川藏鐵路信號運維系統技術條件及方案研究

徐 越，朱 明，蔡 亮，陳 勇，鄒少文

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

川藏鐵路具有高寒、高海拔、缺氧、氣候條件惡劣等特點，是復雜艱險山區的典型代表[1-2]。川藏線路環境復雜，已突破現行信號集中監測技術條件，目前亟需針對川藏高原、復雜艱險山區鐵路特點開展新型信號運維系統技術條件與方案研究，研究成果對于后續川藏鐵路智能運維設備研發，運維體制的完善具有指導意義。

1 川藏鐵路信號運維系統技術條件

川藏鐵路雅安至林芝段地理環境復雜，沿線車站平均海拔3 000多m，生活條件惡劣，不適合運維人員長期駐守[3]。依靠現有的電務維修體制無法保證信號設備正常巡檢及維護，也無法保證維護人員安全[4]。為制定滿足川藏鐵路需求的信號運維系統方案，對現場調查資料、運維單位需求進行分析研究、同時征求信號運維研發單位意見，得出川藏鐵路信號運維系統應具備以下技術條件。

1）識別高原地區各信號設備工作規律、監測數據特性，滿足高原信號設備監測功能要求。

2）利用智能維護系統替代維護人員診斷、分析工作，以減輕高原地區維護人員的勞動強度、提升維護質量。

3）信號運維系統應具備高原地區信號設備全生命周期健康管理功能。

4）為減輕高原地區信號集中監測系統的安裝實施勞動強度、提升安裝實施質量，信號運維系統宜采用工廠定型化安裝模式。

5）信號運維系統滿足高可靠、高可用和少維護的需求。

6）信號運維系統應采用新技術手段，滿足遠程維護的需求。

7）信號運維系統具備接入川藏鐵路綜合維護平臺的條件。

2 川藏鐵路信號運維系統功能需求

2.1 川藏鐵路信號運維系統智能化功能需求

川藏鐵路惡劣的氣候與地理環境，運維人員無法按照常規運維要求對川藏線進行周期巡檢、維護與維修。這要求川藏線信號運維系統具有自主的狀態監測、安全監督、綜合分析與維護指導等智能運維功能，及時發現與消除故障隱患，以實現川藏鐵路惡劣環境下減員增效的建設目標。

1）狀態監測

川藏鐵路信號運維系統應借助信號系統自身設備采集的模擬量、開關量實現數據監測，同時具備系統接口監測與故障報警功能。運維系統還應具備信號設備的可視化界面，實現在線可視化運維管理。為實現運維系統的集中管理，川藏鐵路可在成都鐵路局與青藏公司分別設置智能運維中心，智能運維中心根據電子地圖數據生成線路拓撲圖，在大屏上顯示軌道區段、道岔、信號機、車站等線路靜態數據，同時實時顯示地面信號設備與車載信號設備動態信息。如：RBC、CTC、TSRS、聯鎖、軌旁設備、信號安全數據網、通信網絡、車載ATP、ATO等設備工作狀態，并將這些狀態監測信息實時上傳至信號運維系統私有云，用于系統自診斷分析以及電務運維人員調閱、查看信號系統工作狀態。

2）安全監督

信號運維系統應能自主監督設備間交互的業務信息，且具有跨系統關聯分析與結合部分析的功能。 監督關鍵信號設備間業務信息，對交互數據進行比對監督及邏輯分析，識別存在的安全風險，消除安全隱患，安全監督功能要實現跨系統關聯分析：信號各子系統關聯分析及跨專業系統關聯分析。如列控中心、聯鎖與CTC信息一致性比對，信號與供電結合部分析、地面與車載結合部分析、信號與通信結合部分析。

3）綜合分析

基于私有云數據，智能運維系統應能利用數據挖掘、深度學習等成熟技術對運維大數據分類處理，參照設備所處生命周期、工作環境、標準參數等設定閾值。信號系統專家與研發人員根據設備故障案例制定運維系統自主判定規則，建立故障綜合分析模型庫、故障預警與預防性維修策略庫。運維系統綜合分析模塊通過數據訓練形成專家系統，當信號設備監測參數出現超過常態波動范圍的數據時，系統發出預警并給出維護建議[5]。運維系統綜合分析模塊最終實現電務設備健康評估、剩余壽命預測、RAMS指標分析與維護指導。

4）智能診斷與維護指導

通過智能診斷與維護指導將信號系統由目前的故障修、計劃修轉變為狀態修，最終實現信號設備的不間斷運行。信號運維系統綜合分析模塊篩選出運行狀態不良設備，及時發出故障預警或報警，并將可能的故障點、故障類型及維修建議信息推送至車站維修終端及相關維護人員。電務調度核實正確的情況下，啟動應急搶修過程，協調人、車、物到達現場。運維人員通過手持智能終端搜索最近的工具及備品備件，根據系統提供處理流程及步驟，維修人員進行故障隱患排除與故障修復。維修完畢快速建立設備故障維修檔案。

2.2 川藏鐵路信號運維系統特殊功能需求

川藏鐵路特殊地理環境和氣候條件使得運維人員難以長期駐守和進行現場設備維護，為減少川藏鐵路運維工作人員數量，提高維護效率，實現部分車站的無人化運維，川藏鐵路亟需引入智能巡檢、遠程操控及基于BIM的數字化運維等特殊功能。

1) 遠程操控

川藏鐵路部分車站為無人值守站，無人值守車站信號設備面臨軟件版本升級與更換、安全巡檢、設備重啟、設備定期檢修與故障診斷等問題。通過引入遠程操控技術實現智能運維中心對無人值守站的統一管理、信號設備軟件升級與更換、設備重啟、故障診斷和設備健康狀態評估。川藏鐵路運維系統遠程操控技術在減員增效、提高維護效率與降低維護成本方面具有重要意義。

2) 智能巡檢

川藏鐵路現場信號設備巡檢是一項難題，川藏線無人值守站亟需引進智能巡檢功能。智能運維中心通過遠程控制技術控制智能機器人沿特定巡檢路線實現對設備的周期巡視，并對個別設備重點監控。此外，無人值守站智能巡檢設備應能接收智能運維中心命令，完成設備重啟、板卡更換、軟件升級等日常運維操作。

3) 基于BIM的數字化運維

BIM建筑信息模型服務于項目設計、施工及運維管理等生命周期。川藏鐵路交付的BIM模型可服務于竣工后的基礎設施運維，如：基礎設施監控、設備維護、設備資產管理與應急管理。川藏鐵路BIM模型可存儲于電腦與手持終端，運維工作人員根據需要隨時隨地查看設備運維屬性信息，如：設備歸屬站段與運維部門、設備型號、設備啟用日期、設備維修記錄等。根據設備運維信息，現場工作人員根據掌握的信息快速制定維修方案、排除故障隱患。BIM技術在運維系統的應用將提高養護管理的精細化水平，加速實現鐵路運維養護管理的數字化、信息化與自動化。

3 川藏鐵路信號運維系統功能架構

3.1 信號運維系統設備層功能結構

川藏鐵路信號運維系統設備層次結構如圖1所示，它分為三級三層，具體內容如下。

“三級”為國鐵集團公司、鐵路局集團公司與電務段。

“三層”為國鐵集團運維子系統、鐵路局電務運維子系統和智能運維站級設備。

為滿足運維系統大數據存儲、分析處理、智能診斷的功能需求，需要以路局集團公司為單位建立數據中心。通過運維專用網連通國鐵集團與下屬路局集團公司數據中心，搭建運維數據云平臺,以實現鐵路監測數據與智能診斷結果共享，提升運維整體智能化水平。

根據車站環境與生活條件設置站級運維設備，川藏線規模較大且生活便利的車站設置有綜合維修工區，此時信號設置智能維護分機，規模較小或無人值守站則設置維護分機終端。無人值守站維護分機終端采集室內設備工作狀態及軌旁信號設備狀態，并將該信息傳送至鄰站智能維護分機，最終匯聚至路局智能運維中心。通過智能運維中心與有人值守站智能維護分機可實現無人值守站信號設備日常運維工作。

3.2 信號運維系統邏輯層結構

信號運維系統在邏輯層次分為三層，分別為電務數據接入層、數據存儲與處理解析層、數據顯示與智能分析層，分別實現信號設備運行狀態采集、數據處理與存儲、設備運行狀態數據圖表化顯示、綜合監督、設備智能診斷、故障預警、結合部分析、質量分析及遠程操控。川藏鐵路信號運維系統邏輯層次結構如圖2所示。

4 川藏鐵路信號運維系統工程設計方案

4.1 信號運維系統設計方案

川藏線正線為雅安—林芝段，地理環境復雜、海拔高，大部分車站設在海拔3 000～4 000 m地區，生活條件惡劣，不適合設工區或派維護人員長期駐守。因此，需要構建基于大數據、云技術、智能機器人、BIM等新技術的智能維護平臺，以滿足信號設備的維護需要，平臺具備信號設備故障預警、遠程維護和智能診斷等功能[6-8]。在智能維護平臺的支撐下，考慮在生活便利的車站派人值守，其余車站做到人工監控與無人值守。

圖1 川藏鐵路信號運維系統設備層功能結構示意圖Fig.1 Functional structure diagram of equipment layer of signaling operation and maintenance system of Sichuan-Tibet railway

圖2 川藏鐵路信號運維系統邏輯層結構示意圖Fig.2 Structural diagram of logic layer of signaling operation and maintenance system of Sichuan-Tibet railway

監測信息包括轉轍機、信號機、站內區段占用/空閑檢查設備等末端設備。車載設備通過無線網絡及RBC設備將狀態信息傳輸至車站信號一體化設備。

在設置CBI的車站配套設置信號智能維護系統分機，僅設目標控制器的車站只設置查詢終端，工區及車間設置查詢終端。智能運維平臺主機通過數據接口從CBI接收管轄范圍內各站軌旁設備監測信息、車載設備狀態信息、網絡信息，并將信息上傳至電務段總機系統，最終匯總至川藏鐵路綜合維護平臺，實現信號各系統數據的采集，并與其他專業監測信息的共享。

4.2 信號運維系統設備配置方式

川藏鐵路信號智能運維系統分車站運維設備、工區運維設備、路局中心設備組成。

1）中心設備設置

成都鐵路局與青藏公司的ATO中心設置智能維護分機，它與無線閉塞中心及臨時限速服務器均有接口，實現中心設備監測信息的交互。成都鐵路局與青藏公司調度中心設置智能維護中心，實現安全監督、維護數據存儲、綜合分析、處理、智能診斷、維護指導、遠程控制與BIM維護管理等功能。

2）工區與車間設備設置

川藏鐵路采用綜合維修模式，川藏鐵路新設壽安、康定、昌都等信號車間，新設朝陽湖（川藏）、康定、雅江、巴塘等信號工區，各車間與工區分別設置智能運維查詢終端。

3）站內設備設置

川藏鐵路雅安（不含）至昌都（含）段：天全、康定、雅江、理塘、巴塘、貢覺、昌都7站為信號系統主控站，主控站設置信號智能維護分機，智能運維分機通過車站列控聯鎖一體化設備實現車站軌旁設備、車載設備與列控設備等信息的采集。上述7個站以外的其他車站為被控站，被控站僅設置智能運維查詢終端。

5 結束語

川藏鐵路信號運維系統通過采用大數據處理、智能分析、遠程控制、智能巡檢與BIM技術，可極大的提高設備運維的自動化、信息化與智能化水平，將有效解決高原地區電務設備養護維修難題。另外，川藏鐵路信號智能運維系統具有安全保障能力強、運維效率高、設備配置少、成本低等優勢，滿足復雜艱險山區鐵路的運維需求，是新型智能運維系統在高原山區鐵路的重要實踐，意義重大。