基于状态驱动的铁路信号设备数据分析诊断平台研究

张巍

摘 要：本论文在我国铁路信息化建设的大背景下，结合我国高速铁路信号集中监测（CSM）的业务需求及功能项点，提出铁路信号设备智能运维管理平台研究。通过建设电务设备数据分析诊断平台，将电务各子系统的维护信息进行有效组织利用和整合，对电务设备和相关子系统进行集中监视、测量和分析诊断，为全电务设备实现透明化监督、远程监测、远程诊断，督导消除电务故障隐患、压缩故障延时，提高电务设备集中监测系统的效益，实现状态修提供依据。

关键词：铁路信号;状态驱动;诊断平台

0 引言

如何提高信号设备的维护管理水平，確保铁路信号设备的安全，已成为当前信号专业面临的重大问题。为了满足电务跨越式发展的更高要求，需要通过收集、整理、建立信息平台集中存储、分析和诊断决策，加强数据分析的通信系统，实现预警和早期智能故障诊断，提高整体电务维护工作，推动信息技术的发展。

1 高速铁路信号集中监测功能项点

1.1 站机模块

车站负责对所有采集器采集的原始数据进行采集和存储，并接收从其他信号设备系统接收到的部分信息。基站模块由通信库、外部接口、通信管理库和站机模块组成。

通信库是通过通信库提供串口和网络通信接入，实现与服务器、附近工作站和外部接口的通信;外部接口是通过外部接口提供数据采集和协议转换。通信管理库是通过通信管理库提供外部接口库管理和数据分发;站机模块是通过站机模块提供各种数据逻辑处理、存储和显示。

1.2 终端模块

终端模块应具备以下功能：（1）站运行状态图显示。（2）道岔实时状态显示。（3）模拟量历史曲线。（4）报警显示。（5）电台播放。（6）统计报表查询。（7）CAN采集分机通信状态监控。（8）CSM及各子系统通信状态监控。（9）CSM及其子系统的内部状态监控。

1.3 服务器模块

服务器模块的主要功能如下：（1）实时数据传输，包括交换次数的变化、各种报警/恢复等，服务器模块实时接收数据，并立即进行相应的处理，如保存并转发到相应的终端等。（2）服务器模块实时接收和处理定时数据，包括所有的开关量。（3）响应发送的数据，如各种日报，服务器根据设置的数据上传策略向站机发送数据上传命令，并接收和处理站机发送的数据。

1.4 系统维护模块

系统维护模块的功能包括：（1）实时显示系统各软件模块之间的通信和连接状态。（2）远程维护站点或其他终端。（3）实时显示系统各软件模块的工作状态。

2 信号设备数据分析诊断平台设计

2.1 平台整体架构设计

2.1.1 平台整体组成

该平台由数据库服务器、分析诊断应用服务器、接口服务器、综合分析诊断终端、综合维护工作站、集中告警终端、防火墙、网络设备等组成。该系统的另一个核心设备位于电务处的中央计算机房。根据用户需求，可以将各种业务终端部署在电务处、电务段等不同业务部门。

2.1.2 平台网络结构

平台网络结构电务调度指挥及数据分析中心系统是由电务调度指挥中心系统和电务数据分析诊断中心系统紧密集成，进行数据分析诊断，建立接口信号集中监控中心系统和移动设备监控中心系统，统一平台中心与四大中心系统有机结合。四个中心系统共用数据库服务器、数据存储和备份系统，但有独立的应用服务器和管理服务器。

2.2 平台软件结构设计

2.2.1 功能规划

该系统具有电务监控检测子系统（信号集中监控系统、机车信号远程监控系统、TDCS/CTC系统、视频监控系统、LAIS系统、DMS系统、电动动力测试车系统）设备运行状态关键数据的集中存取和存储方式。具有集中报警功能;具有设备运行数据对比分析和历史分析功能。具有对设备故障进行异常分析诊断的功能，对本局管辖范围内的设备运行质量状况趋势进行预警的功能。

2.2.2 系统内部数据流程图

目前，该平台系统主要由接口业务子系统、应用业务子系统、数据存储子系统、终端子系统和综合维护子系统五大子系统组成。

2.2.3 接口服务子系统

主要实现以下功能：（1）配置管理：配置管理模块实现系统中配置文件的管理功能。（2）通信管理：通信管理模块实现接口服务器与子系统之间的连接，并记录连接信息。（3）协议解析：协议解析是根据子系统的 接口协议，对接口发送和接收的数据进行分析和组织。（4）数据管理：数据收发模块包括对接接收到的接口数据，根据不同类型的分析，组织发送数据包的命令类型。（5）接口管理：接口管理包括查看接口工作状态和设置接口功能。（6）日志管理：日志管理包括设置接口日志输出参数和查询接口日志历史。

2.2.4 应用服务子系统

主要功能如下：（1）实时信息转发：实时信息转发模块包括报警信息、机车信息和终端信息的实时转发。（2）状态查询服务：状态查询服务模块包括系统状态、地面设备状态、车辆状态。（3）报警查询服务：报警查询服务模块包括历史报警查询和报警统计查询。（4）报警分析服务：报警分析服务模块包括报警类型关联设置、报警分析流程设置、报警分析处理。（5）趋势预警服务：趋势预警服务模块包括趋势预警设置和趋势预警处理。（6）节点管理：节点管理包括系统节点的连接状态和工作状态的管理。（7）用户权限管理：用户权限管理模块，包括用户登录、角色权限管理。（8）数据字典管理：数据字典管理模块是对系统中各种数据配置的维护和管理。（9）减容用户操作管理：用户操作管理模块管理系统各终端用户的操作。（10）信息输出服务：信息输出服务模块实现向其他系统提供信息的功能。

2.2.5 终端子系统

主要功能如下：（1）集中报警：集中报警模块根据管理范围，包括各子系统的实时报警信息和最新的报警信息。（2）电子地图：电子地图包括地图信息的检索定位、实时报警信息以及机车信息在电子地图上的显示。（3）状态监测：状态监测包括对系统状态、地面系统状态和车载系统状态的监测。（4）报警查询：历史报警查询包括标准查询、高级查询和自定义查询。（5）告警统计：告警统计包括地面系统、车载系统按不同告警类型的统计、系统按不同子系统的告警统计。（6）告警分析：告警分析包括地面设备告警分析和车载设备告警分析。（7）系统维护：系统维护包括系统的节点管理、数据管理和用户权限管理。

2.2.6 综合维护子系统

部署集成维护子系统集成维护工作站，它提供了每个节点的运行状态监控和远程维护电务数据分析和诊断中心系统，以及整个系统的基本信息的管理功能，并设置系统的一些功能系统。

3 信号设备数据分析诊断平台的实现

电子数据分析诊断平台系统具有用户登录、电子地图、查询定位、报警显示、报警监测、车载监测和日常调阅等功能。

3.1 用户登录

连接到应用服务器后，输入用户名和密码来验证用户信息。选择“自动登录”以重新启动程序，并以当前用户身份登录。该用户名只能允许一个终端同时登录。

3.2 电子地图

在电子地图上，可以看到各条线路和车站的空间布局，以及每辆车的实时位置（站间位置）。电子地图的常用功能有放大、缩小、还原、漫游、查询、定位、报警显示等。

3.3 查询定位

根据具体查询，可以在电子地图上显示站位查询和位置的功能，并以黑体闪动蓝点的方式显示被查询的站位。在电子地图上显示查询车号的位置功能，并設置蓝色闪烁圈，突出显示查询车号。

3.4 报警显示

当车站地面设备报警时，车站的位置用闪烁的红点表示。

3.5 报警监测

（1）实时报警集中显示，可选择各电务子系统查看相应系统的实时报警信息。（2）最新报警时间，可根据管理边界范围查看各站的最新报警时间，方便用户从宏观上了解各站历史报警的时间分布。（3）最新报警详情：在报警详情窗口，方便用户了解报警详情，包括时间、类型、来源、设备信息、报警描述等。通过“报警监控”的“实时报警”菜单项进入实时报警窗口，您可以选择最新实时报警的站点进行检查。

3.6 车载监测

车载实时监控界面显示机车实时运行信息，可根据机车类型、机车号、DTU号进行选择。显示机车实时信息，包括：运行、道路、公里标志、上下游、信号、灯光位置、频移信息、车载主机状态、车载系统报警、机车前方运行信息等。

在循环回放页面，选择所属机车和时间范围，点击“报警查询”按钮，即可查询该车报警信息。点击“查询”，将显示该车的历史回放信息。

在告警查询界面中，选择一条告警。双击车载设备报警，可自动关联机车车载信息监控窗口，通过关联报警时间回放机车运行信息。

在区域界面中，可根据线路、运行方向、km范围、时间范围回放机车在某一运行区域内的历史运行信息。在这个地区运行的机车显示在下面的页面上，以查看它们自己的历史信息。

3.7 日常调阅

（1）可设置自动登录用户，方便每次启动系统登录应用服务器。（2）用户可根据自己的区域，调整电子地图的显示比例和位置、实时报警信息窗口和报警设置窗口的显示位置和大小，并使用快捷键Ctrl+D对系统进行个性化设置，每次登录后自动应用，设置如下：①用户可以在电子地图上观察自己管理的区域是否有报警，如果有报警，进行报警分析，如果没有报警，进行其他调整;②用户可选择“实时报警”查看最新报警并进行报警分析;③用户可选择“报警查询”查询并分析值班期间的报警。用户可以自定义常用的报警查询条件，简化查看步骤。用户可选择车载监控的“实时运行”、“单车回放”和“区域回放”，查看机车运行信息。

4 结论

本文研究并设计了一种基于状态驱动的信号设备数据分析与诊断平台。每个系统的信息进行集中存储，分区管理，有效集成，深入挖掘，闭环处理，汇总统计数据，综合分析，实现铁路电务设备的透明监管设备、安全监控、生产组织、应急指挥、远程监控、远程诊断、监测、减少和消除隐患和故障处理延迟，电务设备集中监控系统对于提高效率具有重要意义，对目前电务设备的维护和专业维护具有重要意义。

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