鐵路供電管理信息系統的研究及應用

喬凱慶

（中國國家鐵路集團有限公司 工電部，北京 100844）

中國電氣化鐵路的快速發展和運營品質的提升，對牽引供電設備的安全運行提出了更高的要求[1]。同時，隨著列車運行速度的提高和新技術新裝備的運用，供電安全生產風險不斷增多，供電部門的運行維護壓力持續增加。鐵路供電信息化是保障供電安全生產的重要手段[2]，經過多年發展，已經形成了圍繞設備管理、檢測監測、生產組織等3 個應用層面的信息系統。

（1）設備管理方面：鐵路局集團公司遵照中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）下發的設備管理規范，結合生產作業實踐，實現對接觸網、牽引變電設備、電力設備的基本臺賬、設備缺陷、檢測監測和檢修記錄等信息的管理。

（2）檢測監測方面：主要包括鐵路供電安全檢測監測系統（6C 系統）[3]、鐵路供電遠動系統（SCADA）[4]、牽引變電輔助監控系統[5]等，對供電設備的運行狀態和技術參數進行檢測監測。

（3）生產組織方面：供電生產作業管理以檢測監測和檢查數據為基礎，針對設備缺陷，實現按年、月、周、日計劃的編制和審批、現場作業管理、設備缺陷管理、安全風險管理等作業過程信息化管理。

從全國鐵路（簡稱：全路）來看，供電系統各專業間信息化發展程度尚不統一，例如接觸網專業信息化程度較高，在生產組織、設備管理、檢測監測方面基本實現了信息化，而電力、變電等專業信息化程度較低，大數據應用僅停留在數據統計匯總與可視化展示上，故障預測、健康管理等對大數據價值的深度挖掘還有待提高。相關系統建設以鐵路局集團公司、站段需求驅動為主，較為分散，鐵路外廠家參與多，未形成國鐵集團與鐵路局集團公司之間數據高效聯動、統一應用的格局，制約了資源共享，以及運用大數據輔助運營維護（簡稱：運維）組織與管理決策。因此，亟需建立統一的供電管理信息系統，用以統一生產組織流程及現場生產作業管理，實現全路范圍內的供電數據共享互通。

本文從鐵路供電系統實際出發，充分分析現場業務需求，基于集中部署+微服務、多源異構數據匯集等技術，設計鐵路供電管理信息系統，實現鐵路供電系統的設備資產統一管理、數據共享互通、統一生產組織及輔助決策支持。

1 系統架構

1.1 總體架構

鐵路供電管理信息系統總體架構如圖1 所示。

圖1 鐵路供電管理信息系統總體架構

鐵路供電管理信息系統與6C 系統共享設備缺陷數據，與綜合維修生產管理信息系統共享供電設備臺賬、生產數據，與工（務）電（務）供（電）調度安全信息管理系統共享安全信息；其他如運輸調度管理系統、工務管理信息系統和支撐平臺中的GIS 平臺，通過一體化信息集成平臺為本系統分別提供天窗計劃數據、線路車站信息及地理信息；運維管理平臺和集中安管平臺用于輔助本系統進行運維和安全管理；移動終端通過移動互聯網接入平臺與本系統進行交互，用于同步和上傳供電設備生產信息，輔助生產作業管理。

1.2 技術架構

鐵路供電管理信息系統以集中部署的方式利用國鐵集團主數據中心硬件和虛擬資源，按照跨平臺、可移植、易擴展、易維護的原則進行設計，整體采用微服務架構，將復雜的業務邏輯、流程控制邏輯和數據存取邏輯通過不同的技術層面，實現業務邏輯的快速部署和靈活調整，充分保證系統的安全可靠訪問，同時考慮后期國產化相關技術運用升級和不同數據庫之間數據遷移的可操作性、便捷性，技術架構按照基礎設施即服務（IaaS，Infrastructure as a Service）、 平臺即服務（PaaS ， Platform as a Service）、軟件即服務（SaaS，Software as a Service）[6]等服務模式進行劃分，系統技術架構如圖2 所示。

（1）IaaS：包括服務器、存儲和網絡環境。

（2）PaaS：包括數據服務、業務服務和服務中心。數據服務由數據中臺組成，數據中心依據系統的數據目錄分類進行存儲并提供持久化服務，數據中臺對數據進行統一管理，依據數據標準對數據進行治理，并提供數據服務、數據計算和業務協同服務；業務服務可將數據中臺提供的資源整合成中間件或統一組件，方便被服務中心或前端組合隨時調用，也可以依據服務中心或前端需求進行定制化服務，從而滿足軟件功能的個性化需求。

（3）SaaS：在平臺服務基礎上關注業務實現，主要包括交互功能實現和落地應用，用戶可通過Web 或終端App 進行訪問。

1.3 網絡架構

鐵路供電管理信息系統網絡架構如圖3 所示。

圖3 鐵路供電管理信息系統網絡架構

本系統集中部署在國鐵集團主數據中心，其網絡方案基于主數據中心的網絡條件進行設計，運行于鐵路內部服務網應用類服務區。移動端APP 應用通過移動網絡接入國鐵集團主數據中心互聯網接入區，利用安全平臺網絡安全防護策略實現互聯。為應對移動終端用戶所處網絡環境的復雜情況，解決無線傳輸網絡的不穩定性造成用戶斷線問題，采用數字證書+安全平臺的數據傳輸方式實現生產一線數據的實時收集和傳輸處理。數據在國鐵集團主數據中心外部服務網進行數字證書校驗，認證通過后，通過安全平臺將數據發送至內部服務網服務器并共享數據資源。

2 系統功能

2.1 國鐵集團級系統功能

鐵路供電管理系統國鐵集團級功能架構如圖4所示。

圖4 國鐵集團級功能架構

（1）系統首頁數據展示

通過鐵路運營里程、接觸線、承力索、牽引變電所、機構、人員、故障事故、生產任務、供電經營等詳盡的指標體系實時掌控鐵路供電系統的狀態，將采集的數據形象化、直觀化、具體化，打破數據隔離，實現指標分析及決策場景落地，為管理人員提供“一站式”決策支持[7]。

（2）臺賬匯總

依據接觸網、變電、電力、給水等不同專業的不同設備類型，按照線路信息、組織機構等不同維度實現各鐵路局設備管理數據歸集；依據管理需求實現各鐵路局機構人員數據歸集，并按照組織機構、專業、資質、工種等維度實現機構人員查詢匯總。

（3）生產匯總

包括供電月報、計劃匯總、專項管理、作業車運用及檢測監測，主要實現各鐵路局生產數據歸集，接入國鐵集團級6C 中心，對全路各專業的生產計劃、專項工作、作業車運用、檢測監測等內容進行匯總統計，支持按照鐵路局、站段、專業、線路、日期等維度進行信息查詢匯總。

（4）經營分析

主要包含牽引用電、電力用電及給水匯總，實現按照鐵路局、站段、年度、季度等維度的匯總和統計分析。

（5）考核評價

主要包含評價指標和評價匯總。其中，評價指標即按照安全指標、設備質量、重點任務、加分項目等評價項點指標形成評價數據字典，作為評價標準和依據；評價匯總實現評價數據的匯總和統計，根據評價項點自動計算相關評價指標數據，提供打分功能，計算各鐵路局得分排名情況，并支持以圖表形式對數據進行展示。

（6）綜合管理

包括案例交流、教學課件、規章制度和通訊錄。其中，案例交流主要實現全路范圍內典型案例資料的維護、共享、下載；教學課件主要實現國鐵集團及各鐵路局的專業培訓、基礎資料等典型課件的發布與共享；規則制度主要實現國鐵集團對技術規章、管理制度、通知公告、通報、督查督辦等公共信息管理；通訊錄主要實現通訊錄管理和查詢功能，支持鐵路局、站段供電專業主要人員聯系方式的維護。

（7）系統管理

主要包含組織機構管理、人員管理、角色管理、權限管理等，實現對國鐵集團級鐵路供電管理信息系統的維護、管理和監控。

2.2 鐵路局集團公司級系統功能

鐵路供電管理信息系統鐵路局集團公司級功能面向鐵路局、供電段/維管段、車間、工區/班組4 級供電管理或生產部門，以供電專業運檢修安全生產過程管理為核心，建立生產閉環管理業務流程，功能架構如圖5 所示。

圖5 鐵路局集團公司級功能架構

（1）系統首頁數據展示

通過可視化圖表、儀表盤、輪播、數據鉆取等方式實現供電生產過程的綜合展示與統計分析，包括設備匯總、工作票統計、工作量統計、缺陷分類統計及組織人員、計劃進度、超周期預警、天窗兌現情況、運營情況、管內天氣預報等內容的信息展示，為用戶提供更直觀、更便捷的人機交互體驗。

（2）決策分析

主要包含狀態分析、生產分析和預警報警。其中，狀態分析即依據設備資產的投產時間、檢測記錄、缺陷歷史、作業頻次等，多維度、多角度和深層次分析對設備質量狀況的影響要素，實現對設備狀態量化評定，為設備運行檢修計劃、設備更新改造提供數據支撐；生產分析主要實現對接觸網、變電、電力運行檢修計劃的執行情況、完成率、覆蓋率等關鍵指標的多維度分析，對生產計劃中作業項目、作業人次、作業風險、缺陷處理的縱橫向對比分析；預警報警主要實現設備壽命、檢修和缺陷的到期預警、超期報警。

（3）接觸網/變電/電力管理

對接觸網/變電/電力設備的設備履歷、計劃、作業、檢修記錄、質量評價、缺陷等進行管理。

（4）給水管理

對給水設備的設備臺賬信息、計劃制定審批、作業派工單、臺賬記錄等信息進行管理。

（5）作業車管理

對作業車基礎信息、司機基本信息、檢修記錄、運行揭示等進行管理，并以車為單位，建立動靜態數據結合、流程化的一車一檔管理。

（6）調度管理

實現交班、值班、生產日報、計劃、應急搶修和跳閘的管理。其中，交班管理以調度臺為單位進行管理，跳閘管理按照供電和電力進行分類管理。

（7）安全管理

主要包含安全信息、安全用具、故障、事故、外部環境和消防管理。其中，安全信息管理對工電供安全信息系統安全信息的接入和對安全科、安全生產調度指揮中心人員在巡視、應急處理時發現的問題進行管理；外部環境實現對鳥害、冰害、危樹、輕飄物、污閃、雷擊、水害、三線跨越、跨越線等外部環境因素的管理。

（8）字典配置

對通用分類信息、線路、車站、單位管界、作業項目等字典進行管理、設置。

（9）綜合管理

對技術規章、通知公告、資料文件、督辦信息、用戶意見等信息進行管理。

（10）系統管理

實現對鐵路局集團公司級鐵路供電管理信息系統的維護、管理和監控，包含組織機構管理、人員管理、角色管理、權限管理、界面管理、系統監控和參數設置。

（11）作業APP

實現移動巡視、作業管理、數據采集、記錄查詢等功能。其中，移動巡視即以巡視計劃為基礎完成現場巡視作業及巡視記錄填報；作業管理即對作業計劃、工作票等流程業務的管理和審批；數據采集分為在線和離線操作，對現場作業過程中產生的缺陷信息錄入并上傳至專業缺陷庫，通過離線操作應對特殊地區較差的網絡環境；記錄查詢可按照日期范圍、線別、車站、區間、所亭、設備等檢索條件快速查詢檢修、監測、缺陷、測試等記錄信息。

3 關鍵技術

3.1 集中部署+微服務技術

采用集中部署的方式將數據庫服務器、文件存儲服務器、日志服務器、應用服務器等物理設備集中部署于中國鐵路主數據中心，并以微服務的理念將供電業務拆分為眾多細粒度的服務組合，提高鐵路供電管理信息系統應用的靈活性[8]。

3.2 多源異構數據匯集技術

針對全路不同供電系統不同數據源的不同結構數據，利用技術手段實現業務數據邏輯規則的自動校驗處理、無效數據濾除、數據傳輸過程監控等；同時，開展數據資源的清洗、整合和規范化處理，定時自動歸集規范數據，實現鐵路供電系統多源異構數據的匯聚、整合。

3.3 大數據可視決策技術

在充分匯集與整合全路供電基礎設施、設備缺陷等數據的基礎上，從可視渲染、可視分析和可視決策等3 方面挖掘數據信息的最大價值，實現對鐵路供電行業的精確化監測、分析與呈現，從而充分提高供電設備維修決策的能力和效率。其中，可視渲染技術主要包括基礎可視渲染技術（含統計圖、分布圖、關系圖等）和數據駕駛艙；可視分析技術是以可視渲染技術為基礎結合一定的分析計算對數據進行處理、運算和挖掘，展現更深層次的價值、規律；可視決策技術以可視渲染技術和可視分析技術為基礎，結合行業業務決策需求提供決策支持。

3.4 移動終端應用技術

移動端數據傳輸技術：按照用戶權限，在移動端建立基于多線程的基礎設施履歷、設備缺陷、生產計劃數據同步功能，對數據傳輸內容進行安全處理，傳輸過程中同步驗證數據來源及傳輸數據的完整性，對傳輸數據結果進行校驗。

移動端數據采集技術：研究鐵路供電信息移動端應用技術，結合設備履歷建立標識信息，面向車間、工區生產一線，實現設備日常檢查、缺陷復核、電氣特性測試等現場數據的快速采集。

4 系統應用

鐵路供電管理信息系統主要服務于國鐵集團、鐵路局集團公司、供電段/維管段、車間、工區/班組，用以科學指導生產，及時發現設備隱患和設備缺陷，輔助運維組織與管理決策。本系統將逐步替代各鐵路局集團公司、站段自建的生產系統，以自主可控為原則，進行全路統型，進一步提升供電系統信息化管理水平。其應用優勢如下。

（1）匯集各鐵路局集團公司供電系統優點，在全路整體規劃名稱、功能，統一系統運維。

（2）建立全路統一的數據標準，集成供電系統相關數據，實現與相關專業系統交互，實現供電系統數據資源全路共享，提高管理效率。

（3）深化大數據分析、人工智能、物聯網等技術在供電系統的應用，強化決策分析手段，提高供電設備養護維修的精準性、科學性，推動供電運維的智能化發展。

（4）統一安全管控，從數據、應用和網絡安全等3 個方面統籌提升系統安全防護能力，從技術、管理和運維等3 個角度構建安全防護體系，保障網絡安全。

5 結束語

本文圍繞供電系統各專業間信息化發展程度不統一、檢測監測數據利用率不高等問題，設計鐵路供電管理信息系統。通過建立全路統一的供電系統數據標準，實現與相關專業系統交互、供電系統業務數據集成、數據資源全路共享，打破供電系統信息孤島，深化大數據分析、可視化等技術在供電系統的應用，提高供電設備養護維修的精準性、科學性，推動供電運維的智能化發展。下一步將針對具體數據，結合人工智能技術，開展數據挖掘分析，進一步提高鐵路供電系統的智能化水平，提升既有數據應用價值。