浅析铁路信号集中监测系统之大数据运用

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摘 要：铁路信号集中监测系统（Centralized Signaling Monitoring system，简称CSM）在当前铁路电务设备维修管理中的应用最为广泛。CSM系统发展至今，已实现了数据的实时采集及记录、分析，数据量已经非常可观，但随之而来的数据运用、处理成为一项重要挑战。如何更合理、更科学地分析采集而来的数据，为设备维修管理提供更加直观、便捷、更有参考意义的数据，使信号集中监测更加智能化，是CSM系统发展的主要方向。文章通过对各大主流CSM及软件相关功能的对比分析，探讨在实际设备维修及故障查找运用过程中更优质的数据分析方案，并对系统相关功能提出改进建议。
关键词：信号；监测；大数据；运用
1 CSM系统主要功能概述
CSM系统的数据采集、数据共享、数据安全各项功能均较为完善。集中监测采用独立的2M速率的数字通道，采用统一的底层通信平台，通过标准协议接口与CTC/TDCS、计算机联锁系统、ZPW-2000、智能电源屏、智能点灯单元、转辙机表示缺口、计轴等设备的数据互通；集中监测采用标准广域网通信协议，实现了“三级四层”的数据共享；CSM系统采用冗余、可靠性技术和网络安全技术，确保了系统与数据安全。
目前，大秦、大张、北同蒲线各站使用的集中监测使用交大、长龙、辉煌厂家的CSM系统。各大厂家提供的软硬件相关技术均较为成熟，可实现信号设备运用过程中的数据动态实时监测、数据记录、统计分析与监测报警。如：实现了转辙机、轨道电路、信号机、电缆绝缘、半自动闭塞、站（场）联电压、电源等模拟量测试与分析。实现了按钮、控制台表示状态、关键继电器状态、区间轨道及信号机运用状态等开关量变化的实时监测。
2 主流CSM系统大数据运用及分析
2.1 数据报表运用
2.1.1 实时值报表
随着铁路信号控制系统的发展、各项新技术的引入，CSM系统的采集点也随之增多。由于数据的生成量不断增加，实时处理能力是CSM系统功能是否强大的重要指标。目前集中监测实时值报表可显示各设备电压、电流等即时数据。现场运用作为广泛的是在查找一些已经自行恢复的故障、以及处理设备电压波动等隐性故障的过程中，使用实时值报表，可以轻松掌握一些瞬时的、轻微的数据变化，更为准确地确定故障位置。
2.1.2 月报表
CSM系统月报表统计每月各设备开关量的变化次数，如：道岔动作次数、信号机开放次数时间等。通过查看此报表，可以对某段时间内某些的设备使用情况一目了然，针对性地加强日常设备巡视及维修。
CSM-JD2006版集中监测系统可以对某月的数据进行排序，经过对2017年1月份某站道岔动作次数从高到低进行排序可以发现：该站38/42号道岔1月份动作次数为1418次，使用最为频繁，电务工区应加强日常设备的巡视检查、涂油润滑、天窗检修等工作，从而提高38/42号道岔设备质量，降低对行车的影响。同理，对信号机开放次数也可以进行查看，结合灯泡使用寿命，適当地对使用频繁的信号机灯泡进行更换。
CSM-CL2010版CSM系统也可以实现排序功能。其它各版本的CSM系统虽然可以生成此种形式的月报表，但是均无排序功能，报表的实用性不足，不便于电务段的设备使用分析。
2.2 数据图形运用
数据的折线图形式的图形分析，是信号CSM系统最经典、最主流分析方法。按横坐标分为：实时曲线、日曲线、月曲线、年曲线。按照纵坐标分为：电压曲线、电流曲线、时间曲线。本文选取日曲线、月曲线及时间曲线进行说明。
2.2.1 日曲线
CSM系统将实时采集的模拟量数据以折线图的形式绘制成为日曲线，形象地再现了设备状态及设备变化情况，在现场设备巡视及故障查找判断中的应用最为广泛。同时，对日曲线的放大分析、同屏对比分析功能的加入，更加方便了设备维修单位。
交大2006版微机监测曲线可以轻松实现横向、纵向的放大，有助于查看数据的短时间、瞬时的微量变化。但是不足之处在于无法实现同屏分析。
辉煌CSM系统的日曲线分析可以实现同屏对比分析，设备各相关曲线的同步变化情况一目了然，特别是针对采集数据较多的ZPW-2000A设备曲线，曲线同屏对比分析的优势较为明显。也可对曲线上任意时间点直接进行站场图的回放，为设备维修单位提供了极大的方便。但是辉煌微机监测的不足之处在于，为了实现各数据曲线的同屏对比，只能对曲线进行横向的放大，无法进行纵向放大，一些轻微的数据变化难以准确读取。
2.2.2 月曲线
相对实时报表、日曲线，CSM系统对每月的数据分析数据量较大，分析方法的难度相对叫较高。通过对交大2006版CSM系统轨道电压月曲线进行分析，软件并未将每日曲线进行机械地拼合，而是将每日轨道电路的“调整最大值”、“调整最小值”、“分路最大值”进行采样式的分析，绘制成为折线图类型的月曲线。由此图分析可以快速得出：某日轨道电路出现了较大的波动、某日出现过分路不良、某日因漏泄等因素而进行了轨道电压电平调整等信息。此种采样分析的曲线优点在于减少了数据分析量，软件更加轻便。其它版本的CSM系统均采用采样分析，并加入了调整电压平均值、分路电压平均值等信息。
2.2.3 时间曲线
辉煌软件将道岔每次的动作时间绘制成月曲线是一次创新，突破了以电压、电流等数据作为分析的常规思路。通过此曲线可以轻松查阅某日道岔动作时间较长而出现过道岔无表示故障，也可以观察某道岔动作时长变化，从而对道岔压力不足、道岔机械卡阻等安全隐患进行预判，及早采取措施。
3 CSM大数据运用优质方案
通过对主流的CSM系统的对比分析，综合其优缺点，总结出一套集中监测常用分析的最优方案，各设备厂家应以现场实际运用角度出发，取长补短，创新思路，开发更加完善的数据分析软件。
一是CSM系统的实时值报表要及时准确。二是月报表生成后需要加入排序、筛选等功能。三是曲线分析要实现同屏对比分析，并可以同步进行二维放大，精确显示需要的数据。四是月曲线采用最值数据智能采样分析的方法。五是曲线分析要实现与站场图回放、继电器开关量变化等信息的即时交互。六是创新运用时间曲线、距离曲线等形式的分析方法。
4 改进建议
（1）目前CSM系统普遍使用“折线图”类型的曲线进行数据分析，建议系统适当加入“饼状图”、“柱形图”、“雷达图”等图形分析，实现对大数据更直观、更形象的分析。（2）《维规》规定CSM系统的数据保存时间不少于30天，各主流监测软件数据保存虽已达到标准，但是电务段对典型事故、故障等重要相关数据、曲线需要长时间甚至永久保存。目前电务段仅限于截图记录，存在一定的局限性。建议CSM系统可以实现对个别时间段、个别设备的数据、曲线进行导出、导入功能，可实现对数据的跨站、跨系统的交互式分析、离线分析，使电务段的数据管理更高效、便捷。同时也为事故、故障的教训吸取、职工教育等工作提供便利。（3）目前大秦、北同蒲、大张线集中监测均采用2M速率的数字通道，随着CSM系统软件的升级以及采集点、采集数据的增加，日常使用过程中普遍存在卡顿、延时现象，严重影响了系统的用户体验。因此建议对系统软件进行升级的同时，对网络数据通道进行同步升级，必要时采用光纤通信。
参考文献
[1]铁路职工岗位培训教材编审委员会.普速铁路信号维护规则 技术标准[S].中国铁道出版社，2015.
[2]李萍.铁路信号CSM系统[M].中国铁道出版社，2012.