鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)研究

劉彥軍，李平，馬小寧，劉軍，楊連報

（中國鐵道科學(xué)研究院 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081）

鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)研究

劉彥軍，李平，馬小寧，劉軍，楊連報

（中國鐵道科學(xué)研究院 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081）

以鐵路局檢測車各專業(yè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析和展示等手段，設(shè)計了大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)和主要分析功能。系統(tǒng)實現(xiàn)鐵路局各專業(yè)檢測數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、清洗、分析和可視化；形成跨專業(yè)檢測數(shù)據(jù)的完整、統(tǒng)一、多維度、多層次的綜合展現(xiàn)；實現(xiàn)鐵路局領(lǐng)導(dǎo)掌握設(shè)備運(yùn)行總體情況，科學(xué)指導(dǎo)各專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施維修，有力保障鐵路運(yùn)行安全，更好地為鐵路局檢測車各專業(yè)服務(wù)。

大數(shù)據(jù)；檢測車；信息共享；挖掘分析；多維度

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、分析在各行各業(yè)的不斷應(yīng)用，以及《數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理：盤活大數(shù)據(jù)時代的隱形財富》的發(fā)布，對推動我國數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)管理流程化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化大有裨益[1]。在大數(shù)據(jù)的行業(yè)應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)之間的協(xié)同合作、數(shù)據(jù)之間的流通共享一直都是行業(yè)內(nèi)的3大難題，這也導(dǎo)致蘊(yùn)藏在大數(shù)據(jù)中的巨大價值難以被充分挖掘[2]。在鐵路行業(yè)，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測是鐵路大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用場所，為鐵路大數(shù)據(jù)分析提供全面、標(biāo)準(zhǔn)、豐富的數(shù)據(jù)源。因此，研發(fā)鐵路局檢測車綜合應(yīng)用系統(tǒng)是實施鐵路局大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的切入點和突破口。

鐵路局綜合檢測車對工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行全方位檢測。針對檢測車所涉及的工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，分別建設(shè)和應(yīng)用了工務(wù)管理信息系統(tǒng)（PWMIS）、軌道檢測數(shù)據(jù)集成處理系統(tǒng)、信號動態(tài)檢測系統(tǒng)、通信動態(tài)檢測系統(tǒng)、供電檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全路紅外線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。目前各專業(yè)檢測車無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸、數(shù)據(jù)共享、信息互通，為發(fā)揮鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)作用，需研究及開發(fā)鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用。

1 鐵路局檢測車業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及總體需求

1.1 檢測車業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

鐵路局檢測車主要對工務(wù)、電務(wù)、供電和車輛等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行全方位、立體化的檢測。檢測車安裝了線路、信號、通信、供電、車輛等專業(yè)動態(tài)檢測系統(tǒng)，對各線路、電務(wù)等專業(yè)設(shè)備進(jìn)行檢測，為設(shè)備維護(hù)維修、保證列車運(yùn)行安全提供技術(shù)支撐。

1.1.1 工務(wù)

工務(wù)檢測車分為軌檢車和動檢車，通過對軌道的軌距、水平、方向、高低、三角坑、垂直加速度、水平加速度等參數(shù)進(jìn)行檢測，對軌道狀態(tài)作出評價[3]。軌道檢測數(shù)據(jù)集成處理系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為.iic，.geo和.html格式的結(jié)果文件，由檢測人員根據(jù)各工務(wù)段管轄范圍的文件刻錄到光盤。工務(wù)段人員下車時將所屬本單位的光盤文件帶回，導(dǎo)入鐵路局工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)動態(tài)檢測波形圖、軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）、設(shè)備單元狀態(tài)進(jìn)行分析。分析結(jié)果通過該系統(tǒng)下發(fā)到各個車間，便于進(jìn)行及時檢修、處理。

1.1.2 電務(wù)

電務(wù)專業(yè)的檢測系統(tǒng)主要分為信號動態(tài)檢測系統(tǒng)和通信動態(tài)檢測系統(tǒng)[4]。在人員換班時，將系統(tǒng)最新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)拷貝到U盤帶回分析、利用，發(fā)現(xiàn)不利于檢測數(shù)據(jù)的存儲、管理等問題及時反饋。目前，在電務(wù)檢測車上由檢測人員分析數(shù)據(jù)，形成檢測日報表，通過手機(jī)發(fā)送至專用互聯(lián)網(wǎng)郵箱，供站段相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員下載、使用；在問題整改后，填報動態(tài)檢測問題反饋表，通過FTP上報電務(wù)處反饋銷號。

1.1.3 供電

供電專業(yè)檢測系統(tǒng)主要包括視頻子系統(tǒng)、拍照子系統(tǒng)、接觸網(wǎng)曲線數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和接觸網(wǎng)專家子系統(tǒng)。其中接觸網(wǎng)曲線數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)以波形圖的方式將接觸網(wǎng)的拉出值、導(dǎo)高、硬點等信息顯示出來，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件格式為.jcc文件。接觸網(wǎng)專家子系統(tǒng)利用此文件，生成接觸網(wǎng)缺陷報表以便查看和使用。供電檢測車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件由負(fù)責(zé)檢測的人員換班時拷貝帶回供電檢測所，技術(shù)人員利用接觸網(wǎng)專家系統(tǒng)生成缺陷報表。1.1.4 車輛

車輛專業(yè)檢測能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確、快速、全自動對車輛軸溫探測系統(tǒng)（THDS）進(jìn)行檢測，并與地面THDS探測站設(shè)備數(shù)據(jù)實現(xiàn)互傳。檢測車每經(jīng)過一個THDS探測站可接收到檢測數(shù)據(jù)，將其與設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，判斷THDS設(shè)備的測溫精度、方位角度等技術(shù)指標(biāo)，形成結(jié)論性的檢測報告并自動打印。工作人員下車時將本車輛段的檢測報告帶回分析，從而對存在問題的探測站進(jìn)行整治。但該過程持續(xù)時間較長，工作相對滯后。

總之，鐵路局檢測車還存在以下問題：

（1）鐵路局積累了大量工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等專業(yè)傳感器設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及視頻、圖片等數(shù)據(jù)，但沒有進(jìn)行統(tǒng)一存儲和管理；

（2）鐵路局檢測車數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)實時從檢測車傳輸?shù)借F路內(nèi)網(wǎng)中，通常使用人工刻盤、移動硬盤拷貝的方法，不具實效性，存在數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟失隱患；

（3）鐵路局在工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等專業(yè)已開展了統(tǒng)計和對比分析，但檢測車綜合分析能力相對不足，不能有效開展基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)預(yù)測和故障診斷；

（4）鐵路局各專業(yè)檢測數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)在不同專業(yè)、不同科室間互聯(lián)互通和信息共享需求。

1.2 檢測車業(yè)務(wù)總體需求

1.2.1 整合綜合檢測車數(shù)據(jù)，促進(jìn)信息資源綜合利用

全面梳理鐵路局檢測車既有信息資源及數(shù)據(jù)交換、共享及公開需求，打破工務(wù)、電務(wù)、供電和車輛系統(tǒng)鴻溝，將各專業(yè)間需要共享的數(shù)據(jù)抽取出來，形成集中統(tǒng)一的共享庫，為鐵路局各業(yè)務(wù)系統(tǒng)及用戶提供檢測車檢測信息共享服務(wù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源在全鐵路局的綜合利用[5]。

1.2.2 全面、準(zhǔn)確、及時的檢測數(shù)據(jù)獲取

當(dāng)前工務(wù)、電務(wù)、供電和車輛的檢測數(shù)據(jù)均未做到實時獲取，各專業(yè)分析人員對檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、及時獲取均有需求，解決檢測數(shù)據(jù)共享首先要解決檢測數(shù)據(jù)的實時傳輸獲取。全面、準(zhǔn)確、及時的檢測數(shù)據(jù)獲取也是各類檢測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用分析的基礎(chǔ)。

1.2.3 跨專業(yè)綜合檢測信息展現(xiàn)，形成鐵路局級完整、統(tǒng)一、多維度、多層次的數(shù)據(jù)展現(xiàn)

由于檢測車涉及多個專業(yè)，且專業(yè)相對獨(dú)立，因此檢測車信息資源被分割在各分散的業(yè)務(wù)部門，難以對企業(yè)各專業(yè)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行綜合查看及分析。通過數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)實現(xiàn)檢測車各專業(yè)信息的統(tǒng)一、集中展現(xiàn)，從而獲得對該業(yè)務(wù)的宏觀、整體、直觀的洞察。1.2.4 面向各專業(yè)主體的統(tǒng)計分析應(yīng)用和數(shù)據(jù)應(yīng)用的典型示范

檢測車包含大量的傳感器和攝像頭，可實時產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)類型較多。鐵路行業(yè)已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)在各行各業(yè)已成功應(yīng)用，但亟需運(yùn)用典型大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)視頻、波形、傳感器數(shù)據(jù)等的采集、存儲、清洗、分析和可視化，開展大數(shù)據(jù)技術(shù)在鐵路行業(yè)的典型應(yīng)用示范。面向各專業(yè)主體的統(tǒng)計分析應(yīng)用，是大數(shù)據(jù)技術(shù)在鐵路檢測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用的切入點。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體架構(gòu)

從整體角度對鐵路局檢測車數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建鐵路局檢測車數(shù)據(jù)一體化分析系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)），總體上分為數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用服務(wù)層與訪問展示層（見圖1）。系統(tǒng)采集或?qū)霗z測車各類檢測數(shù)據(jù)，包括工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等數(shù)據(jù)，提供檢測信息集成共享服務(wù)，并進(jìn)行有效整合加工，實現(xiàn)檢測車數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)統(tǒng)計分析、深度分析及分析結(jié)果的可視化展示，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動運(yùn)營管理和科學(xué)決策。

2.1.1 數(shù)據(jù)源層

數(shù)據(jù)源層包含原始數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，如軌道檢測數(shù)據(jù)集成處理系統(tǒng)、信號動態(tài)檢測系統(tǒng)、通信動態(tài)檢測系統(tǒng)、供電檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、紅外線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、鐵路主數(shù)據(jù)管理平臺等。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層包括鐵路內(nèi)網(wǎng)、4G、Wi-Fi、LTE、GSM等傳輸通道，實現(xiàn)外網(wǎng)數(shù)據(jù)穿越到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器。

2.1.3 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換[6]，以上功能采用Web Service接口、ETL工具、中間件、文本解析、FTP服務(wù)等實現(xiàn)。

圖1 鐵路局檢測車系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1.4 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層是介于數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用服務(wù)之間的介質(zhì)和橋梁，主要對檢測車數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的采集、轉(zhuǎn)換、整合、存儲，同時完成包括數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)全生命周期管理、數(shù)據(jù)技術(shù)流程管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范管理等一系列數(shù)據(jù)管理工作。目的在于保障高質(zhì)量的數(shù)據(jù)檢測結(jié)果，協(xié)調(diào)不同數(shù)據(jù)應(yīng)用之間的共享性、統(tǒng)一性、規(guī)范性和有效性[7]。

2.1.5 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層面向檢測車中的各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的加工、處理、存儲，支持復(fù)雜數(shù)據(jù)分析模型的計算和實現(xiàn)。提供數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)清洗、查詢分析、報表管理、可視化展示、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)配置等一系列業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.1.6 訪問展示層

訪問展示層主要負(fù)責(zé)用戶的交互以及多種不同形式的展現(xiàn)，實現(xiàn)統(tǒng)一的用戶管理[8]，并支持在大屏系統(tǒng)、瀏覽器以及移動客戶端上的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)對接方案

系統(tǒng)主要處理數(shù)據(jù)包括鐵路局檢測車相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)，分為工務(wù)、供電、電務(wù)（通信和信號）、車輛4個專業(yè)。刪除各專業(yè)不合理檢測數(shù)據(jù)，將統(tǒng)計結(jié)果數(shù)據(jù)通過4G、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸至鐵路外網(wǎng)服務(wù)器，之后由內(nèi)網(wǎng)接口服務(wù)器通過安全平臺獲取并供給“鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)”使用。數(shù)據(jù)對接方案見圖2。

由于數(shù)據(jù)集成來自不同數(shù)據(jù)源的檢測數(shù)據(jù)，存在著大量不一致、冗余的數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)質(zhì)量，所以在數(shù)據(jù)對接過程中需要考慮以下幾個問題：

（1）數(shù)據(jù)分析，分析各個檢測數(shù)據(jù)的指標(biāo)，確定數(shù)據(jù)的錯位類型；

（2）定義數(shù)據(jù)檢驗規(guī)則，按照不同專業(yè)檢測數(shù)據(jù)的特征，定義數(shù)據(jù)檢驗規(guī)則；

（3）搜索識別錯誤實例，利用ETL工具對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行逐行檢查，將檢查出的錯誤數(shù)據(jù)字段的相關(guān)信息保存在數(shù)據(jù)庫的錯誤表中[8]；

（4）修正錯誤數(shù)據(jù)，分析錯誤表中的數(shù)據(jù)，編寫程序?qū)﹀e誤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

圖2 數(shù)據(jù)對接方案

圖3 鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)功能

3 功能設(shè)計

3.1 總體功能架構(gòu)

鐵路局檢測車數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)是一個綜合性強(qiáng)、涉及面廣、功能多樣的系統(tǒng)工程。該系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)分析應(yīng)用、綜合分析展示等幾大功能，主要包括數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)清洗、多維度分析、報表管理、可視化展示、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理等（見圖3）。

3.2 多維度分析功能列表

多維度分析能夠以直觀、多維、實時的方式展示和分析數(shù)據(jù)，并可在移動端實時查看和分享，全面激活企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)，讓每一位用戶都能夠使用這一平臺，輕松發(fā)掘大數(shù)據(jù)價值，獲取深度洞察力[9]。

多維度分析主要支持按時間、線路、段、設(shè)備狀態(tài)等多維度查詢，以及橫向和縱向的統(tǒng)計和對比分析。具有完美可視化編輯、自由拖拽組合、可多屏定制、自適應(yīng)設(shè)計等功能。各專業(yè)多維度分析功能見表1。

4 結(jié)束語

鐵路局檢測車大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)，可提供檢測車的數(shù)據(jù)共享，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。各級有關(guān)人員及時掌握檢測車檢測數(shù)據(jù)，通過對各專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、綜合性分析，有助于開展基礎(chǔ)設(shè)施故障診斷、故障預(yù)測，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施維修由故障修向狀態(tài)修、預(yù)測修的轉(zhuǎn)變，有效降低過度修帶來的巨大浪費(fèi)，達(dá)到優(yōu)化養(yǎng)護(hù)維修安排、預(yù)測設(shè)備變化趨勢、均衡設(shè)備質(zhì)量、合理控制維修成本等目的。

表1 各專業(yè)多維度分析功能表

[1] 馬小寧. 智能鐵路總體框架研究[D]. 北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2013.

[2] 高偉. 數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理：盤活大數(shù)據(jù)時代的隱形財富[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3] 王衛(wèi)東，徐貴紅，劉金朝，等. 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施大數(shù)據(jù)的應(yīng)用于發(fā)展[J]. 中國鐵路，2015(5)：1-6.

[4] 孟小峰，慈祥. 大數(shù)據(jù)管理：概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].計算機(jī)研究與發(fā)展，2013，50(1)：146-169.

[5] 張瑋. 鐵路電務(wù)檢測車的應(yīng)用及技術(shù)實現(xiàn)[J]. 鐵道技術(shù)監(jiān)督，2009，37(1)：18-20.

[6] 龔增進(jìn)，余祖俊. 鐵路綜合檢測列車采集分析系統(tǒng)總體設(shè)計方案[J]. 鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2005，14(12)：27-29.

[7] QLIK. Simple to use more power than you can imagine. [EB/OL].（2016-06-12）[2016-12-30]. http://www. qlik.com.

[8] 王媛媛，丁毅，孫媛媛，等. 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實現(xiàn)方法研究[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(4)：71-74.

[9] 中國鐵道科學(xué)研究院. 大數(shù)據(jù)技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用研究[R]. 北京，2015.

責(zé)任編輯 李葳

A New Data Collection and Analysis System on Inspection Trains of Railway Administrations

LIU Yanjun，LI Ping，MA Xiaoning，LIU Jun，YANG Lianbao
（Railway Big Data Research and Application Innovation Center，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081, China）

Based on data of various specialties collected by inspection trains of railway administrations, data acquisition, data management, data cleaning, data sharing, data analysis and display etc. are utilized for the design of the overall system architecture and main analysis functions and for collection, transmission, storage, cleaning, analysis and visualization of professional inspection data of railway administrations. Comprehensive display of multidisciplinary inspection data in a integral, unified, multi dimension and multi-level way is achieved. With the new system, it is possible for leaders of railway administrations to grasp the overall situation of equipment operation and give scientif c guidance to professional infrastructure maintenance. Also, the system ensures railway operation safety, and better serves all professions covered by the inspection trains of railway administrations.

big data；inspection train；data sharing；data mining and analysis；multi-dimensions

U29-39

A

1001-683X（2017）01-0024-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.01.024

2017-01-04

劉彥軍（1985—），男，研究實習(xí)員，本科。E-mail：lyjxg0254@126.com