鐵路基礎設施設備狀態檢測數據分析平臺的應用

沈 昊 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

根據總公司加快推進高速鐵路綜合維修生產一體化管理要求，對各鐵路集團公司在提升裝備水平，推進信息化建設等方面提出了“提升綜合保障能力，推進綜合檢測及維修裝備現代化建設，推廣使用綜合巡檢車、多功能作業車、多平臺作業車等檢測監測、養護維修裝備，深化研究專業裝備綜合利用，提高維修效率和設備利用率。為此，我局在工電供“三位一體”專業融合發展方面開展積極探索和嘗試。

為了更好開展檢測數據存儲、分析與管理，提出了《鐵路基礎設施設備狀態檢測數據分析應用平臺研究》課題的研究，旨在通過對各種檢測數據分析處理，全面展示圖像、報表，挖掘信息，研究設備狀態變化趨勢，進行大值病害的閉環管理，提高異常報警預警能力，分析設備設施病害和故障原因，科學指導設備養護維修管理，為保障設備質量穩定可靠提供重要的技術支持，科學指導設備養護維修管理。

1 系統總體設計

檢測數據分析應用平臺包括硬件環境的搭建和大數據應用研究，應具有非常好的機房環境、安全保證、網絡帶寬、主機的數量和性能、大的存儲數據空間、軟件環境以及優秀的服務性能。課題組借鑒專業大數據應用公司的經驗，研究提出檢測數據分析應用平臺的功能定位、框架結構、建設方案、實施方式。

1.1 研制目標

應用平臺能夠開展融合分析、聯動分析、深度挖掘，多專業檢測數據資源集中、集成、共享、分析、工具、流程等的有機組合，包括海量檢測數據的存儲、高性能數據的分析處理、多媒體展示等功能，具有一定的基礎設施狀態綜合評估和養護維修決策支持能力。

1.2 應用平臺系統架構

龍存存儲設有4臺服務器和1臺三層交換機。 2臺磁盤陣列，配置為1 套Rackable 96T，另一套為鑫云 48T，與龍存存儲系統連接，用于存放歷史數據，應用平臺系統架構如圖1所示。

圖1 應用平臺系統架構

1.3 檢測數據分析應用平臺的功能（圖2）

圖2 檢測數據分析應用平臺功能

（1）龍存存儲系統對海量的檢測數據進行存儲、管理；

（2）電務軌旁設備狀態巡檢數據分析應用系統對電務軌旁設備缺陷進行分析、展示；

（3）工務軌道結構狀態巡檢數據分析應用系統對工務軌道結構缺陷進行分析、展示；

（4）高鐵沿線視頻圖像數據分析系統展示現有高速鐵路沿線(包括低路基地段、公跨鐵區段、救援疏散通道及車站上下行咽喉處等)攝像機采集的全天候視頻信號；

（5）綜合數據展示包括電務軌旁設備狀態，工務軌道結構狀態、軌道板離縫、橋梁超高防撞視頻，站臺限界檢測數據，牽引變電所紅外熱成像溫度信息、接觸網幾何參數、接觸網狀態。

（6）數據分析與管理系統具有對檢測數據進行匯總和分析，具有統計圖表、數據對比報告，開展設備質量評估，挖掘信息和規律，分析設備狀態變化趨勢，提高異常報警預警的能力。

2 電務軌旁設備狀態巡檢數據分析應用系統

數據分析與管理系統對工務軌道結構狀態、電務軌旁設備狀態等各專業海量檢測數據的存儲、顯示。對檢測數據進行匯總和分析，生成各類報表。對檢出問題進行復核、整治、銷號的閉環管理，并為維修計劃的安排提供指導依據。通過統計圖表、數據對比報告，開展設備質量評估，挖掘信息和規律，分析設備狀態變化趨勢，提高異常報警預警能力。以電務軌旁設備狀態管理系統為例，該系統具有基礎信息（管理里程、故障字典、部門字典、系統用戶）、檢測記錄（故障上傳、故障復核）、查詢統計（故障記錄、故障匯總、狀態評估、趨勢分析、漏報誤報）功能。電務軌旁設備狀態管理系統功能如圖3所示。

圖3 電務軌旁設備狀態管理系統功能

3 技術創新

通過鐵路基礎設施設備狀態檢測數據分析應用平臺搭建與應用，為開展工、電、供等專業檢測數據的融合分析、聯動分析、深度挖掘，探索數據變化規律提供了良好的條件，實現數據應用實效和技術服務附加值提高，及時提供專業化或綜合化診斷報告，為保障鐵路運營安全、降低維修成本提供技術支持，為研究高速鐵路基礎性、前瞻性的科研問題提供數據支撐。

（1）該應用平臺能夠實現工、電、供等專業檢測數據的融合分析、聯動分析、深度挖掘，為工電供等專業檢測綜合一體化分析創造了良好的條件；

（2）采用龍存存儲系統對各專業海量的檢測數據進行分布式存儲，存儲容量大、速度快、安全性能好；

（3）應用平臺結構設計能夠同時滿足多專業基礎設施設備檢測數據資源集中、集成、共享、分析、工具、流程等的有機組合，實現海量檢測數據的存儲、高性能數據的分析處理、多媒體展示等功能；

（4）運用大數據分析方法對各種檢測數據進行進一步處理和全面分析，挖掘信息和規律，實現對基礎設施設備狀態綜合評估和養護維修決策支持能力。

（5）數據分析與管理系統具有對檢測數據進行匯總和分析，具有基礎設施設備狀態的統計分析、歷史數據對比、設備質量評估分析、病害故障報告、現場復核、銷號等閉環管理功能。

4 應用成效

鐵路基礎設施設備狀態檢測數據分析應用平臺已陸續投入應用，可以降低人工巡檢次數，提高生產效率，對既有視頻、圖片數據進行智能處理分析，不僅有利于提升現有設備的應用價值,降低勞動強度,更有利增強安全防范,達到以科技保安全增效益的效果。對各種檢測數據進行進一步處理和全面分析，挖掘信息和規律，分析設備狀態變化趨勢，提高異常報警預警能力，為設備設施病害和故障原因分析，科學指導設備養護維修管理。

電務軌旁設備狀態巡檢數據分析應用系統自2018 年1月起投入使用，對集團公司京滬高鐵線、滬寧線、滬杭線、寧杭線、京滬線等線路進行電務軌旁檢測數據分析，包括軌腰塞釘及引線的脫落、應答器的表面結構狀態異常、信號箱盒及線纜表面結構狀態異常、道岔裝置的結構狀態異常、其他電務設備的結構狀態異常（如道岔防雪板、融雪裝置防護管等）進行巡檢。在2018 年2 月下大雪期間，科研所加強電務軌旁電務軌旁數據分析，發現杭州電務段一級缺陷，為信號箱盒破損。

工務軌道結構狀態巡檢數據分析應用系統自2018 年1月起投入使用，對集團公司京滬高鐵線、滬寧線、滬杭線、寧杭線、京滬線等線路進行軌道結構狀態數據分析，包含扣件缺損、歪斜；鋼軌光帶異常、剝落掉塊、擦傷；軌道板裂紋；軌道板異物；道床翻漿冒泥等可視性異常。

因此，鐵路基礎設施設備狀態檢測數據分析應用平臺可在上海局集團公司、其他鐵路集團公司推廣應用，具有很好的推廣前景和顯著的經濟效益。