基于数据分析的STP系统创新运维方法

苑江涛，张为，刘明源，李燕，赵小军

（北京华铁信息技术有限公司，北京 100081）

1 STP系统控车原理和主要功能

1.1 控车原理

STP系统是用于铁路调车作业的辅助安全防护系统，系统结构示意见图1［1］。地面主机接收计算机联锁系统或TDCS/CTC系统数据，获取站场表示信息；车载主机接收LKJ数据，获取机车速度、手柄方向、公里标等信息。STP系统控车关键在于准确定位调机/车列实时位置，软件算法中同时基于2条主要追踪途径并相辅相成，共同确定调机/车列实时位置［2］。

图1 STP系统结构示意图

一是基于轨道电路的占用/出清。随着调机/车列走行，前方的轨道电路区段会依次占用，后方的轨道电路区段会依次出清，可初步确定调机/车列所在区段大致位置，无法准确判断调机/车列在区段的精确位置。

二是基于应答器定位调机/车列初始位置，再结合LKJ公里标信息，准确定位调机/车列位置。在STP系统建设初期，现场所有区段的距离均已提前测量完毕，所有应答器的安装位置均为已知。调机/车列经过某一特定编号的应答器后，车载相关设备识别并判断此应答器具体位置，也即此刻调机/车列具体位置。随后结合LKJ公里标信息，实时计算调机/车列相对此应答器的走行距离，即可实时定位调机/车列具体位置。

基于以上2点，并结合获取的站场表示信息，在排除调机轮对空转/打滑、轨道电路严重分路不良［3］等极端情况下，STP系统可实时给出调机/车列前方信号机名称、距离、灯显、限速等信息，以实现监控调车作业安全的功能。

1.2 主要功能

STP系统可实现对调机/车列前方关闭信号机的防护、道岔/固定区段限速防护、土档或站界标防护、一度停车点防护等相关功能。

2 运维重点及难点

2.1 运维重点

基于STP系统控车原理可知，区段距离误差、应答器质量、车载应答定位器单元、无线电通信质量等均是影响STP系统监控功能的重要节点［4］。此外，调机轮对的空转/打滑、轨道电路分路不良等属于STP系统外部干扰因素，且可通过撒沙、分路不良整治做适当优化处理，在此不再讨论。

2.2 运维难点

STP系统采用的无源应答器，没有任何线缆与其相连，其状态无法通过有线传输获取。传统的维护方式只能使用应答器读写器定期上道现场检查，可以读取到编码数据即认为是正常的，否则认为故障。但由于应答器读写器和车载应答定位器单元在硬件等方面的差异，存在应答器读写器读取正常但应答定位器单元无法正常读取的情况。此外，对于站场内牵出线等处应答器，调机/车列正常经过时仅有板卡指示灯提示，无法及时判断此应答器状态。因此，现场应答器类故障往往都是已经影响STP系统使用时，由乘务员报故障才能发现，对运维来说非常被动。

区段距离应该在建设初期保证测量的准确性［5］，但由于人为测量误差的存在，实际上有可能存在距离误差。而距离误差将直接影响STP系统控车功能，是极其重要且必须避免的关键因素，这就要求排除人为因素影响，通过技术手段协助确认区段距离的准确性。

无线电通信质量将直接影响STP系统车地设备间信息的实时交互。无线电通信中断超过一定时间，STP系统将直接退网处理，失去对调车作业的监控作用。此外，无线类故障往往具有偶发性，且可能和地面电台/天线/馈线、车载电台/天线/馈线、同频/邻频干扰、地形遮挡、甚至天气变化等诸多因素相关，极难通过常规手段排查处理［6］。因此，在保证无线电通信质量的同时，还要在通信质量趋于恶化前及时发现并处理，才不至于影响STP系统正常运行，对STP系统传统运维方式提出了新的要求和挑战。

3 数据存储与分析现状

3.1 数据存储现状

STP系统电务维护终端主要用于存储运用中产生的数据，包括但不限于接收的计算机联锁数据、机柜状态数据、机车回执数据、车务终端操作数据等。

电务维护终端内存一般约为500 GB，正常可以存储不少于3个月的现场数据。待内存余量低于一定数值后，系统会自动清理最早的旧数据以腾出空间继续存储新数据。

3.2 数据分析现状

目前，STP系统数据分析一般用于对已发生故障的原因查找，如对调机卸载/紧急制动、过应答器无反应、无线通信中断等故障原因的分析［7］，即事后分析。

STP系统数据分析软件一般有电务维护终端运行的现场软件，以及维护人员使用的专用电脑软件。对于简单故障，通过现场软件的回放、检索等功能即可分析确定；对于复杂故障，需要通过专用电脑软件分析。二者功能类似，各有利弊，但后者具备更加丰富的个性化检索功能，可根据具体情况合理选择分析方式。

4 创新运维方法

4.1 区段距离误差分析统计

利用STP系统专用电脑软件，对某站30 d的存储数据进行检索分析，软件自动绘制出调机/车列在这段时间内的所有走行线路［8］，见图2中红线部分。通过区段距离误差检索功能，即可统计出调机/车列经过某一区段的具体时间、每次误差值等相关信息。其中：误差类型（出清）-计算长度为上一区段出清到本区段出清对应LKJ公里标的差值；误差类型（占用）-计算长度为本区段占用到下一区段占用对应LKJ公里标的差值（见图3）。

图2 调机/车列走行线路图

图3 区段距离误差统计

调机在1月14日5：30和5：50左右、1月17日2：10左右分别经过6/12/16DG一次。软件计算出3个“出清误差”、3个“占用误差”，且均与测量值（软件设置值）134 m存在约10 m误差。因此，可合理怀疑此区段存在约10 m距离误差。此外，通过误差值的分布特征，如误差值变动较大且有正值和负值，则可判断此区段存在分路不良［9］。

4.2 应答器质量分析

结合图2中的调机/车列走行线路图，不难得出调机30 d内经过2～14号应答器，仅1号应答器未经过，故应该可以检索到2～14号应答器记录。14号应答器检索记录见图4。如发现存在某一应答器应该检索到却未检到，则此应答器很可能已经彻底故障，需要及时现场检修确认。

图4 应答器记录

此外，有一种应答器类故障常见但却很难处理，即应答器性能下降，表现为偶尔作用不良，但大多数时候作用正常。如图2中安装在17/19G上的14号应答器，数据中一般配置为：上行方向经过时申请入网，下行方向经过时也为申请入网。其主要作用在于调机异常退网后，可以及时通过此应答器自动入网，并且可以校准由于轮对空转、打滑等造成的距离误差。故在调机正常入网状态下，此应答器性能下降甚至彻底故障均无法及时被发现。对此，基于数据分析的STP系统创新运维方法可以很好地解决此类问题。

通过检索17/19G的距离误差，可以间接找到所有经过14号应答器的时间，再对比14号应答器检索记录，二者理论上应该一一对应。如果发现某次调机经过17/19G却没有14号应答器的对应记录，则可基本判定此应答器故障或者性能下降，即可对此类故障提前感知预警，将其消灭在萌芽状态，避免对STP系统造成实质性的影响，同时也相应减轻了运维压力。

4.3 无线电通信质量分析

STP系统车地设备间通过数传电台通信。正常情况下，电务维护终端每秒会记录1～2条机车回执信息，通过检索机车回执信息的超时间隔，即可排查出可疑的无线电通信不良状况（见图5）。

图5 回执超时与信号干扰记录

图5（a）显示：调机5011在7：22：49—7：22：56之间机车回执超时7 s。图5（b）显示：平调设备在由减速信号状态给出停车信号的同时，调机5098在12：58：13—12：58：20之间机车回执超时7 s。据此，如果多台调机均存在机车回执超时记录，则大概率和地面设备相关；如果仅某台调机存在机车回执超时记录，则大概率和这台调机车载设备相关；如果机车回执超时记录伴随着平调信号出现，如图5（b）所示，那么大概率和平调电台干扰相关。

基于对电务维护终端存储数据的长期统计分析，可得出无线通信质量恶化的程度和趋势以及无线通信超时的时间、地点特征等。再结合现场地形、对应时间点、天气或有无其他列车在附近通过等相关因素，即可较为准确判断是否和地形遮挡、天气变化、甚至其他列车无线设备干扰等因素相关，可提前发现并及时处理无线通信相关问题，在保障STP系统正常运行的同时也增加了运维的主动性。

4.4 车载设备状态分析

电务维护终端记录的机车回执信息中包括但不限于车载软件版本、开机记录、与LKJ通信状态、与应答定位器接收模块通信状态、手动定位记录、作业单接收情况等。通过对相关事件的检索分析，即可排查出异常，以便有针对性地进行车载设备的检修。如常见的过应答器无法自动入网故障，通过检索排除是否存在应答定位器模块与车载主机通信故障的可能。

4.5 地面设备状态分析

STP系统地面机柜通过串口、网口、双口RAM等接口进行内外部信息交互。通过检索各通信接口数据状态（见图6），即可快速查找接口异常情况。图6中，A/B机COM1口用于双机通信以完成双机热备功能，COM2/COM4口用于接收计算机联锁系统数据，COM3口用于电台数据收发。A机NET1和B机NET2网口用于地面CPU板卡与电务维护终端通信。A机NET2和B机NET1网口用于地面CPU板卡与车务终端通信。检索发现A/B机COM2口通信超时，说明STP地面机柜与一系计算机联锁系统通信中断。而由于另一系（COM4口）通信正常以及STP系统与计算机联锁系统的交叉互联通信方式，单系故障并不影响STP系统正常使用，故正常情况下很难发现此类故障，而基于数据分析的STP系统创新运维方法则能很好地处理此类故障。

图6 地面通信接口状态检索

4.6 计算机联锁系统等外部设备异常分析

STP系统站场表示信息来源于计算机联锁系统，调机速度、手柄方向等信息来源于LKJ设备，二者出现异常将直接影响STP系统的使用。现场实践中，通过对STP系统记录的卸载/紧急制动分析，曾发现计算机联锁系统信号机异常关闭/发送空数据包/发送数据延时过

长、LKJ手柄方向采集错误等不易察觉的问题，有效避免了计算机联锁系统和调机更大故障的发生。

4.7 其他相关分析

虽然STP系统仅为调机安全防护的辅助系统，但STP系统的存储数据却具有更大的挖掘利用价值。STP系统与计算机联锁系统、LKJ、现车管理系统等均有数据交互；乘务员、值班员、调车员相关作业操作均在STP系统留有记录；进路开放时机、调机作业区域、调车作业数量、调机作业速度、平调信号等均可查询。因此，STP系统是唯一可以多方位、多要素、多过程感知现场作业场景的系统。通过对STP系统存储数据的深入分析，可为现场运维管理、提质增效提供优化建议和决策依据［10］。

利用STP系统存储数据绘制调机某一作业过程的限速（速度）-时间曲线（见图7），由图可知，在第90 s时的一次停车操作影响了运输效率，且调机整体作业速度有较大余量可以提高。

图7 调机限速（速度）-时间曲线图

5 结束语

当前，不仅STP系统，大多数铁路信号设备的运维方法仍为日常巡检维护、事后应急处理等，很少关注设备健康状态监测、故障感知预警等事前分析，造成日常巡检维护耗时耗力但却缺乏有效针对性，运维效果不明显；另一方面，事发后的应急处理往往伴随着较大安全压力以及较高的运维成本。基于数据分析的STP系统创新运维方法则独辟蹊径，通过大量的数据分析挖掘，即可精准感知系统整体状态，为有针对性地高效检修提供了可靠依据，并同时减少了故障发生次数，也为未来STP系统智能化分析软件的开发提供了参考依据。