铁路综合运维探讨

闫友为

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

铁路设备运维工作涉及车务、机务、工务、电务和车辆等部门，各专业设备种类繁多，数字化、精密化程度日益提高，运维流程与运维模式不尽相同，当出现跨专业的故障或问题时，问题难以分析、沟通不畅导致维修难度加大。随着铁路运输安全压力及准点率要求的不断提高，对铁路运输系统各专业数据的深层次分析及融合分析的需求迫在眉睫。

近年来各路局开展的工电联整活动，对消除工电结合部设备病害、减少设备故障起到良好的示范效应。因此，进一步探索车、机、工、电、辆的综合运维模式，将铁路各部门、各专业运维需求进行整合，通过计算机和大数据技术，对系统在线、离线数据进行跨专业、跨工种的智能诊断和综合分析，简化运维流程，提高运维效率，实现敏捷运维，必将成为未来铁路综合维修的一种途径。

2 各专业运维现状

当前，铁路各专业维修模式以分专业维修为主，运维系统技术装备相对独立分散，尚未形成集中统一的维修调度平台，缺乏全系统运维的整套解决方案。通信专业方面，常见的是传输及接入系统网管系统、G网接口监测系统、光纤监测系统等；信号专业方面，常见的是信号集中监测系统、DMS、电务综合运行维护系统等；电力和牵引供电方面，主要是SCADA系统、6C系统等；机车专业主要是6A系统；车辆专业主要是5T系统；信息专业各系统自带网管；工务专业常见的是综合检测车、防灾安全监控系统、钢轨应力监测系统等。

3 综合运维的必要性

发展铁路全专业综合运维，利用先进的网络化、信息化技术，将各专业系统运维信息进行综合集中，实现“一机多能”。可以合理利用资源，减少管理机构，打破目前“小而全”的格局，集中人力和装备资源，克服“行业自大”的习惯。在减少整体设备投入的同时，增强全系统的诊断分析和综合定位功能，有效提升运维效率、降低运维成本。

4 综合运维需求分析

为实现铁路综合运维，需整合铁路通信、信号、电力、牵引供电、机车、车辆、信息、工务等各专业和各系统动态运维数据和设备静态履历信息，实现跨专业维修数据的汇聚、融合与维修联动，如图1所示。根据铁路维修工作中不同层级、不同角色人员的要求整合各类运维信息，实现运维三大要素设备、人员、维修流程的“三位一体”，如图2所示。

图1 跨专业整合Fig.1 Multidisciplinary integration

图2 综合运维管理整合Fig.2 Integration of comprehensive operation and maintenance management

运维系统首先应具备设备状态全面监测功能，监测范围应能涵盖铁路全专业系统的主要组成设备；应具备设备级的故障诊断功能，能够基于监测数据对设备的运行状态进行分析，对故障状态进行识别；应具备系统级的综合分析功能，能够对系统级故障情况进行诊断、对危险趋势进行识别，实现智能报警及预警；应具备智能维护功能，能够根据故障现象、异常现象为系统用户提供准确的维修建议；应具备设备管理、软件管理、数据管理功能，能够对全系统组成设备的运营状态、运行情况、健康状况进行全面监控，并及时提供维护建议，能够对全系统工程数据的正确性进行实时校验；应具备信息远程调阅功能，能够在铁路各相关部门、城市轨道交通运营单位、第三方维保服务提供商等地点实时显示与运营维护相关的信息。

5 综合运维技术路线

为实现综合运维功能，系统应在一体化、平台化、智能化、移动化上进行规划设计。在一体化方面，整合通信、信号、电力、牵引供电、机车车辆等各专业信息，突破专业壁垒，构建综合运维系统，实现设备状态和维修管理的联动，实现动态的设备运用情况综合评价。在平台化方面，采用云计算、大数据等技术构建设备与维修信息综合集成平台，提高设备维修效率，提升设备维护水平，降低运营维护成本。系统需具备与资产管理系统、行车调度指挥系统等系统的对接能力，实现设备全生命周期管理、维修信息与行车信息的联动互控，更好的服务于运输。在智能化方面，通过大数据挖掘，实时准确定位专业内及各专业结合部的故障，智能分析故障原因，自动提供处理建议，通过预警与故障定位的结合，有效压缩故障延时。通过移动单兵系统实现维修人员与设备、作业流程的联动，解决一线维修人员在现场作业过程中的信息化问题。

6 系统架构

为了提高运维效率，缩短运维调度指挥链，综合运维系统可采用“中心-车站”两层应用架构。

在车站层设置站机或通信前置机，对各专业设备进行数据采集和预处理，通过维护网将数据发送给中心机进行处理和综合分析。

在运维中心设置中心机，搭建云平台，以支撑数据集成、分布存储与检索、大数据挖掘等基础服务，以及设备监测诊断、设备维修管理及信息统计分析等核心业务。系统可根据需要布设相应终端，辅助生产决策和应急指挥。

在沿线设置综合维护工区，在综合维护工区配置维护终端，并可根据需求配备移动终端，实现中心与现场的远程调度指挥。

系统结构如图3所示。

图3 系统结构Fig.3 System structure

7 系统功能

1) 系统联动互控

系统通过与运营调度指挥系统的紧密联动，将风险预警、故障报警、维修策略等信息实时推送给运营人员，辅助运营人员及时调整运营计划，提高运营效率。同时，系统可与各专业资产管理系统连接，自动或手动导入资产管理系统数据，获取系统设备资产静态信息及履历信息，通过对资产动、静态运维数据的融合，实现设备资产全生命周期管理，如图4所示。

2) 在用设备状态综合监督诊断

系统对铁路全专业系统在用设备状态进行纵向、横向全方位综合监督诊断。

图4 系统联动互控Fig.4 System linkage and mutual control

纵向按照全局、线路、车站等多个层次对设备状态进行展现，各专业设备可在每个层次中进行集中管理，如图5所示。

横向融合通信、信号、电力、牵引供电、机车车辆、信息等多个系统的信息进行跨专业、跨设备的综合分析诊断及运行、维修联动，如图6所示。

图6 跨专业综合分析Fig.6 Comprehensive analysis across disciplines

系统综合诊断结果采用三维场景重建技术，根据问题定位故障到板卡等最小可替换单元。如图7所示。

图7 三维场景重建Fig.7 3D scene reconstruction

3) 故障（问题）闭环管理

系统内置故障（问题）闭环管理流程引擎，当故障产生时，维修工单可自动生成并关联相关信息，系统可通过移动终端实时处理工单信息，提高故障处理效率。闭环管理流程如图8所示。

4) 设备管理

系统可将设备健康状态与设备维修维护策略深度融合，通过内置运维流程的紧密嵌套，实现全专业设备资产的全生命周期闭环管理，实现设备状态监督、故障诊断、风险识别、智能预警与设备管理、应急指挥、生产调度协同运作。

5) 应急指挥

系统可采用内置应急流程引擎技术，为跨专业应急抢修提供指挥平台，实现应急信息的入库、统计和分析，自动制定应急计划，优化应急工作流程，采用多目标动态规划算法，通过GIS系统，自动生成维修任务及维修路径，采用综合定位技术，通过集成即时通信系统，实时追踪维修人员的位置，通过维修人员的手持终端及时获知现场情况，完成应急指挥的智能化、自动化管理，提供及时准确的维修调度信息，实现智能敏捷的应急指挥功能。

6) 综合信息调阅

系统通过综合信息调阅功能实现铁路全专业信息的集中展示和查询，基于GIS平台，可以快捷方便的查询相关设备操作和故障的信息。以设备为单元，查询结果包含基本信息、实时数据、历史数据、视频信息、维修保养信息、在线监测数据等全面的信息显示。

7) 数据统计

系统可统计各专业各类系统的状态数据，包括设备故障统计、人员工作量统计等，以柱状图、饼状图等方式，直观展现设备运用质量，同时可支持多元化统计查询。

8) 移动单兵

系统可配备移动单兵设备，实现故障处理、设备巡视、日常养护等作业全过程盯控。

8 经济效益分析

铁路综合运维系统将铁路各专业运维业务进行整合，能够减少人员重复性劳动。由调度指挥中心统一管理和指挥运维业务，直接向现场维修人员下发维修指令，可减少管理层级，缓解人员不足的压力。

图8 闭环管理流程Fig.8Flow chart of closed loop management

通过跨专业间设备结合部的综合分析，能够更准确的定位系统故障点，并实现设备健康预警，减少日常检修工作。通过智能诊断，降低对人员的技术能力要求，减轻人工分析工作量，缩短故障分析时间，提高应急故障处理效率。

9 结束语

面向我国铁路建设快速发展与运维力量相对分散、薄弱的矛盾，本文提出了综合运维的概念，综合运维系统可有效打破各专业间的信息壁垒，实现系统状态信息的全面共享和专业间的联动，将对深化铁路运维组织改革、提高运输效率和运维效率，保障铁路运输安全带来深远影响。