差散點圖展現偏差的數據分布情況，分析偏差升級程度（見圖8）。橫坐標為檢測里程，縱坐標為偏差值與標準值差和標準值的比。

（6）基于G IS的可視化展示。基于GIS進行軌道狀態和大值查詢和展示（見圖9）。展示軌道狀態TQ I、公里扣分、優良率等的紅黃綠指標，對可能影響安全的大值信息、處理狀態進行展示和跟蹤管理。

3 檢測數據中心的應用

利用鐵道部辦公網，為鐵道部、各鐵路局、段提供軌道、弓網、電務檢測數據及數據分析服務，輔助各級維修管理單位發現設備質量問題、制定養護維修計劃和評估維修效果。支持日常檢測數據分析、定期檢測報告撰寫、聯調聯試數據分析、專項數據分析及相關科研項目的研究。

（1）日常檢測數據分析。通過網絡化訪問，為用戶提供日常檢測數據分析服務，包括數據偏差/病害管理、查詢、統計匯總、趨勢分析等。

（2）定期檢測報告撰寫。定期分析報告主要包括日報、月報、季度報和年報。日報主要對檢測過程中發現的大值病害進行重點分析，發現其產生原因并提出整改建議；月報是對基礎設施的質量狀態進行綜合分析，應用各種評判指標從不同角度進行分析和總結，同時大值病害進行跟蹤分析；季度報和年報分析狀態變化趨勢，對比同等級各線路的狀態特點，發現當前基礎設施質量狀態的主要問題。

（3）專項數據分析。對檢測中發現的各種典型問題或現場發現的特殊情況，應用各種分析方法和手段（如時頻分析、譜分析、仿真分析等），有針對性地進行綜合深入分析，形成專項分析報告（如百公里平均大值個數變化趨勢（見圖10）、路基沉降分析（見圖11）、動車組運行過程中特殊區段抖動分析、晃車原因分析（見圖12）等）。

圖7 某線路2010年3月2日—6月2日下行一級以上偏差集中度

圖8 某線路2010年3月2日—6月2日下行一級以上偏差散點圖

圖9 全部線路狀態顯示

（4）聯調聯試和綜合試驗。聯調聯試過程中，利用軌檢車、接觸網檢測車、電務試驗車及綜合檢測列車獲取了大量的軌道、弓網、電務等基礎設施狀態檢測數據，通過對這些數據的及時診斷和分析，為現場聯調聯試過程中設備的養護維修提供了重要依據。

4 結論

檢測數據分析處理中心首次建立了我國高速鐵路基礎設施檢測數據統一高效管理的數據平臺和數據分析診斷智能化平臺，實現了高速鐵路基礎設施的狀態評價、趨勢分析與預測、輔助維修決策等功能，并已在全路提速干線和高速鐵路日常檢測中發揮重要作用。依據高速鐵路“重檢慎修”理念和“全面測量、綜合分析、細化方案、精細修理”的作業原則，為達到高效率、低成本、保安全的運營維護目標提供支持，提高我國高速鐵路的運營維護管理水平。

檢測數據分析處理中心將為研究和解決高速鐵路基礎性和前瞻性的科研問題提供充分的數據支撐，為我國高速鐵路檢測技術的研發和完善高速鐵路基礎設施檢修標準提供科學依據，為培養鐵路檢測領域高層次專業人才提供必要的環境和科研平臺。