铁路传输智能化预警分析系统研究

黄 莹 中国铁路上海局集团有限公司上海通信段

1 引言

近年来我国铁路事业的蓬勃发展，使负责承载铁路业务的传输设备维护量也在急速增加，传统单一的故障后处理方式无法提前发现设备潜在问题，通过铁路传输智能预警分析系统能够实时诊断设备运行状态，及时发现设备隐患，做预防性质的设备检修，达到保障设备与业务长效安全运行和节省人工数据对比分析成本的目标；系统利用“状态修”理念很好的契合了铁路现阶段设备维护要求与方向，通过相应的技术与算法，快速识别传输设备性能数据特征，预警设备可能存在的问题与隐患；为铁路传输设备维护向智能化发展做积极的探索。

2 现状与目标

2.1 理论基础

状态检修 Condition Based Maintenance(CBM)：通过先进的状态监测和诊断技术提供设备的状态信息，对照设备各项性能指标判断设备的异常，在设备性能超越正常指标但未发生故障前进行预防检修的方式。

2.2 现状与目标

网管系统只能自动存储近期4h到6d的性能数据，无法做到设备运行数据的长久存储和性能数据变化趋势分析功能，只能通过人力的方式来进行采集、整理、筛选、分析等操作来发现设备性能数据中的不同与异常点，在庞大的数据量面前，人力已经无法胜任大量数据的全面分析工作。

传输设备在日常运行中产生了大量的性能数据，如何利用好这些数据，结合设备“状态检修”理念，分析设备各项性能指标状态发现设备的异常隐患，建立铁路传输智能化预警分析系统尤为重要。

3 功能与应用

3.1 实时性能采集

利用CORBA技术实现从传输专业网管完成设备实时性能数据自动采集；通过此技术可以实现包括华为、中兴等多厂家设备性能数据采集需求。

如表1所示性能分析不再需要人工进行性能采集与提取工作，人力与时间消耗为“0”，系统实时采集设备的各项性能指标数据并进行存储，彻底避免人工数据采集的成本消耗，再多的传输网络与设备都可以实现性能数据的实时采集。

表1 传输设备性能数据采集统计示例

3.2 历史回溯与分析

在实际的设备维护中可能由于各种原因造成无法确切的通过历史数据来查询反馈设备是否出现过异常和异常发生时的具体时间，给设备的维护与隐患的排查造成很多困扰；通过铁路传输智能化预警分析系统获取到设备实时性能指标数据，并依据需要更加方便与维护人员进行设备性能数据的回溯查询，直观展示出设备性能指标数据的历史变化趋势（图 1）。

图1 性能指标数据变化趋势图

在传输网络维护应用中，维护人员可以进行各项性能指标数据历史数据查询；当维护人员发现有那些设备出现异常时就可以查询不同时间段内的数据，进行有针对性的指标状态对比，通过性能变化趋势信息来分析异常开始的时间和可能的原因；大大提高了网管维护人员对问题设备进行数据分析的效率与准确性。

3.3 隐患预警

依据大数据技术设计性能特征识别算法，自动识别传输设备性能数据变化状态，依据设备硬件电气特性规范与日常维护标准智能判断识别技术，快速发现设备性能数据变化异常与程度（图2）。

图2 性能状态识别与隐患预警设计流程

设备性能数据变化特征识别：此技术重点在对设备性能数据历史变化趋势与规律的发现；如设备性能指标数据的变化趋势是下降或上升，判断上升或下降的程度，针对此趋势判断是连续性的总体变化，还是周期性的规律变化等，尽可多的发现设备的指标数据变化特征。

针对自动化识别与标准实时匹配对比需要，设计“设备硬件电气规范”与“性能维护阈值标准”数据字典表以支撑软件系统的自动化（表2）。

表2 SDH光板电气特性规范字典表（部分）

通过数据特征识别与预警技术能及时发现所监控的传输网络中设备的性能指标变化信息，快速的给出问题设备所发生的异常是什么以及开始的时间与异常程度，使维护工作在全设备监控的同时有针对性的对发现的隐患进行排查检修（图 3）。

图3 图文联合分析

在网络维护中，维护人员可以及时查看系统“预警隐患”的同时，结合图形化方案协助维护人员进行隐患的时间与影响程度的定位；使维护服务更具有针对性，有目标的完成需要排查与确认的异常设备情况，不再盲目巡检或是过度检修。

设备性能状态诊断是基于全网设备端口级颗粒级别，监控范围更广，自动识别更多的数据变化状态信息，极大表现出全面、准确的优势。

3.4 数据分析

传统的设备性能分析，只能建立的极其有限的数据基础上，需要消耗大量的人力成本来完成数据的整理、筛选、对比工作，缺乏有效的关于数据特征、趋势变化、分类汇总等多维度数据分析手段；铁路传输智能化预警分析系统可以实现传输设备重要性能数据指标信息的汇总分析需要，为提高传输设备异常性能数据识别处置能力提供了有效的技术手段（图4）。

图4 光功率分析

系统全面掌握了实验网络中的设备端口光功率波动变化信息，维护人员有目标的对超限的设备及单板进行具体的检修确认，确定是否需要进行对应异常模块或单板的更换操作，在分析中可以从多个维度来进行分析协助完成更加准确的问题定位流程；比如：通过系统可视化分析可以确认数据波动的频率与时间，定位是偶尔事件还是高频事件，从而帮助维护人员判读可能造成此现象的原因，以协助输出有效的隐患排查与处理方案。

快速完成相应设备指标数据的自动对比，实时掌握设备硬件运行特性，在维护过程中可以根据需要，不定期的核对设备光功率指标的变化情况，对波动的范围进行更加准确的展示，分析可能造成异常的原因和给出正确的故障与异常处理方案。

4 应用成果分析

铁路传输智能化预警分析系统，可以做到传输网络设备性能数据实时采集、数据整理与存储，利用性能数据自动识别算法监控设备性能数据变化状态、及时发现问题隐患、自动预警上报；可以通过可视化分析方式全面掌握设备性能真实数据变化趋势与规律，协助人员对问题进行准确定位处理；快速生成性能统计报表、重要性能数据汇总分析等功能使维护单位能快速完成相关报表数据统计汇报工作；为铁路传输设备维护自动化与智能化技术发展迈出了坚实的一步。

效益目标：

（1）全设备实时监控。

（2）自动分析快速发现隐患。

（3）分析定位更准确。

（4）数据采集零成本。

（5）性能报表输出效率加快。

5 需要进一步研究的问题与建议

5.1 维护流程关联

对传输设备的状态进行了必要的特征识别与问题发现，是完成智能化维护的前题，仍需要结合设备问题处理思路与详细处理流程才能完成一次隐患的排查与确认，在进一步的研究中可以将问题排查与定位的处理方法与步骤进行关联，以在实际工作中指导维护人员进行问题的进一步定位与确认工作。

5.2 全生命周期管理

设备全生命周期管理：从设备上线运行开始持续不断将设备告警、设备性能、业务配置信息、资源配置信息、设备操作记录信息、相关处理流程信息等相关数据进行整合，建立彼此数据之间的关联，完成设备全生命周期内信息的联合分析，结合相应的应用分析需求，可以做到设备整体维护的智能化与自动化升级，实现全面的设备运行状态维护。

利用OLAP与OLTP联机分析与事件处理技术，实现传输设备智能分析、智能预警、智能巡检、智能报表等信息化与智能化全方面深度管理。

6 结论

铁路传输智能化预警分析系统，通过实时采集传输设备数据、多维度分析，实现对性能指标全时段跟踪、异常波动预警，为及时发现隐患、提高传输设备异常性能数据识别处置能力提供了有效的技术手段。具备运用传输网元基础资源信息和实时监测传输设备性能状态信息，真实做到所监控传输系统的全范围、实时设备运行状态检查，实现传输系统性能数据快速检索、综合分析和准确预警。

综上所述基于传输状态维护可以通过完整的相关数据信息积累；运用大数据计算技术实现数据的对比与分析，可以通过更深层次的数据挖掘，真正实现传输设备全生命周期信息的维护与管理，极大助力铁路通信设备维护管理水平，向信息化、智能化方向推进。