基础设施检测数据分析处理中心

■ 徐贵红

随着我国高速铁路的陆续开通和多列综合检测列车的投入运行，为保障高速铁路安全平稳高效运行并达到基础设施经济有效的养护维修目标，需要准确、全面、深入地处理检测数据，建立了地面检测数据分析处理中心。检测数据分析处理中心（简称中心）是基础设施运行状态全方位检查监控动态管理体系的重要组成部分（见图1）。

1 中心系统构成

中心由车-地数据传输系统、地面数据存储管理系统、数据分析诊断系统和展示系统组成（见图2）。

车-地数据传输系统将检测数据按紧急程度分级分类从检测列车及时传输到地面数据中心，加快了对严重病害的响应速度。

地面数据存储管理系统基于海量检测数据的分级存储管理和分布集成体系结构，利用数据预处理技术、数据仓库数据组织技术，构建了满足工务、弓网、电务等各专业的历史检测数据高效存储管理平台，在线存储能力达到120 T，对检测数据、相关设备的基础信息和维修作业信息进行统一管理。

图1 数据中心的作用示意图

图2 检测数据中心系统构成

数据分析诊断系统是数据中心的核心应用系统，通过工务、弓网、通信和信号数据分析诊断系统，以及动力学仿真、数据挖掘等工具，利用基础设施状态评价方法及特征量提取方法、车辆/轨道耦合动力学仿真及弓网耦合模型仿真、车辆/轨道系统综合安全评判方法、轨道不平顺状态预测方法等，实现基础设施状态的分析评价和变化趋势预测，提出维修养护建议。

展示系统基于GIS，形象化显示检测列车运行的位置速度信息、基础设施状态和分析结果。

2 检测数据管理和数据分析诊断系统

检测数据管理系统以C/S模式，提供检测数据入库、备份、预处理和数据导入等功能。数据分析诊断系统实现日常分析和高级分析，主要包括大值管理闭环跟踪管理、区段质量评价、单元质量分析等，以及利用仿真工具、数据挖掘和其他综合分析方法进行的高级分析功能。日常分析功能以B/S模式支持网络化访问；高级分析为用户提供后台分析服务。轨道检测数据管理和分析诊断系统的功能结构见图3。

（1）检测数据管理。进行检测数据预处理和数据管理，功能界面见图4。

（2）大值跟踪管理。进行大值基本信息和处理状态动态显示、条件查询、关联查询（见图5）。包括大值反馈信息、处理建议、处理结果、作业效果等信息的链接，以及检测波形、历史偏差、设备台账等的关联。

（3）偏差趋势分析。对轨道几何超限个数、晃车个数、公里扣分、优良率等轨道质量指标趋势分析。可以以折线图形式显示线、段、车间、自定义区段等的统计汇总和变化趋势。还可以使用红黄绿指标抽象表征区段质量的各种统计指标，红黄绿色块代表小区段线路质量好坏程度，分析质量变化趋势（见图6）。

（4）重点区段识别和分析。利用偏差集中度图识别统计全线历史偏差重复出现集中程度（偏差集中度），用于发现病害多发区段（见图7）。

图3 轨道检测数据管理和分析诊断系统功能结构

图4 数据预处理计算界面

图5 大值列表

图6 公里扣分红黄绿变化趋势

（5）偏差高发区段的发展情况分析。利用偏差散点图展现偏差的数据分布情况，分析偏差升级程度（见图8）。横坐标为检测里程，纵坐标为偏差值与标准值差和标准值的比。

（6）基于G IS的可视化展示。基于GIS进行轨道状态和大值查询和展示（见图9）。展示轨道状态TQ I、公里扣分、优良率等的红黄绿指标，对可能影响安全的大值信息、处理状态进行展示和跟踪管理。

3 检测数据中心的应用

利用铁道部办公网，为铁道部、各铁路局、段提供轨道、弓网、电务检测数据及数据分析服务，辅助各级维修管理单位发现设备质量问题、制定养护维修计划和评估维修效果。支持日常检测数据分析、定期检测报告撰写、联调联试数据分析、专项数据分析及相关科研项目的研究。

（1）日常检测数据分析。通过网络化访问，为用户提供日常检测数据分析服务，包括数据偏差/病害管理、查询、统计汇总、趋势分析等。

（2）定期检测报告撰写。定期分析报告主要包括日报、月报、季度报和年报。日报主要对检测过程中发现的大值病害进行重点分析，发现其产生原因并提出整改建议；月报是对基础设施的质量状态进行综合分析，应用各种评判指标从不同角度进行分析和总结，同时大值病害进行跟踪分析；季度报和年报分析状态变化趋势，对比同等级各线路的状态特点，发现当前基础设施质量状态的主要问题。

（3）专项数据分析。对检测中发现的各种典型问题或现场发现的特殊情况，应用各种分析方法和手段（如时频分析、谱分析、仿真分析等），有针对性地进行综合深入分析，形成专项分析报告（如百公里平均大值个数变化趋势（见图10）、路基沉降分析（见图11）、动车组运行过程中特殊区段抖动分析、晃车原因分析（见图12）等）。

图7 某线路2010年3月2日—6月2日下行一级以上偏差集中度

图8 某线路2010年3月2日—6月2日下行一级以上偏差散点图

图9 全部线路状态显示

（4）联调联试和综合试验。联调联试过程中，利用轨检车、接触网检测车、电务试验车及综合检测列车获取了大量的轨道、弓网、电务等基础设施状态检测数据，通过对这些数据的及时诊断和分析，为现场联调联试过程中设备的养护维修提供了重要依据。

4 结论

检测数据分析处理中心首次建立了我国高速铁路基础设施检测数据统一高效管理的数据平台和数据分析诊断智能化平台，实现了高速铁路基础设施的状态评价、趋势分析与预测、辅助维修决策等功能，并已在全路提速干线和高速铁路日常检测中发挥重要作用。依据高速铁路“重检慎修”理念和“全面测量、综合分析、细化方案、精细修理”的作业原则，为达到高效率、低成本、保安全的运营维护目标提供支持，提高我国高速铁路的运营维护管理水平。

检测数据分析处理中心将为研究和解决高速铁路基础性和前瞻性的科研问题提供充分的数据支撑，为我国高速铁路检测技术的研发和完善高速铁路基础设施检修标准提供科学依据，为培养铁路检测领域高层次专业人才提供必要的环境和科研平台。