高铁综合运维的发展与展望

尹春雷

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

我国铁路经过六次大提速，自2008 年8 月第一条高速铁路京津城际铁路的开通，标志着中国铁路正式进入了高铁时代。近年来，通过高铁控制技术和基建技术的不断创新和产业化的推进，我国已经逐渐形成了完善的高铁技术体系，保持着国际领先的技术优势。

与此同时，伴随我国高速铁路建设的快速发展，大量集成度高、运行机理复杂的通信、信号、电力和牵引供电设备在铁路基础设施中的装备也呈现爆发式增长，各专业间和专业内部各子系统间多元耦合、联系紧密，维护难度日益加大，但综合维护手段的自动化、智能化和综合一体化水平不足，给基层铁路运维人员造成了较大的工作压力和负担。

2 高铁综合运维现状

我国高铁建设运营10 年来，高铁技术装备水平大幅提升，高速动车组运行密度也大幅增加，运营环境日趋复杂，确保高铁和旅客安全面临许多新的情况、问题和挑战。虽然在高铁运营之初就设置了综合维修工区和综合维修段，但我国高铁的运维模式仍是在沿袭既有线路基础设施运营维护模式的基础上逐渐发展，目前尚未形成规模化的综合维修生产一体化管理模式。传统的高铁基础设施维修基本采用专业垂直管理，主要由工务、电务、电力和牵引供电、工务等各专业各自维修，这种分专业运维管理模式已明显不适应技术设备高度融合的现实需要，天窗利用率较低、专业结合部多、生产资源无法统筹共用、运维成本居高不下等问题十分突出。

随着国铁集团2017 年《关于推进高速铁路综合维修生产一体化管理的指导意见》、2018 年《关于加快推进高速铁路综合维修生产一体化管理的通知》、2019 年《关于进一步深化高速铁路综合维修生产一体化站段改革的指导意见》的相继出台，逐渐明确了构建“七统一、一联合”（即统一管理架构、统一生产计划、统一“天窗”安排、统一生产组织、统一应急处置、统一综合防护、统一信息平台和联合调度指挥）的高铁综合维修生产一体化的管理模式和基础设施站段组织机构保障，高铁将全部建成综合维修工区，沿线将普遍设立综合维修车间，为建立科学规范、制度配套、运行高效的高铁基础设施综合维修管理体系奠定了基础。

近两年高铁工电供综合维修一体化等一系列维修体制改革试点，通过设置工务、电务、电力和牵引供电综合维修天窗作业模式，已经有效提高了车载设备、电务设备、工电融合的道岔设备、钢轨设备、接触网等设备的维修效率，取得了较好的效果。

3 综合运维的必要性

高铁综合维修的一体化管理能有效减少各专业维修作业的相互干扰，强化高铁设备设施的质量基础，同时，推进综合维修一体化管理也是推动铁路高质量发展的必然选择，有利于实现劳动力、机械设备、维修天窗的资源综合利用，促进提质增效；更有利于降低运维成本，构建中国特色、世界一流的高铁基础设施运维管理标准体系。

4 综合运维关键技术及发展方向

高铁综合运维的建设和实现，离不开高铁综合运维的顶层设计、系统规划和制度建设等体制机制保证，更重要的是必须要有综合运维技术和装备的创造和革新作技术支撑，打破铁路各专业间的信息壁垒，整合各专业运维资源，建设高铁综合运维系统平台。

当前，世界已进入以信息化革命为特征的第三次科技革命，随着国家层面对科技创新的巨大支持，新一轮科技及产业变革已经出现。在铁路领域，伴随着5G、物联网、云计算、人工智能、传感感知等新技术的创新和应用，带来了铁路运维新的技术驱动，构建铁路综合运维系统的技术环境已经日趋成熟。

高铁综合运维技术研究的重点应在于解决我国高铁快速建设与运维力量相对分散、薄弱的矛盾，打破装备边界，以单装备诊断为基础，构造系统化联合分析算法，形成高效处置能力；打破专业边界，深度挖掘专业结合部故障干涉特性，构造多专业信息综合分析模型，实现系统信息的全面共享和专业间的联动，支撑构建工务、电务、电力和牵引供电一体化联合高效作业模式，并与运输指挥联动，构造维运协同机制，实现各专业设备全生命周期健康管理的数字化、信息化、智能化及其结合部闭环管理，为综合运维人员提供高效率、高可靠性、高精准度的隐患预测和故障定位技术服务和维修调度管理平台。

综合运维的关键技术研究方向展望如下。

1）传统基础运营装备的智能化研究及应用

随着计算机、物联网等信息技术的快速发展，铁路运营装备逐渐向数字化、集成化和智能化方向发展，但传统的机械、继电等基础装备如钢轨、道岔、弓网系统等非智能化设备，由于其信息化程度不高且长期暴露于室外恶劣运行环境，一旦出现异常，其故障的排查需要耗费大量的人力物力和时间成本。综合运维系统应将结合此类基础装备的运行特性、故障机理，构建设备的故障特征库，以运营过程中设备的监测数据为基础，基于故障预测与健康管理技术（PHM）体系，采用基于CPHS 的信息融合技术和基于深度学习的数据挖掘技术，综合采用专家系统、模式识别、趋势分析等故障诊断算法，实现传统运营装备的智能化提升。

2）云平台及虚拟化技术的研究及应用

随着铁路网络化运营的推进，综合维修建设也逐步成为近期的发展趋势，线路联网成为大势所趋。云平台及虚拟化技术作为一种新的系统建设模式，可以转变IT 架构管理，提高系统灵活度和服务器的利用率，实现业务快速部署，动态扩展资源，实现系统的高可用性，方便动态扩展业务，从而基于云平台的优势，实现智能运维综合维修中心建设。

3）多驱动引擎融合的实时诊断分析技术的研究及应用

由于综合运维系统中设备设施的多样化，其表现出的感知信息也随之呈现多样化，传统的面向单一类别的波形分析技术已经无法实时预警分析及诊断需求。结合波形分析、推理分析、故障树分析、机器自学习、概率统计分析等多种引擎混合驱动的实时预警分析及诊断技术已势在必行。当设备存在隐患时，系统自动预警并提供维修建议，提前消除隐患于萌芽状态；设备故障时，系统实时发现故障，维护人员根据系统给出的维修建议进行快速维修，有效压缩故障延时。同时，通过引入领域性的知识图谱，通过将故障领域内的知识结合设备拓扑知识通过CMDB 技术和一些机器学习的技术抽象化，构建成图谱结构，在数据赋能的情况下，实现数据与图谱动态结合，用于辅助解决复杂查询、关联分析、根因追踪等场景的需求，结合数据分析手段，通过多级数据反馈结果，完成对故障根源的搜索定位。

4）多源融合可信感知理论与关键技术的研究及应用

在综合运维系统中，传统低频、单一的电气特性感知技术已经不适应系统可靠安全运营的要求，主要体现在感知对象已经从原信号设备电气特性指标演变成电气特性、机械特性、视频、音频、信息流、网络包等多样化对象；体现在感知频率需求不断提升，从传统的低频感知演变成需捕获ms 级瞬时特性的高频感知；体现在对感知设备与被感知设备的安全隔离要求日益不断提升；同时，感知场景日益复杂，从传统的持续定时取样演变成时间域变化的、对象可转化的复杂取样。

针对高铁运营装备分布广泛、持续工作、安全隔离等特有问题，研究应用新型感知设备（智能传感器、智能仪表、智能视频、智能音频、智能标签等），通过多源数据融合实现智能感知；实现面向核心安全设备的非侵入式声、光、电、信息流等感知技术以保障感知的安全性；实现可智能自识别关键场景、自切换采样模式的综合智能感知系统。

5）基于AI 的视频智能识别算法的研究及应用

为弥补各子系统自诊断功能的不足，代替机房人工巡检，综合运维系统应研发基于图像分析技术的视频智能分析子系统，基于视频图像分析技术，实现系统灯位的实时监控，并具备故障诊断和预警功能。除了研究基础的图像分析算法外，还需要研究机柜滚动故障代码识别算法，主备钥匙识别算法，机柜去网格算法以及机房光线干扰的相关算法，确保视频智能识别结果的准确性。

6）基于机器人巡检的自动化采集控制技术研究及应用

人防、物防和技防是安全防范的3 个范畴，在设备运行环境严酷、空间受限等条件制约下，如高压变配电设备设施、通信铁塔、接触网架空线、设备机房等处，通过机器人/无人机的非接触式传感探测技术、安全远动技术、室内外精准定位技术、高效无障碍通信技术等自动巡检及控制技术的开发，实现铁路全方位、全覆盖、全时段的安全防控。

7）系统级综合评价技术研究及评价系统开发

研究能够描述通信、信号、电力和牵引供电及工务工程基础设施整体运行情况的参数及指标，检测系统整体运行状态的方法，预测系统整体运行趋势；研究系统各专业内部设备之间安全通信状态的故障诊断技术；研究信息系统级联锁校验技术；建立系统级的故障库，研究系统级的故障诊断方法；采用数据挖掘理论与方法中的频繁模式识别、离群点检测、聚类等方法与技术，识别系统运行过程中的异常情况。基于以上研究开发系统级运行评价系统，实现现场的系统级运行状态检测、运行趋势预测、系统数据校验及综合故障诊断，使系统级的用户能够随时掌握系统整体运行状况及运行趋势，提前做好预案，缩短维修时间。

8）设备主动维修决策技术的研究及应用

传统的定期检修制度一方面带来了检修和维护人力、成本的浪费，另一方面对设备的过度检修也会降低设备的可用性，对设备的正常运行带来隐患。综合运维系统应基于智能感知和协同识别信息，研究建立设备健康评估、主动维护模式，有针对性地完善保障设备可靠运行；基于设备全生命周期质量监控和评估，智能预测、推荐设备检修周期和设备使用寿命；以设备的真实质量水平、结合维修预案，动态智能提出设备维护和维修计划，辅助实现主动维护决策，在实现设备高度可靠性的同时，实现维保工作的提质增效。

5 结束语

高速铁路综合维修一体化是当前铁路改革发展中的一项重要工作，也是全面提高铁路设备单位的检修质量和天窗利用率的有效方式。高铁综合运维系统围绕铁路装备产业化战略实施，顺应我国制造业自动化、智能化、精益化、绿色化发展趋势。综合运维系统技术的研究和发展，将显著提高铁路四电及工务等各专业跨系统、跨设备的综合智能分析和故障诊断能力，在辅助铁路安全运营、生产调度指挥、设备全生命周期管理等方面发挥积极作用，在实现铁路安全生产、带动减员增效、提高效益和效能、提升铁路运维装备信息化水平方面具有显著的示范意义。