铁路车载无线通信设备运用维护管理系统研究

高 媛，王 巍

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司国家铁路智能运输系统工程技术研究中心，北京100081)

1 铁路车载无线通信设备运用维护现状分析

铁路通信设备是重要的铁路基础设施，其设备状态与铁路运输安全和效率有直接关系。机车综合无线通信设备(CIR)作为我国通信系统重要的车载通信设备，已在机车、动车组上大规模安装运用，主要用于司机与列车调度员、车站值班员、乘务员等作业人员进行调度指挥通信，向CTC/TDCS系统传送车次号校核信息，接收CTC/TDCS系统的调度命令信息，发送和接受列车防护报警信息，与旅客列车尾部安全防护装置进行通信，是提高运输效率、保障行车安全的重要设备[1-2]。

车载无线通信设备的良好运用是确保铁路运输生产安全的重要基础和保证。但是，目前车载无线通信设备的运用和维护还存在管理水平不高、缺乏统计分析手段等问题。例如，车载无线通信设备板件较多、设备分散、调拨频繁，设备台账多采用传统纸质文件形式，依靠人工办理，随着设备履历信息迅速增长，相应设备资料管理和报表统计难度越来越大，大量的备品备件无法统一管理，易耗损板件缺少合理的分配。此外，车载无线通信设备缺少设备实时监控的手段，地面维护人员无法动态掌握设备自身工作状态、运行位置、重要操作等信息，当设备在运用过程中发生故障时，维护人员不能第一时间掌握故障信息，无法及时处理。

按照铁路通信维护规则规定，车载通信设备的维修分为日常检修和集中检修[3]。日常检修结合机车、动车组出入库检修进行，出入库检修利用出入库检测台完成，传统库检是对设备运用后的定性检测，仅为功能性试验，往往是对已发生的故障进行处置，测试缺乏针对性，对设备运用质量提高作用有限，且库检台分散，检测结果不便于分析统计。集中检修作业分为机车集中检修和动车组集中检修，机车集中检修每2年1次或结合机车检修修程同步进行，动车组集中检修按照运行公里结合动车组高级修程同步实施[4]。目前集中检修流程依靠人工卡控，缺乏约束和提醒。无线通信设备综合测试台可以实现集中修自动测试，但测试结果无法共享。

目前铁路车载无线通信设备运用维护中产生的数据量已达到一定水平，但存在数据共享率低、利用率低等问题。为提高全路车载无线通信设备的运用维护管理水平，充分利用分散在各系统的数据，设计铁路车载无线通信设备运用维护管理系统，以实现平台化管理，完成相关数据的采集、处理和传递，高效管理生产、运用、维修作业流程，对于提高车载无线通信设备检修质量，保障列车运行安全具有重要意义。

2 铁路车载无线通信设备运用维护管理系统设计

2.1 总体流程设计

在铁路车载无线通信设备运用维护管理系统中，以车载无线通信设备履历信息为基础，监测和收集设备运用和维护过程中的状态信息，实现设备的全生命周期管理和精准检修。在列车运用时，将司机的操作、设备的运用状态等进行实时监测，形成对设备运用质量的统计分析和状态评估；在日常检修和维修作业时，监测作业状态，制定合理的检维修流程，对运用或者检维修过程中发生告警/故障的设备进行综合诊断和评价。铁路车载无线通信设备运用维护管理系统总体流程示意图如图1所示。

2.2 系统结构设计

图1 铁路车载无线通信设备运用维护管理系统总体流程示意图Fig.1 Overall process of the system

铁路车载无线通信设备运用维护管理系统连接中国铁路总公司、铁路局集团公司、通信/电务段、车间和工区，以中国铁路总公司、铁路局集团公司2级数据处理平台为主体，实现2级部署5级应用。将全路铁路无线通信设备的动、静态技术状态信息(履历信息、检修维修信息、监测信息等)，经过采集、加工和处理后，为各级管理相关用户提供铁路无线通信设备运维服务。铁路车载无线通信设备运用维护管理系统结构示意图如图2所示。

（1）数据采集。系统采集的基础数据包括库检台、综合测试台等结构化数据以及台账、维修记录等非结构化数据和设备在途监测数据等。对底层两大设备检测系统(出入库检测台和综合测试台)的结构化数据和台账、维修记录等非结构化数据进行统一抽取、转化，形成统一建模的新结构化数据载入数据仓库。设备在途监测数据通过G网或公网实时向系统发送。

（2）数据处理存储。系统运用数据仓库、双活容灾等技术使履历数据适应大数据应用和双活高可靠容灾，基于开放的Hadoop分布式平台，运用通用服务器集群，构建强劲的数据仓库，提供结构化和非结构化数据快速提取和分析的能力[5]。

（3）数据分析。在数据仓库基础上采用可视化分析、数据挖掘算法、预测分析等大数据分析方法，进行数据分析，并综合运用基于物理失效、基于数据驱动及基于2者融合的故障预测技术进行故障预测[6]。

（4）应用层。结合实际需求设计在途监测、库检作业管理、设备及履历管理、检修管理、报表管理、用户管理及辅助管理等多个功能模块，可根据用户需求灵活配置。同时结合实际应用需求，提供统计分析、决策等功能。

（5）安全保障。建立功能完善、高可靠的信息安全防护手段，实现信息安全传输。系统采用专用网络组网，与铁路内部网络互联时采用防火墙进行访问控制。同时通过身份认证、访问控制、数据加密等方式确保信息安全。

图2 铁路车载无线通信设备运用维护管理系统结构示意图Fig.2 Diagram of system structure

2.3 功能设计

构建车载无线通信设备运用维护管理系统，应整合既有的出入库检测系统，增设必要的管理设备，建立底层数据的统一接入标准，实现对车载无线通信设备的监测和管理。系统可根据需要灵活配置软件功能模块，实现在途监测、履历管理、作业及检修管理、报表管理等应用功能。

2.3.1 在途监测

车载无线通信设备实时发送工作状态信息(包括司机操作、线路基础、运用业务、设备状态等信息)至系统，由GIS系统提供电子地图，显示全路范围在用的车载无线通信设备位置信息及详细的运行状态信息(包括机车号、车次号、线路名、公里标、列车位置、厂家、场强值等信息)，以实现查询任意时间点的运用数据，并以回访的方式还原司机操作CIR的全过程，为分析司机操作过程提供必要的技术手段。

设备在途运用过程中，如果发现设备所在的网络环境或自身工作状态发生变化可能导致故障或者设备已经发生故障时，系统即向司机和地面维护人员发送故障告警提示，使之及时采取措施，尽可能减少故障造成的影响。当设备途中发生故障时，系统能够按设备告警、业务告警、重要提示向用户提供实时告警、重要操作及GSM-R运用质量等信息，并通过不同颜色区分告警级别。当设备恢复正常时，系统停止告警。同时可根据实时状态信息进行场强变化趋势、异常次数分步统计、调度命令发送成功率等智能关联分析。还可查看设备历史的维检修记录，为故障处理提供参考。

2.3.2 履历管理

按照“一单元一档案”的管理原则为全路车载无线通信设备建立完整的电子档案，对车载无线通信设备及板件的履历信息、使用情况、归属情况、故障情况等信息的进行全路统一的精细化、信息化和板件化级管理。按照系统提出的设备及履历信息基础数据编号方案，采用条形码技术对设备及其运用场所(机车)、存放位置(库房等)统一编号，其中设备(模块)标签采用一维码，设备整机、设备运用场所标签和设备存放地点标签采用二维码。

设备从出厂到报废的所有信息采集、加工后形成贯穿设备全生命周期的电子履历信息，实现设备信息可查询、可追溯、可分析，为各级部门提供设备单元化履历查询、统计及分析等功能，为运用检修管理提供辅助决策信息，对设备寿命期内各项运用技术性能的进行动态分析。设备全生命周期履历管理流程图如图3所示。

图3 设备全生命周期履历管理流程图Fig.3 Life-cycle management of CIR

2.3.3 作业及检修管理

作业及检修管理包括日常出入库检测和集中检修的管理。对于出入库检测，当作业人员完成车载无线通信设备的全部出入库检测项目后，检测结果发送至系统，同时系统可远程管理库检台，对库检台进行配置和维护。所有出入库检测结果可查询统计并生成质量统计报表。集中检修管理功能实现车载无线通信设备检修计划、检修内容和检修完成情况的闭环管理。工区完成计划表的编制并通过系统逐级进行审核，按照检修计划完成检修任务后，录入并上报，实现设备检修从计划到完成全程跟踪。根据检修计划安排实现设备检修预告和失修漏检警告。无线通信设备综合测试台接入系统后可系统导入集中检修结果，并由系统完成检修结果判定。实现作业计划生产、工单派发、任务管理、结果评估的作业流程智能化卡控。集中检修作业管理流程图如图4所示。

图4 集中检修作业管理流程图Fig.4 Process of centralized repair operation

铁路车载无线通信设备运用维护管理系统将设备在途运行中发生的故障及故障发生的时间、地点、故障现象和描述、设备出入库检测结果及集中检修结果“串联”在一起，跟踪各类故障发现、检修、分析、整改等业务环节，建立全路统一的车载无线通信设备故障数据仓库，支持设备故障的查询和统计，陆续建立设备的健康日志。结合设备的上次维修时间和运用状态，给出下一次检修及维修的合理时间点，压缩故障时延，前移故障信息，超前预判故障，推送提醒信息，节省人力成本，通过积累故障数据的智能化原因分析，实现故障的跟踪和闭环处理，高效分析设备故障参数，实现装备的预测性维护。改变传统维修只依赖单一特征指标，只能做“正常”或“故障”的二元判断的方式，逐步实现设备维修从故障修到状态修的转变。系统告警/故障闭环管理流程图如图5所示。

下一步将对设备运维数据进行挖掘，包括对设备的报警数据、历史记录曲线，建立大数据批处理计算框架模型，从随机过程的角度对设备的可靠性和可用性进行分析，对设备可靠性指标的时间序列进行建模并预测该序列的发展趋势，准确追踪到安全风险增大的区间，并在转折期安排避险措施以抑制故障率的上升，进而实现设备寿命评估以及趋势预测，提供故障分析报告，为检修提供指导建议[7]。

2.3.4 报表管理

根据在途监测、履历管理、作业及检修管理等相关数据提供统计报表功能，可按管辖区域、时间、类别等多维度进行统计，同时提供饼图、柱状图、趋势图等多种可视化方式进行呈现。报表格式按照维规及相关技术规章制定，报表导出后可直接上报，大大提高了作业管理人员的劳动效率。系统报表管理功能示意图如图6所示。

3 结束语

图5 系统告警/故障闭环管理流程图Fig.5 Close loop management of system alarm/failure

图6 系统报表管理功能示意图Fig.6 Diagram of report function

铁路车载无线通信设备运用维护管理系统基于B/S架构，实现对车载无线通信设备以设备履历为核心的在途监测、设备维修检修的全生命周期管理，将历史运营数据、维护数据等进行集成、整理，为作业管理人员提供运维数据支持[8]。铁路车载无线通信设备运用维护管理系统对设备状态数据全量进行采集融合，实现数据共享，并进行深度挖掘，进行关联分析和趋势分析，实现了对车载无线通信设备“用、管、修”的结合，预防和减少设备故障发生，确保设备安全良好运用，促进车载无线通信设备管理方式向智能化、精细化、网络化方向发展，对于推动设备管理发展方式转变具有重要意义，为保障运输安全、提高运输效率、改善服务质量打下坚实的基础。铁路车载无线通信设备运用维护管理系统积累的大量基础数据为铁路大数据的平台建设、设备智能运维提供数据依据，为电务修程修制改革提供支持。