軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

遲勝超 張寶猛 劉鵬飛 王新超 謝 禎

（青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100）

地鐵軌道作為有軌交通的關(guān)鍵部分，其完整性和可靠性對(duì)地鐵的安全運(yùn)營(yíng)起到了決定性作用。地鐵軌道的輕微故障有可能造成部分線路列車的延誤甚至停運(yùn)，從而嚴(yán)重影響人們的出行。國(guó)內(nèi)軌道檢測(cè)多采用人工檢測(cè)和大型專業(yè)檢測(cè)設(shè)備相結(jié)合的模式[1]。地鐵具有行車密度高、運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)和維修作業(yè)時(shí)間短的特點(diǎn)[2]。伴隨著線網(wǎng)的擴(kuò)大和老化，地鐵線路存在的缺陷逐漸增多。另外，人工分析數(shù)據(jù)的工作量大、效率低和時(shí)間長(zhǎng)，難以持續(xù)跟蹤整改病害和編排合理的維修計(jì)劃[3]，因此研發(fā)高效精準(zhǔn)的軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)十分迫切。

1 行業(yè)現(xiàn)狀以及存在問題

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代我國(guó)逐步開始使用計(jì)算機(jī)技術(shù)管理軌檢數(shù)據(jù)，并研制出一些局部的軟件系統(tǒng)，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚。例如，北京鐵路局委托鐵道部專業(yè)設(shè)計(jì)院研制的北京鐵路局工務(wù)地理信息查詢系統(tǒng)，應(yīng)用MicroStation基礎(chǔ)上的地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）和DB2大型數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠查詢、分析和管理鐵路地形圖、配線圖、縱斷面圖、線路信息和病害信息[4]；南昌鐵路局開發(fā)了南昌鐵路局鐵路工務(wù)管理信息系統(tǒng)[5]；上海鐵路局研制了滬寧鐵路工務(wù)管理信息系統(tǒng)，具有按線名和里程查詢、瀏覽地形圖等圖像數(shù)據(jù)的功能[6]。

1.2 存在的問題

國(guó)內(nèi)相關(guān)的軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)普遍具備數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)和查詢等傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）功能。部分系統(tǒng)也使用了GIS技術(shù)，以圖示化的形式顯示信息，但仍缺乏對(duì)歷史數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?，無法對(duì)未來鋼軌質(zhì)量的變化趨勢(shì)作出科學(xué)預(yù)測(cè)，不能提供有效的決策支持，制約了線路設(shè)備質(zhì)量的提升。第一，人工生成報(bào)告耗時(shí)較長(zhǎng)且只局限于單次檢測(cè)數(shù)據(jù)，不能預(yù)判超限數(shù)據(jù)。第二，波形重復(fù)性分析只能局部對(duì)比兩次歷史波形數(shù)據(jù)，分析不全面且耗時(shí)長(zhǎng)。第三，不能自動(dòng)上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)，不具備實(shí)時(shí)快速查看檢測(cè)結(jié)果的功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)也僅限于超限數(shù)據(jù)。第四，發(fā)達(dá)國(guó)家所使用的信息管理系統(tǒng)基本上都是以GIS為基礎(chǔ)，而傳統(tǒng)的圖表和數(shù)據(jù)表示方式只能抽象地表達(dá)軌道的狀況，不夠直觀形象。第五，多數(shù)相關(guān)的系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)和查詢等功能，但普遍缺乏決策支持功能。伴隨著線網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)備的老化，工務(wù)設(shè)施的故障愈發(fā)頻繁。如果不能及時(shí)整改日常巡檢和軌檢發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題，將不利于設(shè)備維修管理，進(jìn)而嚴(yán)重影響行車安全和客運(yùn)服務(wù)。

2 解決方案

現(xiàn)設(shè)計(jì)一套具有制訂檢修更換計(jì)劃和預(yù)警機(jī)制的軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集管理、人員管理、數(shù)據(jù)分析管理、維修計(jì)劃及決策管理4個(gè)模塊，如圖1所示[7]。

2.1 數(shù)據(jù)采集管理模塊

數(shù)據(jù)采集管理模塊主要收集設(shè)備的臺(tái)賬數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)和維修數(shù)據(jù)等。設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)包括線路、橋隧和路基等信息，方便用戶查詢線路設(shè)備基礎(chǔ)資料。檢測(cè)數(shù)據(jù)是指軌檢和車檢的動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集管理模塊，便于管理人員及時(shí)分析數(shù)據(jù)，迅速做出維修決策方案。維修數(shù)據(jù)是指日常檢修作業(yè)中的靜態(tài)檢查數(shù)據(jù)，是按周期檢查或設(shè)備維修時(shí)記錄的數(shù)據(jù)。另外，數(shù)據(jù)采集管理模塊預(yù)留與其他數(shù)據(jù)模板的接口，如靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)和鋼軌檢測(cè)數(shù)據(jù)等軌道相關(guān)數(shù)據(jù)，便于用戶了解必要的業(yè)務(wù)信息。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 人員管理模塊

通過對(duì)比前后月份的檢測(cè)數(shù)據(jù)，人員管理模塊可以直接統(tǒng)計(jì)出各責(zé)任工班和各責(zé)任人員的歷史缺陷整修質(zhì)量、完成情況及工班和員工的缺陷責(zé)任分配情況。

2.3 數(shù)據(jù)分析管理模塊

數(shù)據(jù)分析管理模塊能夠自動(dòng)分析數(shù)據(jù)并且生成報(bào)表。

2.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

為了保證數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，需預(yù)處理數(shù)據(jù)，去掉無效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析管理模塊通過建立并維護(hù)受干擾的位置信息，自動(dòng)識(shí)別并剔除干擾影響，使檢測(cè)數(shù)據(jù)符合實(shí)際情況，從而保證各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為直接查看相同位置的檢測(cè)數(shù)據(jù)變化，數(shù)據(jù)分析管理模塊在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，通過波峰波谷校正算法將不同月份存在里程誤差的波形圖利用波峰波谷自動(dòng)對(duì)齊。

2.3.2 時(shí)間分析

圖2 波形圖對(duì)比分析

數(shù)據(jù)分析管理模塊可對(duì)比分析多次歷史軌檢數(shù)據(jù)，并提前研判線路質(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成波形對(duì)比圖。如圖2所示，對(duì)比2019年5月和6月某線的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)軌距、左右軌向、左右高低、水平（超高）、三角坑和軌距變化率值等參數(shù)的浮動(dòng)大小，還可根據(jù)需求選擇一項(xiàng)或多項(xiàng)參數(shù)繪制波形圖，并可將波形圖進(jìn)行放大或縮小，以便于量取波形圖任一位置的波形差。

2.3.3 空間分析

數(shù)據(jù)分析管理模塊引入GIS技術(shù)，以高德地圖為底圖，通過加設(shè)圖層可在地圖上體現(xiàn)缺陷處所在的位置。如圖3所示。以不同的顏色表示超限等級(jí)，綠色為超限Ⅰ級(jí)，黃色為超限Ⅱ級(jí)，藍(lán)色為超限Ⅲ級(jí)，紅色為超限Ⅳ級(jí)，同時(shí)根據(jù)位置指定缺陷責(zé)任工班。

圖3 地圖缺陷顯示

2.4 維修計(jì)劃及決策管理模塊

維修計(jì)劃及決策管理模塊除具有數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)和查詢等功能外，還增加了維修計(jì)劃決策模塊。全周期管理是根據(jù)設(shè)定的流程，自動(dòng)分析并派發(fā)缺陷信息至相關(guān)責(zé)任人，并根據(jù)超限等級(jí)的不同設(shè)置整改時(shí)限。該功能實(shí)現(xiàn)了督辦、整改、反饋、預(yù)銷項(xiàng)和銷項(xiàng)等缺陷全周期閉環(huán)管理。預(yù)警功能一方面是預(yù)警未超限但臨近超限的數(shù)據(jù)，提前預(yù)判并計(jì)劃維修；另一方面是提醒接近處理時(shí)限仍未整改的超限數(shù)據(jù)，保證超限數(shù)據(jù)整改的時(shí)效性。移動(dòng)終端為相關(guān)功能單獨(dú)開發(fā)了移動(dòng)端操作權(quán)限，并集成到公司的企業(yè)微信中，可滿足用戶隨時(shí)隨地查看處理軌檢業(yè)務(wù)的需求，還可實(shí)時(shí)查看病害的分布情況以及線路質(zhì)量狀態(tài)、缺陷整改完成率。

3 結(jié)語

目前城市軌道交通建設(shè)正處于高速發(fā)展時(shí)期。隨著線網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，只有保證設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，才能保證運(yùn)營(yíng)線路的安全。線路質(zhì)量作為軌道設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，要把控好線路質(zhì)量，必須定期檢測(cè)線網(wǎng)的軌道變化情況。通過開發(fā)該管理系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化和數(shù)字化管理各條線路的檢測(cè)數(shù)據(jù)。軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)是為保證軌道運(yùn)營(yíng)安全和提高作業(yè)效率的創(chuàng)新性舉措，有助于提高工務(wù)專業(yè)人員的日常檢修效率。