淺析鐵路信號集中監測系統之大數據運用

蘇璽

摘 要：鐵路信號集中監測系統（Centralized Signaling Monitoring system，簡稱CSM）在當前鐵路電務設備維修管理中的應用最為廣泛。CSM系統發展至今，已實現了數據的實時采集及記錄、分析，數據量已經非?？捎^，但隨之而來的數據運用、處理成為一項重要挑戰。如何更合理、更科學地分析采集而來的數據，為設備維修管理提供更加直觀、便捷、更有參考意義的數據，使信號集中監測更加智能化，是CSM系統發展的主要方向。文章通過對各大主流CSM及軟件相關功能的對比分析，探討在實際設備維修及故障查找運用過程中更優質的數據分析方案，并對系統相關功能提出改進建議。

關鍵詞：信號；監測；大數據；運用

1 CSM系統主要功能概述

CSM系統的數據采集、數據共享、數據安全各項功能均較為完善。集中監測采用獨立的2M速率的數字通道，采用統一的底層通信平臺，通過標準協議接口與CTC/TDCS、計算機聯鎖系統、ZPW-2000、智能電源屏、智能點燈單元、轉轍機表示缺口、計軸等設備的數據互通；集中監測采用標準廣域網通信協議，實現了“三級四層”的數據共享；CSM系統采用冗余、可靠性技術和網絡安全技術，確保了系統與數據安全。

目前，大秦、大張、北同蒲線各站使用的集中監測使用交大、長龍、輝煌廠家的CSM系統。各大廠家提供的軟硬件相關技術均較為成熟，可實現信號設備運用過程中的數據動態實時監測、數據記錄、統計分析與監測報警。如：實現了轉轍機、軌道電路、信號機、電纜絕緣、半自動閉塞、站（場）聯電壓、電源等模擬量測試與分析。實現了按鈕、控制臺表示狀態、關鍵繼電器狀態、區間軌道及信號機運用狀態等開關量變化的實時監測。

2 主流CSM系統大數據運用及分析

2.1 數據報表運用

2.1.1 實時值報表

隨著鐵路信號控制系統的發展、各項新技術的引入，CSM系統的采集點也隨之增多。由于數據的生成量不斷增加，實時處理能力是CSM系統功能是否強大的重要指標。目前集中監測實時值報表可顯示各設備電壓、電流等即時數據?，F場運用作為廣泛的是在查找一些已經自行恢復的故障、以及處理設備電壓波動等隱性故障的過程中，使用實時值報表，可以輕松掌握一些瞬時的、輕微的數據變化，更為準確地確定故障位置。

2.1.2 月報表

CSM系統月報表統計每月各設備開關量的變化次數，如：道岔動作次數、信號機開放次數時間等。通過查看此報表，可以對某段時間內某些的設備使用情況一目了然，針對性地加強日常設備巡視及維修。

CSM-JD2006版集中監測系統可以對某月的數據進行排序，經過對2017年1月份某站道岔動作次數從高到低進行排序可以發現：該站38/42號道岔1月份動作次數為1418次，使用最為頻繁，電務工區應加強日常設備的巡視檢查、涂油潤滑、天窗檢修等工作，從而提高38/42號道岔設備質量，降低對行車的影響。同理，對信號機開放次數也可以進行查看，結合燈泡使用壽命，適當地對使用頻繁的信號機燈泡進行更換。

CSM-CL2010版CSM系統也可以實現排序功能。其它各版本的CSM系統雖然可以生成此種形式的月報表，但是均無排序功能，報表的實用性不足，不便于電務段的設備使用分析。

2.2 數據圖形運用

數據的折線圖形式的圖形分析，是信號CSM系統最經典、最主流分析方法。按橫坐標分為：實時曲線、日曲線、月曲線、年曲線。按照縱坐標分為：電壓曲線、電流曲線、時間曲線。本文選取日曲線、月曲線及時間曲線進行說明。

2.2.1 日曲線

CSM系統將實時采集的模擬量數據以折線圖的形式繪制成為日曲線，形象地再現了設備狀態及設備變化情況，在現場設備巡視及故障查找判斷中的應用最為廣泛。同時，對日曲線的放大分析、同屏對比分析功能的加入，更加方便了設備維修單位。

交大2006版微機監測曲線可以輕松實現橫向、縱向的放大，有助于查看數據的短時間、瞬時的微量變化。但是不足之處在于無法實現同屏分析。

輝煌CSM系統的日曲線分析可以實現同屏對比分析，設備各相關曲線的同步變化情況一目了然，特別是針對采集數據較多的ZPW-2000A設備曲線，曲線同屏對比分析的優勢較為明顯。也可對曲線上任意時間點直接進行站場圖的回放，為設備維修單位提供了極大的方便。但是輝煌微機監測的不足之處在于，為了實現各數據曲線的同屏對比，只能對曲線進行橫向的放大，無法進行縱向放大，一些輕微的數據變化難以準確讀取。

2.2.2 月曲線

相對實時報表、日曲線，CSM系統對每月的數據分析數據量較大，分析方法的難度相對叫較高。通過對交大2006版CSM系統軌道電壓月曲線進行分析，軟件并未將每日曲線進行機械地拼合，而是將每日軌道電路的“調整最大值”、“調整最小值”、“分路最大值”進行采樣式的分析，繪制成為折線圖類型的月曲線。由此圖分析可以快速得出：某日軌道電路出現了較大的波動、某日出現過分路不良、某日因漏泄等因素而進行了軌道電壓電平調整等信息。此種采樣分析的曲線優點在于減少了數據分析量，軟件更加輕便。其它版本的CSM系統均采用采樣分析，并加入了調整電壓平均值、分路電壓平均值等信息。

2.2.3 時間曲線

輝煌軟件將道岔每次的動作時間繪制成月曲線是一次創新，突破了以電壓、電流等數據作為分析的常規思路。通過此曲線可以輕松查閱某日道岔動作時間較長而出現過道岔無表示故障，也可以觀察某道岔動作時長變化，從而對道岔壓力不足、道岔機械卡阻等安全隱患進行預判，及早采取措施。

3 CSM大數據運用優質方案

通過對主流的CSM系統的對比分析，綜合其優缺點，總結出一套集中監測常用分析的最優方案，各設備廠家應以現場實際運用角度出發，取長補短，創新思路，開發更加完善的數據分析軟件。

一是CSM系統的實時值報表要及時準確。二是月報表生成后需要加入排序、篩選等功能。三是曲線分析要實現同屏對比分析，并可以同步進行二維放大，精確顯示需要的數據。四是月曲線采用最值數據智能采樣分析的方法。五是曲線分析要實現與站場圖回放、繼電器開關量變化等信息的即時交互。六是創新運用時間曲線、距離曲線等形式的分析方法。

4 改進建議

（1）目前CSM系統普遍使用“折線圖”類型的曲線進行數據分析，建議系統適當加入“餅狀圖”、“柱形圖”、“雷達圖”等圖形分析，實現對大數據更直觀、更形象的分析。（2）《維規》規定CSM系統的數據保存時間不少于30天，各主流監測軟件數據保存雖已達到標準，但是電務段對典型事故、故障等重要相關數據、曲線需要長時間甚至永久保存。目前電務段僅限于截圖記錄，存在一定的局限性。建議CSM系統可以實現對個別時間段、個別設備的數據、曲線進行導出、導入功能，可實現對數據的跨站、跨系統的交互式分析、離線分析，使電務段的數據管理更高效、便捷。同時也為事故、故障的教訓吸取、職工教育等工作提供便利。（3）目前大秦、北同蒲、大張線集中監測均采用2M速率的數字通道，隨著CSM系統軟件的升級以及采集點、采集數據的增加，日常使用過程中普遍存在卡頓、延時現象，嚴重影響了系統的用戶體驗。因此建議對系統軟件進行升級的同時，對網絡數據通道進行同步升級，必要時采用光纖通信。

參考文獻

[1]鐵路職工崗位培訓教材編審委員會.普速鐵路信號維護規則 技術標準[S].中國鐵道出版社，2015.

[2]李萍.鐵路信號CSM系統[M].中國鐵道出版社，2012.