铁路供电管理信息系统的研究及应用

乔凯庆

（中国国家铁路集团有限公司 工电部，北京 100844）

中国电气化铁路的快速发展和运营品质的提升，对牵引供电设备的安全运行提出了更高的要求[1]。同时，随着列车运行速度的提高和新技术新装备的运用，供电安全生产风险不断增多，供电部门的运行维护压力持续增加。铁路供电信息化是保障供电安全生产的重要手段[2]，经过多年发展，已经形成了围绕设备管理、检测监测、生产组织等3 个应用层面的信息系统。

（1）设备管理方面：铁路局集团公司遵照中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）下发的设备管理规范，结合生产作业实践，实现对接触网、牵引变电设备、电力设备的基本台账、设备缺陷、检测监测和检修记录等信息的管理。

（2）检测监测方面：主要包括铁路供电安全检测监测系统（6C 系统）[3]、铁路供电远动系统（SCADA）[4]、牵引变电辅助监控系统[5]等，对供电设备的运行状态和技术参数进行检测监测。

（3）生产组织方面：供电生产作业管理以检测监测和检查数据为基础，针对设备缺陷，实现按年、月、周、日计划的编制和审批、现场作业管理、设备缺陷管理、安全风险管理等作业过程信息化管理。

从全国铁路（简称：全路）来看，供电系统各专业间信息化发展程度尚不统一，例如接触网专业信息化程度较高，在生产组织、设备管理、检测监测方面基本实现了信息化，而电力、变电等专业信息化程度较低，大数据应用仅停留在数据统计汇总与可视化展示上，故障预测、健康管理等对大数据价值的深度挖掘还有待提高。相关系统建设以铁路局集团公司、站段需求驱动为主，较为分散，铁路外厂家参与多，未形成国铁集团与铁路局集团公司之间数据高效联动、统一应用的格局，制约了资源共享，以及运用大数据辅助运营维护（简称：运维）组织与管理决策。因此，亟需建立统一的供电管理信息系统，用以统一生产组织流程及现场生产作业管理，实现全路范围内的供电数据共享互通。

本文从铁路供电系统实际出发，充分分析现场业务需求，基于集中部署+微服务、多源异构数据汇集等技术，设计铁路供电管理信息系统，实现铁路供电系统的设备资产统一管理、数据共享互通、统一生产组织及辅助决策支持。

1 系统架构

1.1 总体架构

铁路供电管理信息系统总体架构如图1 所示。

图1 铁路供电管理信息系统总体架构

铁路供电管理信息系统与6C 系统共享设备缺陷数据，与综合维修生产管理信息系统共享供电设备台账、生产数据，与工（务）电（务）供（电）调度安全信息管理系统共享安全信息；其他如运输调度管理系统、工务管理信息系统和支撑平台中的GIS 平台，通过一体化信息集成平台为本系统分别提供天窗计划数据、线路车站信息及地理信息；运维管理平台和集中安管平台用于辅助本系统进行运维和安全管理；移动终端通过移动互联网接入平台与本系统进行交互，用于同步和上传供电设备生产信息，辅助生产作业管理。

1.2 技术架构

铁路供电管理信息系统以集中部署的方式利用国铁集团主数据中心硬件和虚拟资源，按照跨平台、可移植、易扩展、易维护的原则进行设计，整体采用微服务架构，将复杂的业务逻辑、流程控制逻辑和数据存取逻辑通过不同的技术层面，实现业务逻辑的快速部署和灵活调整，充分保证系统的安全可靠访问，同时考虑后期国产化相关技术运用升级和不同数据库之间数据迁移的可操作性、便捷性，技术架构按照基础设施即服务（IaaS，Infrastructure as a Service）、 平台即服务（PaaS ， Platform as a Service）、软件即服务（SaaS，Software as a Service）[6]等服务模式进行划分，系统技术架构如图2 所示。

（1）IaaS：包括服务器、存储和网络环境。

（2）PaaS：包括数据服务、业务服务和服务中心。数据服务由数据中台组成，数据中心依据系统的数据目录分类进行存储并提供持久化服务，数据中台对数据进行统一管理，依据数据标准对数据进行治理，并提供数据服务、数据计算和业务协同服务；业务服务可将数据中台提供的资源整合成中间件或统一组件，方便被服务中心或前端组合随时调用，也可以依据服务中心或前端需求进行定制化服务，从而满足软件功能的个性化需求。

（3）SaaS：在平台服务基础上关注业务实现，主要包括交互功能实现和落地应用，用户可通过Web 或终端App 进行访问。

1.3 网络架构

铁路供电管理信息系统网络架构如图3 所示。

图3 铁路供电管理信息系统网络架构

本系统集中部署在国铁集团主数据中心，其网络方案基于主数据中心的网络条件进行设计，运行于铁路内部服务网应用类服务区。移动端APP 应用通过移动网络接入国铁集团主数据中心互联网接入区，利用安全平台网络安全防护策略实现互联。为应对移动终端用户所处网络环境的复杂情况，解决无线传输网络的不稳定性造成用户断线问题，采用数字证书+安全平台的数据传输方式实现生产一线数据的实时收集和传输处理。数据在国铁集团主数据中心外部服务网进行数字证书校验，认证通过后，通过安全平台将数据发送至内部服务网服务器并共享数据资源。

2 系统功能

2.1 国铁集团级系统功能

铁路供电管理系统国铁集团级功能架构如图4所示。

图4 国铁集团级功能架构

（1）系统首页数据展示

通过铁路运营里程、接触线、承力索、牵引变电所、机构、人员、故障事故、生产任务、供电经营等详尽的指标体系实时掌控铁路供电系统的状态，将采集的数据形象化、直观化、具体化，打破数据隔离，实现指标分析及决策场景落地，为管理人员提供“一站式”决策支持[7]。

（2）台账汇总

依据接触网、变电、电力、给水等不同专业的不同设备类型，按照线路信息、组织机构等不同维度实现各铁路局设备管理数据归集；依据管理需求实现各铁路局机构人员数据归集，并按照组织机构、专业、资质、工种等维度实现机构人员查询汇总。

（3）生产汇总

包括供电月报、计划汇总、专项管理、作业车运用及检测监测，主要实现各铁路局生产数据归集，接入国铁集团级6C 中心，对全路各专业的生产计划、专项工作、作业车运用、检测监测等内容进行汇总统计，支持按照铁路局、站段、专业、线路、日期等维度进行信息查询汇总。

（4）经营分析

主要包含牵引用电、电力用电及给水汇总，实现按照铁路局、站段、年度、季度等维度的汇总和统计分析。

（5）考核评价

主要包含评价指标和评价汇总。其中，评价指标即按照安全指标、设备质量、重点任务、加分项目等评价项点指标形成评价数据字典，作为评价标准和依据；评价汇总实现评价数据的汇总和统计，根据评价项点自动计算相关评价指标数据，提供打分功能，计算各铁路局得分排名情况，并支持以图表形式对数据进行展示。

（6）综合管理

包括案例交流、教学课件、规章制度和通讯录。其中，案例交流主要实现全路范围内典型案例资料的维护、共享、下载；教学课件主要实现国铁集团及各铁路局的专业培训、基础资料等典型课件的发布与共享；规则制度主要实现国铁集团对技术规章、管理制度、通知公告、通报、督查督办等公共信息管理；通讯录主要实现通讯录管理和查询功能，支持铁路局、站段供电专业主要人员联系方式的维护。

（7）系统管理

主要包含组织机构管理、人员管理、角色管理、权限管理等，实现对国铁集团级铁路供电管理信息系统的维护、管理和监控。

2.2 铁路局集团公司级系统功能

铁路供电管理信息系统铁路局集团公司级功能面向铁路局、供电段/维管段、车间、工区/班组4 级供电管理或生产部门，以供电专业运检修安全生产过程管理为核心，建立生产闭环管理业务流程，功能架构如图5 所示。

图5 铁路局集团公司级功能架构

（1）系统首页数据展示

通过可视化图表、仪表盘、轮播、数据钻取等方式实现供电生产过程的综合展示与统计分析，包括设备汇总、工作票统计、工作量统计、缺陷分类统计及组织人员、计划进度、超周期预警、天窗兑现情况、运营情况、管内天气预报等内容的信息展示，为用户提供更直观、更便捷的人机交互体验。

（2）决策分析

主要包含状态分析、生产分析和预警报警。其中，状态分析即依据设备资产的投产时间、检测记录、缺陷历史、作业频次等，多维度、多角度和深层次分析对设备质量状况的影响要素，实现对设备状态量化评定，为设备运行检修计划、设备更新改造提供数据支撑；生产分析主要实现对接触网、变电、电力运行检修计划的执行情况、完成率、覆盖率等关键指标的多维度分析，对生产计划中作业项目、作业人次、作业风险、缺陷处理的纵横向对比分析；预警报警主要实现设备寿命、检修和缺陷的到期预警、超期报警。

（3）接触网/变电/电力管理

对接触网/变电/电力设备的设备履历、计划、作业、检修记录、质量评价、缺陷等进行管理。

（4）给水管理

对给水设备的设备台账信息、计划制定审批、作业派工单、台账记录等信息进行管理。

（5）作业车管理

对作业车基础信息、司机基本信息、检修记录、运行揭示等进行管理，并以车为单位，建立动静态数据结合、流程化的一车一档管理。

（6）调度管理

实现交班、值班、生产日报、计划、应急抢修和跳闸的管理。其中，交班管理以调度台为单位进行管理，跳闸管理按照供电和电力进行分类管理。

（7）安全管理

主要包含安全信息、安全用具、故障、事故、外部环境和消防管理。其中，安全信息管理对工电供安全信息系统安全信息的接入和对安全科、安全生产调度指挥中心人员在巡视、应急处理时发现的问题进行管理；外部环境实现对鸟害、冰害、危树、轻飘物、污闪、雷击、水害、三线跨越、跨越线等外部环境因素的管理。

（8）字典配置

对通用分类信息、线路、车站、单位管界、作业项目等字典进行管理、设置。

（9）综合管理

对技术规章、通知公告、资料文件、督办信息、用户意见等信息进行管理。

（10）系统管理

实现对铁路局集团公司级铁路供电管理信息系统的维护、管理和监控，包含组织机构管理、人员管理、角色管理、权限管理、界面管理、系统监控和参数设置。

（11）作业APP

实现移动巡视、作业管理、数据采集、记录查询等功能。其中，移动巡视即以巡视计划为基础完成现场巡视作业及巡视记录填报；作业管理即对作业计划、工作票等流程业务的管理和审批；数据采集分为在线和离线操作，对现场作业过程中产生的缺陷信息录入并上传至专业缺陷库，通过离线操作应对特殊地区较差的网络环境；记录查询可按照日期范围、线别、车站、区间、所亭、设备等检索条件快速查询检修、监测、缺陷、测试等记录信息。

3 关键技术

3.1 集中部署+微服务技术

采用集中部署的方式将数据库服务器、文件存储服务器、日志服务器、应用服务器等物理设备集中部署于中国铁路主数据中心，并以微服务的理念将供电业务拆分为众多细粒度的服务组合，提高铁路供电管理信息系统应用的灵活性[8]。

3.2 多源异构数据汇集技术

针对全路不同供电系统不同数据源的不同结构数据，利用技术手段实现业务数据逻辑规则的自动校验处理、无效数据滤除、数据传输过程监控等；同时，开展数据资源的清洗、整合和规范化处理，定时自动归集规范数据，实现铁路供电系统多源异构数据的汇聚、整合。

3.3 大数据可视决策技术

在充分汇集与整合全路供电基础设施、设备缺陷等数据的基础上，从可视渲染、可视分析和可视决策等3 方面挖掘数据信息的最大价值，实现对铁路供电行业的精确化监测、分析与呈现，从而充分提高供电设备维修决策的能力和效率。其中，可视渲染技术主要包括基础可视渲染技术（含统计图、分布图、关系图等）和数据驾驶舱；可视分析技术是以可视渲染技术为基础结合一定的分析计算对数据进行处理、运算和挖掘，展现更深层次的价值、规律；可视决策技术以可视渲染技术和可视分析技术为基础，结合行业业务决策需求提供决策支持。

3.4 移动终端应用技术

移动端数据传输技术：按照用户权限，在移动端建立基于多线程的基础设施履历、设备缺陷、生产计划数据同步功能，对数据传输内容进行安全处理，传输过程中同步验证数据来源及传输数据的完整性，对传输数据结果进行校验。

移动端数据采集技术：研究铁路供电信息移动端应用技术，结合设备履历建立标识信息，面向车间、工区生产一线，实现设备日常检查、缺陷复核、电气特性测试等现场数据的快速采集。

4 系统应用

铁路供电管理信息系统主要服务于国铁集团、铁路局集团公司、供电段/维管段、车间、工区/班组，用以科学指导生产，及时发现设备隐患和设备缺陷，辅助运维组织与管理决策。本系统将逐步替代各铁路局集团公司、站段自建的生产系统，以自主可控为原则，进行全路统型，进一步提升供电系统信息化管理水平。其应用优势如下。

（1）汇集各铁路局集团公司供电系统优点，在全路整体规划名称、功能，统一系统运维。

（2）建立全路统一的数据标准，集成供电系统相关数据，实现与相关专业系统交互，实现供电系统数据资源全路共享，提高管理效率。

（3）深化大数据分析、人工智能、物联网等技术在供电系统的应用，强化决策分析手段，提高供电设备养护维修的精准性、科学性，推动供电运维的智能化发展。

（4）统一安全管控，从数据、应用和网络安全等3 个方面统筹提升系统安全防护能力，从技术、管理和运维等3 个角度构建安全防护体系，保障网络安全。

5 结束语

本文围绕供电系统各专业间信息化发展程度不统一、检测监测数据利用率不高等问题，设计铁路供电管理信息系统。通过建立全路统一的供电系统数据标准，实现与相关专业系统交互、供电系统业务数据集成、数据资源全路共享，打破供电系统信息孤岛，深化大数据分析、可视化等技术在供电系统的应用，提高供电设备养护维修的精准性、科学性，推动供电运维的智能化发展。下一步将针对具体数据，结合人工智能技术，开展数据挖掘分析，进一步提高铁路供电系统的智能化水平，提升既有数据应用价值。