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川藏铁路信号运维系统技术条件及方案研究

来源：公众号“RT轨道交通”
2020-12-01
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摘要：根据川藏铁路线路与环境特点、现场勘测资料与运维单位需求，完成信号运维系统技术条件、功能需求分析与研究，提出符合川藏铁路应用要求的信号系统智能运维方案，以满足信号系统智能化功能需求与特殊功能需求及川藏铁路运维系统减员增效的建设目标。
关键词：川藏铁路；技术条件；运维系统；功能需求；智能化

川藏铁路具有高寒、高海拔、缺氧、气候条件恶劣等特点，是复杂艰险山区的典型代表。川藏线路环境复杂，已突破现行信号集中监测技术条件，目前亟需针对川藏高原、复杂艰险山区铁路特点开展新型信号运维系统技术条件与方案研究，研究成果对于后续川藏铁路智能运维设备研发，运维体制的完善具有指导意义。

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川藏铁路信号运维系统技术条件
川藏铁路雅安至林芝段地理环境复杂，沿线车站平均海拔3000多m，生活条件恶劣，不适合运维人员长期驻守。依靠现有的电务维修体制无法保证信号设备正常巡检及维护，也无法保证维护人员安全。为制定满足川藏铁路需求的信号运维系统方案，对现场调查资料、运维单位需求进行分析研究、同时征求信号运维研发单位意见，得出川藏铁路信号运维系统应具备以下技术条件。
1）识别高原地区各信号设备工作规律、监测数据特性，满足高原信号设备监测功能要求。
2）利用智能维护系统替代维护人员诊断、分析工作，以减轻高原地区维护人员的劳动强度、提升维护质量。
3）信号运维系统应具备高原地区信号设备全生命周期健康管理功能。
4）为减轻高原地区信号集中监测系统的安装实施劳动强度、提升安装实施质量，信号运维系统宜采用工厂定型化安装模式。
5）信号运维系统满足高可靠、高可用和少维护的需求。
6）信号运维系统应采用新技术手段，满足远程维护的需求。
7）信号运维系统具备接入川藏铁路综合维护平台的条件。
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川藏铁路信号运维系统功能需求

2.1 川藏铁路信号运维系统智能化功能需求

川藏铁路恶劣的气候与地理环境，运维人员无法按照常规运维要求对川藏线进行周期巡检、维护与维修。这要求川藏线信号运维系统具有自主的状态监测、安全监督、综合分析与维护指导等智能运维功能，及时发现与消除故障隐患，以实现川藏铁路恶劣环境下减员增效的建设目标。
1）状态监测
川藏铁路信号运维系统应借助信号系统自身设备采集的模拟量、开关量实现数据监测，同时具备系统接口监测与故障报警功能。运维系统还应具备信号设备的可视化界面，实现在线可视化运维管理。为实现运维系统的集中管理，川藏铁路可在成都铁路局与青藏公司分别设置智能运维中心，智能运维中心根据电子地图数据生成线路拓扑图，在大屏上显示轨道区段、道岔、信号机、车站等线路静态数据，同时实时显示地面信号设备与车载信号设备动态信息。如：RBC、CTC、TSRS、联锁、轨旁设备、信号安全数据网、通信网络、车载ATP、ATO等设备工作状态，并将这些状态监测信息实时上传至信号运维系统私有云，用于系统自诊断分析以及电务运维人员调阅、查看信号系统工作状态。
2）安全监督
信号运维系统应能自主监督设备间交互的业务信息，且具有跨系统关联分析与结合部分析的功能。 监督关键信号设备间业务信息，对交互数据进行比对监督及逻辑分析，识别存在的安全风险，消除安全隐患，安全监督功能要实现跨系统关联分析：信号各子系统关联分析及跨专业系统关联分析。如列控中心、联锁与CTC信息一致性比对，信号与供电结合部分析、地面与车载结合部分析、信号与通信结合部分析。
3）综合分析
基于私有云数据，智能运维系统应能利用数据挖掘、深度学习等成熟技术对运维大数据分类处理，参照设备所处生命周期、工作环境、标准参数等设定阈值。信号系统专家与研发人员根据设备故障案例制定运维系统自主判定规则，建立故障综合分析模型库、故障预警与预防性维修策略库。运维系统综合分析模块通过数据训练形成专家系统，当信号设备监测参数出现超过常态波动范围的数据时，系统发出预警并给出维护建议[5]。运维系统综合分析模块最终实现电务设备健康评估、剩余寿命预测、RAMS指标分析与维护指导。
4）智能诊断与维护指导
通过智能诊断与维护指导将信号系统由目前的故障修、计划修转变为状态修，最终实现信号设备的不间断运行。信号运维系统综合分析模块筛选出运行状态不良设备，及时发出故障预警或报警，并将可能的故障点、故障类型及维修建议信息推送至车站维修终端及相关维护人员。电务调度核实正确的情况下，启动应急抢修过程，协调人、车、物到达现场。运维人员通过手持智能终端搜索最近的工具及备品备件，根据系统提供处理流程及步骤，维修人员进行故障隐患排除与故障修复。维修完毕快速建立设备故障维修档案。
2.2 川藏铁路信号运维系统特殊功能需求
川藏铁路特殊地理环境和气候条件使得运维人员难以长期驻守和进行现场设备维护，为减少川藏铁路运维工作人员数量，提高维护效率，实现部分车站的无人化运维，川藏铁路亟需引入智能巡检、远程操控及基于BIM的数字化运维等特殊功能。
1)远程操控
川藏铁路部分车站为无人值守站，无人值守车站信号设备面临软件版本升级与更换、安全巡检、设备重启、设备定期检修与故障诊断等问题。通过引入远程操控技术实现智能运维中心对无人值守站的统一管理、信号设备软件升级与更换、设备重启、故障诊断和设备健康状态评估。川藏铁路运维系统远程操控技术在减员增效、提高维护效率与降低维护成本方面具有重要意义。
2)智能巡检
川藏铁路现场信号设备巡检是一项难题，川藏线无人值守站亟需引进智能巡检功能。智能运维中心通过远程控制技术控制智能机器人沿特定巡检路线实现对设备的周期巡视，并对个别设备重点监控。此外，无人值守站智能巡检设备应能接收智能运维中心命令，完成设备重启、板卡更换、软件升级等日常运维操作。
3)基于BIM的数字化运维
BIM建筑信息模型服务于项目设计、施工及运维管理等生命周期。川藏铁路交付的BIM模型可服务于竣工后的基础设施运维，如：基础设施监控、设备维护、设备资产管理与应急管理。川藏铁路BIM模型可存储于电脑与手持终端，运维工作人员根据需要随时随地查看设备运维属性信息，如：设备归属站段与运维部门、设备型号、设备启用日期、设备维修记录等。根据设备运维信息，现场工作人员根据掌握的信息快速制定维修方案、排除故障隐患。BIM技术在运维系统的应用将提高养护管理的精细化水平，加速实现铁路运维养护管理的数字化、信息化与自动化。
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川藏铁路信号运维系统功能架构
3.1 信号运维系统设备层功能结构
川藏铁路信号运维系统设备层次结构如图1所示，它分为三级三层，具体内容如下。 
“三级”为国铁集团公司、铁路局集团公司与电务段。 
“三层”为国铁集团运维子系统、铁路局电务运维子系统和智能运维站级设备。
为满足运维系统大数据存储、分析处理、智能诊断的功能需求，需要以路局集团公司为单位建立数据中心。通过运维专用网连通国铁集团与下属路局集团公司数据中心，搭建运维数据云平台,以实现铁路监测数据与智能诊断结果共享，提升运维整体智能化水平。
根据车站环境与生活条件设置站级运维设备，川藏线规模较大且生活便利的车站设置有综合维修工区，此时信号设置智能维护分机，规模较小或无人值守站则设置维护分机终端。无人值守站维护分机终端采集室内设备工作状态及轨旁信号设备状态，并将该信息传送至邻站智能维护分机，最终汇聚至路局智能运维中心。通过智能运维中心与有人值守站智能维护分机可实现无人值守站信号设备日常运维工作。
3.2 信号运维系统逻辑层结构
信号运维系统在逻辑层次分为三层，分别为电务数据接入层、数据存储与处理解析层、数据显示与智能分析层，分别实现信号设备运行状态采集、数据处理与存储、设备运行状态数据图表化显示、综合监督、设备智能诊断、故障预警、结合部分析、质量分析及远程操控。川藏铁路信号运维系统逻辑层次结构如图2所示。
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川藏铁路信号运维系统工程设计方案
4.1 信号运维系统设计方案
川藏线正线为雅安—林芝段，地理环境复杂、海拔高，大部分车站设在海拔3 000～4 000 m地区，生活条件恶劣，不适合设工区或派维护人员长期驻守。因此，需要构建基于大数据、云技术、智能机器人、BIM等新技术的智能维护平台，以满足信号设备的维护需要，平台具备信号设备故障预警、远程维护和智能诊断等功能[6-8]。在智能维护平台的支撑下，考虑在生活便利的车站派人值守，其余车站做到人工监控与无人值守。
监测信息包括转辙机、信号机、站内区段占用/空闲检查设备等末端设备。车载设备通过无线网络及RBC设备将状态信息传输至车站信号一体化设备。
在设置CBI的车站配套设置信号智能维护系统分机，仅设目标控制器的车站只设置查询终端，工区及车间设置查询终端。智能运维平台主机通过数据接口从CBI接收管辖范围内各站轨旁设备监测信息、车载设备状态信息、网络信息，并将信息上传至电务段总机系统，最终汇总至川藏铁路综合维护平台，实现信号各系统数据的采集，并与其他专业监测信息的共享。
4.2 信号运维系统设备配置方式
川藏铁路信号智能运维系统分车站运维设备、工区运维设备、路局中心设备组成。
1）中心设备设置
成都铁路局与青藏公司的ATO中心设置智能维护分机，它与无线闭塞中心及临时限速服务器均有接口，实现中心设备监测信息的交互。成都铁路局与青藏公司调度中心设置智能维护中心，实现安全监督、维护数据存储、综合分析、处理、智能诊断、维护指导、远程控制与BIM维护管理等功能。
2）工区与车间设备设置
川藏铁路采用综合维修模式，川藏铁路新设寿安、康定、昌都等信号车间，新设朝阳湖（川藏）、康定、雅江、巴塘等信号工区，各车间与工区分别设置智能运维查询终端。
3）站内设备设置
川藏铁路雅安（不含）至昌都（含）段：天全、康定、雅江、理塘、巴塘、贡觉、昌都7站为信号系统主控站，主控站设置信号智能维护分机，智能运维分机通过车站列控联锁一体化设备实现车站轨旁设备、车载设备与列控设备等信息的采集。上述7个站以外的其他车站为被控站，被控站仅设置智能运维查询终端。
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结束语
川藏铁路信号运维系统通过采用大数据处理、智能分析、远程控制、智能巡检与BIM技术，可极大的提高设备运维的自动化、信息化与智能化水平，将有效解决高原地区电务设备养护维修难题。另外，川藏铁路信号智能运维系统具有安全保障能力强、运维效率高、设备配置少、成本低等优势，满足复杂艰险山区铁路的运维需求，是新型智能运维系统在高原山区铁路的重要实践，意义重大。

来源：铁路通信信号工程技术、中国e车网
作者：徐越，朱明，蔡亮，陈勇，邹少文 
（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

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