鐵路傳輸智能化預警分析系統研究

黃 瑩 中國鐵路上海局集團有限公司上海通信段

1 引言

近年來我國鐵路事業的蓬勃發展，使負責承載鐵路業務的傳輸設備維護量也在急速增加，傳統單一的故障后處理方式無法提前發現設備潛在問題，通過鐵路傳輸智能預警分析系統能夠實時診斷設備運行狀態，及時發現設備隱患，做預防性質的設備檢修，達到保障設備與業務長效安全運行和節省人工數據對比分析成本的目標；系統利用“狀態修”理念很好的契合了鐵路現階段設備維護要求與方向，通過相應的技術與算法，快速識別傳輸設備性能數據特征，預警設備可能存在的問題與隱患；為鐵路傳輸設備維護向智能化發展做積極的探索。

2 現狀與目標

2.1 理論基礎

狀態檢修 Condition Based Maintenance(CBM)：通過先進的狀態監測和診斷技術提供設備的狀態信息，對照設備各項性能指標判斷設備的異常，在設備性能超越正常指標但未發生故障前進行預防檢修的方式。

2.2 現狀與目標

網管系統只能自動存儲近期4h到6d的性能數據，無法做到設備運行數據的長久存儲和性能數據變化趨勢分析功能，只能通過人力的方式來進行采集、整理、篩選、分析等操作來發現設備性能數據中的不同與異常點，在龐大的數據量面前，人力已經無法勝任大量數據的全面分析工作。

傳輸設備在日常運行中產生了大量的性能數據，如何利用好這些數據，結合設備“狀態檢修”理念，分析設備各項性能指標狀態發現設備的異常隱患，建立鐵路傳輸智能化預警分析系統尤為重要。

3 功能與應用

3.1 實時性能采集

利用CORBA技術實現從傳輸專業網管完成設備實時性能數據自動采集；通過此技術可以實現包括華為、中興等多廠家設備性能數據采集需求。

如表1所示性能分析不再需要人工進行性能采集與提取工作，人力與時間消耗為“0”，系統實時采集設備的各項性能指標數據并進行存儲，徹底避免人工數據采集的成本消耗，再多的傳輸網絡與設備都可以實現性能數據的實時采集。

表1 傳輸設備性能數據采集統計示例

3.2 歷史回溯與分析

在實際的設備維護中可能由于各種原因造成無法確切的通過歷史數據來查詢反饋設備是否出現過異常和異常發生時的具體時間，給設備的維護與隱患的排查造成很多困擾；通過鐵路傳輸智能化預警分析系統獲取到設備實時性能指標數據，并依據需要更加方便與維護人員進行設備性能數據的回溯查詢，直觀展示出設備性能指標數據的歷史變化趨勢（圖 1）。

圖1 性能指標數據變化趨勢圖

在傳輸網絡維護應用中，維護人員可以進行各項性能指標數據歷史數據查詢；當維護人員發現有那些設備出現異常時就可以查詢不同時間段內的數據，進行有針對性的指標狀態對比，通過性能變化趨勢信息來分析異常開始的時間和可能的原因；大大提高了網管維護人員對問題設備進行數據分析的效率與準確性。

3.3 隱患預警

依據大數據技術設計性能特征識別算法，自動識別傳輸設備性能數據變化狀態，依據設備硬件電氣特性規范與日常維護標準智能判斷識別技術，快速發現設備性能數據變化異常與程度（圖2）。

圖2 性能狀態識別與隱患預警設計流程

設備性能數據變化特征識別：此技術重點在對設備性能數據歷史變化趨勢與規律的發現；如設備性能指標數據的變化趨勢是下降或上升，判斷上升或下降的程度，針對此趨勢判斷是連續性的總體變化，還是周期性的規律變化等，盡可多的發現設備的指標數據變化特征。

針對自動化識別與標準實時匹配對比需要，設計“設備硬件電氣規范”與“性能維護閾值標準”數據字典表以支撐軟件系統的自動化（表2）。

表2 SDH光板電氣特性規范字典表（部分）

通過數據特征識別與預警技術能及時發現所監控的傳輸網絡中設備的性能指標變化信息，快速的給出問題設備所發生的異常是什么以及開始的時間與異常程度，使維護工作在全設備監控的同時有針對性的對發現的隱患進行排查檢修（圖 3）。

圖3 圖文聯合分析

在網絡維護中，維護人員可以及時查看系統“預警隱患”的同時，結合圖形化方案協助維護人員進行隱患的時間與影響程度的定位；使維護服務更具有針對性，有目標的完成需要排查與確認的異常設備情況，不再盲目巡檢或是過度檢修。

設備性能狀態診斷是基于全網設備端口級顆粒級別，監控范圍更廣，自動識別更多的數據變化狀態信息，極大表現出全面、準確的優勢。

3.4 數據分析

傳統的設備性能分析，只能建立的極其有限的數據基礎上，需要消耗大量的人力成本來完成數據的整理、篩選、對比工作，缺乏有效的關于數據特征、趨勢變化、分類匯總等多維度數據分析手段；鐵路傳輸智能化預警分析系統可以實現傳輸設備重要性能數據指標信息的匯總分析需要，為提高傳輸設備異常性能數據識別處置能力提供了有效的技術手段（圖4）。

圖4 光功率分析

系統全面掌握了實驗網絡中的設備端口光功率波動變化信息，維護人員有目標的對超限的設備及單板進行具體的檢修確認，確定是否需要進行對應異常模塊或單板的更換操作，在分析中可以從多個維度來進行分析協助完成更加準確的問題定位流程；比如：通過系統可視化分析可以確認數據波動的頻率與時間，定位是偶爾事件還是高頻事件，從而幫助維護人員判讀可能造成此現象的原因，以協助輸出有效的隱患排查與處理方案。

快速完成相應設備指標數據的自動對比，實時掌握設備硬件運行特性，在維護過程中可以根據需要，不定期的核對設備光功率指標的變化情況，對波動的范圍進行更加準確的展示，分析可能造成異常的原因和給出正確的故障與異常處理方案。

4 應用成果分析

鐵路傳輸智能化預警分析系統，可以做到傳輸網絡設備性能數據實時采集、數據整理與存儲，利用性能數據自動識別算法監控設備性能數據變化狀態、及時發現問題隱患、自動預警上報；可以通過可視化分析方式全面掌握設備性能真實數據變化趨勢與規律，協助人員對問題進行準確定位處理；快速生成性能統計報表、重要性能數據匯總分析等功能使維護單位能快速完成相關報表數據統計匯報工作；為鐵路傳輸設備維護自動化與智能化技術發展邁出了堅實的一步。

效益目標：

（1）全設備實時監控。

（2）自動分析快速發現隱患。

（3）分析定位更準確。

（4）數據采集零成本。

（5）性能報表輸出效率加快。

5 需要進一步研究的問題與建議

5.1 維護流程關聯

對傳輸設備的狀態進行了必要的特征識別與問題發現，是完成智能化維護的前題，仍需要結合設備問題處理思路與詳細處理流程才能完成一次隱患的排查與確認，在進一步的研究中可以將問題排查與定位的處理方法與步驟進行關聯，以在實際工作中指導維護人員進行問題的進一步定位與確認工作。

5.2 全生命周期管理

設備全生命周期管理：從設備上線運行開始持續不斷將設備告警、設備性能、業務配置信息、資源配置信息、設備操作記錄信息、相關處理流程信息等相關數據進行整合，建立彼此數據之間的關聯，完成設備全生命周期內信息的聯合分析，結合相應的應用分析需求，可以做到設備整體維護的智能化與自動化升級，實現全面的設備運行狀態維護。

利用OLAP與OLTP聯機分析與事件處理技術，實現傳輸設備智能分析、智能預警、智能巡檢、智能報表等信息化與智能化全方面深度管理。

6 結論

鐵路傳輸智能化預警分析系統，通過實時采集傳輸設備數據、多維度分析，實現對性能指標全時段跟蹤、異常波動預警，為及時發現隱患、提高傳輸設備異常性能數據識別處置能力提供了有效的技術手段。具備運用傳輸網元基礎資源信息和實時監測傳輸設備性能狀態信息，真實做到所監控傳輸系統的全范圍、實時設備運行狀態檢查，實現傳輸系統性能數據快速檢索、綜合分析和準確預警。

綜上所述基于傳輸狀態維護可以通過完整的相關數據信息積累；運用大數據計算技術實現數據的對比與分析，可以通過更深層次的數據挖掘，真正實現傳輸設備全生命周期信息的維護與管理，極大助力鐵路通信設備維護管理水平，向信息化、智能化方向推進。