（交通运输规划与管理专业论文）铁路钢轨伤损管理信息系统的设计与实现.pdf

中文摘要 钢轨是铁路轨道设备的重要组成部分，它直接承受列车运行过程中产生的动 载荷。因此铁路钢轨伤损的日常管理工作是保证铁路线路安全、平稳和不间断运 营的重要手段。随着中国铁路高速重载化的快速发展，建立钢轨伤损管理信息系 统是在现有技术条件下提高钢轨伤损管理工作效能的解决方法之一。 论文以北京交通大学与昆明铁路局科研项目“昆明铁路局工务安全生产信息 管理系统”中的钢轨伤损管理信息子系统的设计和实现为研究对象。在分析和借 鉴国内外铁路钢轨伤损管理信息化成果以及国内铁路钢轨伤损管理工作现状的基 础上，结合相关研究成果，在“状态修”闭环管理理念的指导下，作者对铁路钢 轨伤损管理信息系统进行了系统构架和详细功能设计。 论文对铁路钢轨伤损管理信息系统实现过程中涉及的相关关键问题进行了研 究。首先，以数据仓库和数据挖掘理念为指导思想，论文对钢轨伤损管理信息系 统涉及的各种相关数据源进行整合，建立了综合数据平台；其次，通过综合数据 平台的数据支持，论文对通过总重按日进行自动精确统计的方法进行了研究；最 后，在借鉴国内外钢轨伤损周期模型的基础上，对钢轨伤损周期预测的建模问题 进行了探讨。 论文的成果已经应用于“昆明铁路局工务安全生产信息管理系统 钢轨伤损 管理信息子系统( 第一期) 的系统框架构建和部分功能实现的工作中，该系统已 经在现场投入了实际运行。 关键词：钢轨伤损；管理信息系统；状态修；闭环管理；数据仓库 分类号： a bs t r a c t r a i li sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fr a i l w a yt r a c ke q u i p m e n t ，w h i c hs u s t a i n st h e d y n a m i cl o a do ft r a i nm o v e m e n td i r e c t l y r a i l w a yr a i ld e f e c t sd a i l ym a n a g e m e n ti sa m a i nm e a n st oa s s u r et h eo p e r a t i o no ft h er a i lt r a c ki ns a f e t y , s t a b i l i t ya n di n c e s s a n c y w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g hs p e e da n dh e a v yl o a di nc h i n ar a i l w a y , e s t a b l i s h i n g r a i l w a yr a i ld e f e c t sm i si so n eo ft h em e a n sw h i c hi m p r o v e st h ee f f i c i e n to fr a i l d e f e c t sm a n a g e m e n t t h i sp a p e r , t h er e s e a r c ho b j e c ti st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fr a i l w a yr a i l d e f e c t sm i s ，w h i c hi sas u b s y s t e mo ft h er e s e a r c hp r o j e c t sn a m e d “r a i l w a y e n g i n e e r i n ga n dm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fk u n m i n gr a i l w a y s b u r e a u b yb e i j i n gj i a o t o n gu n i v e r s i t y ( b j t u ) a n dk u n m i n gr a i l w a y sa d m i n i s t r a t i o n b a s eo nt h ea n a l y s i sa n dr e f e r e n c e ，w h i c hd e r i v e sf r o mt h ei n f o r m a t i o na c h i e v e m e n t so f r a i l w a yr a i ld e f e c t sm a n a g e m e n ti nt h ew o r l da n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fr a i l w a yr a i l d e f e c t sm a n a g e m e n ti nc h i n a ，a n dc o m b i n e st h ei n t e r r e l a t e dr e s e a r c hr e s u l t s ，b yt h e g u i d a n c eo ft h ec o n c e p t i o no fc o n d i t i o n - m a i n t e n a n c ec l o s e - l o o pm a n a g e m e n t ，t h e a u t h o rd e s i g n e dt h es y s t e mf r a m e w o r ka n dt h ed e t a i l e df u n c t i o n so fr a i l w a yr a i l d e f e c t sm i s t h i sp a p e ra l s or e s e a r c h e st h ek e yi s s u e si nt h ep r o c e s so fr a i l w a yr a i ld e f e c t sm i s i m p l e m e n t a t i o n f i r s t l y , b yt h eg u i d a n c eo ft h ec o n c e p t i o n so f d a t aw a r e h o u s ea n dd a t a m i n i n g ，t h i sp a p e ri n t e g r a t e dv a r i o u sk i n d so fd a t as o u r c ei nt h es y s t e m ，a n de s t a b l i s h e d t h ei n t e g r a t e dd a t ap l a t f o r m ；s e c o n d l y , b yt h ed a t as u p p o r tf r o mt h ei n t e g r a t e dd a t a p l a t f o r m ，t h i sp a p e rh a dr e s e a r c h e dt h em e t h o do fs t a t i s t i c s i n gt h em a s sw e i g h to f o v e r p a s sb yd i s t r i c ta n dd a y ；f i n a l l y , b a s eo nt h er e f e r e n c ef r o mr a i l d e f e c t sc y c l e p r e d i c t i o nm o d e l si nt h ew o r l d ，r e s o l v e dt h em o d e l i n gi s s u e so fr a i l d e f e c t sc y c l e p r e d i c t i o n t h i sp a p e r sa c h i e v e m e n th a da p p l i e dt oe s t a b l i s ht h es y s t e mf r a m e w o r ka n d i m p l e m e n tp a r t i a lf u n c t i o n so f “r a i l w a ye n g i n e e r i n ga n dm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mo fk u n m i n gr a i l w a y sb u r e a u ”( t h ef i r s t - s t a g e ) ，w h i c hh a db e e n p u ti n t op r a c t i c a la p p l i c a t i o na tt h es c e n e k e y w o r d s ：r a i ld e f e c t s ；m i s ；c o n d i t i o n m a i n t e n a n c e ；c l o s e l o o pm a n a g e m e n t ； d a t aw a r e h o u s e c l a s s n o ： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：加怍月厂日 导师签名： 签字日期：7 们握月厂日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：拗绎 签字日期：如口p 年月三一日 6 7 致谢 本篇论文的选题、基础资料收集、论文写作、修改定稿等相关工作是在我的 导师王福田高级工程师以及刘仍奎副教授的悉心指导下完成的，因此论文同样凝 聚着两位导师大量的心血和汗水，在此对两位老师给予我的关心和指导致以最衷 心的感谢。 在攻读硕士研究生的两年时间里，王福田高级工程师以及刘仍奎副教授对我 一直不倦教诲和关怀鼓励，不仅传授专业知识、科研方法，在生活上还给予了我 莫大的关心和帮助。两位导师严谨的治学态度、渊博的学识、科学的工作方法、 孜孜不倦的敬业品德和诲人不倦的精神是我一生的楷模。我所取得的每一点进步、 每一份成绩都包含着两位导师无微不至的关怀、鼓励和引导，因此再次向王老师 和刘老师致以最衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，课题组的方圆老师以及吴霞、李琦、刘婷婷、 徐鹏、贾朝龙、刘利强、汤国防、郭然和黄远春同学对我的工作给予了热情帮助， 在此向他们表达我的感激之情。同时感谢李灿、许智和李明华同学在两年时间里 给予我的关心和帮助。 最后感谢我的父母，他们永远是最爱我的人，永远在我的背后默默地支持着 我，他们是我能够专心完成学业最坚实的依靠。 1 绪论 1 1论文选题的背景和意义 钢轨是铁路轨道设备的重要组成部分，它直接承受列车运行过程中产生的动 载荷。由于钢轨本身的材质和结构的原因以及在动载荷的作用下钢轨产生的疲劳， 钢轨将发生各种伤损( 剥离、掉块、核伤、孔裂、轨头裂纹等) 。这些伤损的存在， 不仅会影响列车的高速和平稳运行，且当伤损积累到一定程度时，将大大降低和 削弱行车安全性。 随着我国经济的快速发展，人员和物资流通的需求正以飞快的速度增长着。 而铁路在中长途旅客和货物运输以及关系到国计民生的重要战略物资运输中所承 担的责任j 下日益增大。但是铁路现有的技术设备并不能满足日益增长的需求，于 是高速和重载成为中国铁路必然的发展方向。随之而来的是对铁路钢轨伤损管理 工作更加严格的要求。根据我国铁路工务部门的统计，随着铁路列车运行速度和货 运量的日益提高，铁路钢轨伤损发展形势同趋严峻。近几年我国铁路全路正线伤 损钢轨数量具体数据如下图1 1 i l j 所示。 1 9 9 01 9 9 l1 9 9 21 9 9 3 1 9 9 42 0 0 02 0 0 1 图l 一1 近几年我国钢轨全路正线伤损钢轨数量 f i g u r e1 - 1a m o u n to fd e f e c t e dr a i l si nc h i n ar a i l w a ym a i nl i n e 特别是2 0 0 7 年4 月1 8 同我国铁路进行了第六次大提速，1 4 0 对列车运行时速 已达到2 0 0 k m h ；同时为了满足物资流通的需求，货物列车正日益重载化。因此铁 路钢轨受力增大，钢轨变得更加容易产生伤损。为保证列车安全快速以及重载运 行，必需对钢轨进行更加严格的检测和定期修理，以保持和提高线路钢轨设备的 质量，使轨道上的在役钢轨始终处于良好状态，符合规定的技术标准，并最大限 度地延长钢轨的使用寿命。因此必须运用科学的管理办法，将有限的人力、物力 和作业时间用到最需要维修的地段，使钢轨保持良好和均衡的技术状态，只有这 样才能更经济、更合理、更有效地管理好钢轨技术状态，以保障列车的平稳和行 车安全【2 1 。 2 0 0 5 年1 月，为适应铁路跨越式发展新形势的需要，进一步加快信息化建设， 提高信息化水平，铁道部发布了铁路信息化总体规划，规划中提出：以运输组 织、客货营销、经营管理为信息化建设重点，加强基础建设，整合既有资源，经 过5 - 1 0 年的努力，在东部地区和六大干线基本建成中国特色的铁路运输信息系统， 至2 0 2 0 年在全路建成技术先进、结构合理、功能完善、管理科学、经济适用、安 全可靠、具有中国特色的智能运输信息系统，其总体水平跃居世界先进行列【3 】。其 中，救援指挥系统、安全管理信息系统( 其中即包括铁路钢轨伤损管理信息系统) 为运输组织信息化建设方面的一个重要内容。 2 0 0 7 年6 月2 4 h 铁道部部长刘志军在全国铁路运输安全工作座谈会上，认真总 结第六次大面积提速调图实施以来的工作，深入分析提速安全面临的新情况和新 变化，动员全路干部职工，再接再厉、迎难而上，深入探索提速安全规律，加快 健全提速安全保障体系，深化安全基础建设，确保第六次大面积提速持续安全稳 定，为全面深入推进和谐铁路建设、实现铁路又好又快发展创造良好环蝌4 1 。 于是利用计算机技术进行铁路钢轨伤损管理信息化建设，成为提高铁路钢轨 伤损管理工作质量的重要手段。钢轨伤损的日常管理工作会产生海量的信息数据， 而现阶段国内工务基层单位对这些数据仍然采用手工统计分析和填制报表的方 式，使工作人员的大量时间消耗在业务报告和数据的处理上，严重的影响到钢轨 伤损管理工作的效率和质量。与此同时钢轨伤损管理工作的决策同样需要海量的 数据支持( 包括设备基础信息和运输调度信息等) ，如果仍然采用人工处理是不现 实的。因此为了提高业务数据的处理速度以及提高决策支持的准确度，必然利用 管理信息系统进行海量数据的处理与分析。 综上所述，为了应对铁路高速和重载化的过程中对钢轨伤损管理日益严格的 要求，在保证铁路运输安全性的同时，充分利用各种数据的潜在价值，提高钢轨 伤损管理工作的质量，降低日常工作的成本，提高人员和设备的效率，建立铁路 钢轨伤损管理信息系统显得日益重要。 1 2论文的研究内容 论文以北京交通大学与昆明铁路局科研项目“昆明铁路局工务安全生产信息 管理系统中的钢轨伤损管理信息子系统的设计和实现为研究对象，在分析和借 鉴国内外钢轨伤损管理信息化成果的基础上，在“状态修 管理理念的指导下， 对钢轨伤损管理信息系统进行了系统设计以及初步的实现；同时对钢轨伤损管理 信息系统设计与实现过程中需要解决的关键问题进行了探讨。 2 论文的主要研究内容如下： 1 ) 研究分析国内钢轨伤损管理信息化存在的问题 我国铁路由于体制与现实等相关因素，在钢轨伤损管理信息系统的使用上并 没有实现统一，各铁路局都根据各自的实际情况建立了各自的钢轨伤损管理信息 系统。这些各种各样的系统仍然存在着各种不足。论文通过查找资料分析和研究 了国内外钢轨伤损管理信息化的应用现状，结合中国铁路钢轨伤损管理的现状， 指出了国内钢轨管理信息化存在的不足。 2 ) 在“状态修乃闭环管理理念的指导下，对钢轨伤损管理信息系统进行系统 构架设计和功能设计 所谓的“状态修”的管理理念，是通过对与钢轨伤损管理工作相关的各种数 据进行分析和挖掘的基础上，掌握钢轨的状态和伤损的发展规律，按钢轨的实际 技术状态来确定相关作业的时机，对即将出现伤损的钢轨进行维护或更换处理， 使钢轨的技术状态始终处于良好状态，提高铁路钢轨伤损管理工作的水平和效率， 将安全隐患消灭在产生之前。而所谓的闭环管理理念就是将钢轨伤损管理的相关 业务流程看作一个闭合的环，即通过检测精确掌握在役钢轨的技术状态，通过钢 轨实际技术状态决定相关作业类型和作业时机，通过作业质量评定掌握作业后钢 轨的技术状态，再以此来指导检测计划的制定，使钢轨伤损的管理业务流程形成 一个闭环管理流程。论文在“状态修”闭环管理理念的指导下，对钢轨伤损管理 信息系统进行了系统构架设计和功能设计。 3 ) 对钢轨伤损管理信息系统建立过程中的关键问题进行探讨 ( 1 ) 综合数据平台的建立 在实现钢轨伤损管理信息系统的过程中存在着一些关键问题，解决这些问题 需要对大量繁杂多样的数据进行积累和分析。但是这些数据来源多样，数据结构 和标准多样，因此需要以数据仓库和数据挖掘理念为指导思想建立的综合数据平 台，对各种相关的数据进行存储、管理和分析，为系统业务功能和决策支持提供 坚实可靠的数据支撑。 ( 2 ) 通过总重的统计 为了精确地预测钢轨伤损病害的发展和降低用户的工作量，需要对钢轨所在 区段的通过总重进行自动的精确统计。论文对通过对现行通过总重统计方法的研 究，在系统综合数据平台的数据支持下，提出了对通过总重进行自动精确统计的 方法。 ( 3 ) 钢轨伤损周期的预测 实现钢轨伤损管理信息系统的最终目的是为钢轨伤损的管理业务提供最优的 决策支持，因此需要建立预测模型对钢轨伤损周期进行预测。论文结合国内外钢 3 轨伤损周期预测方法的研究，对较为成熟的钢轨伤损预测函数一维布尔函数进行 了初步探讨。 1 3论文的组织结构 本论文在分析借鉴国内外钢轨伤损管理信息系统的基础上，针对我国目前工 务钢轨伤损管理业务现状，对钢轨伤损管理信息系统进行了系统构架和功能设计， 并在实验室相关研究成果的基础上，对系统进行了初步的实现：同时对钢轨伤损 管理信息系统建立过程中的关键问题进行了研究。论文结构如下： 第一章主要内容是详细介绍了论文的研究背景及主要研究内容。 第二章主要内容是介绍国内外的钢轨伤损管理信息化现状，并指出我国钢轨 伤损管理信息化所存在的问题；同时简单介绍了我国铁路工务生产中钢轨伤损管 理工作的内容以及现状。 第三章主要内容是研究的是在“状态修”闭环管理理念指导下对钢轨伤损管 理信息系统的系统架构和功能进行相关设计。本章的主要内容包括：( 1 ) 系统需求 分析，结合铁路钢轨伤损管理工作现状和现场的需求调研，对系统进行需求分析， 并确定系统的设计目标；( 2 ) 系统设计思想，主要内容是对钢轨伤损管理信息系统 的两个设计思想，“状态修”闭环管理理念和数据仓库与数据挖掘理念进行介绍； ( 3 ) 系统框架设计，主要内容是对钢轨伤损管理信息系统的框架体系进行设计；( 4 ) 系统功能设计，主要内容是对钢轨伤损管理信息系的各功能模块的详细功能进行 设计。 第四章主要内容是研究建立钢轨伤损管理信息系统的过程中需要解决的一些 关键问题。本章的主要内容包括：( 1 ) 综合数据平台的建立；( 2 ) 通过总重的统计， 通过综合数据平台的数据支持，以日为单位对通过总重进行自动精确统计的方法； ( 3 ) 钢轨伤损周期的预测，对钢轨伤损周期预测模型进行初步探讨。 第五章主要内容是介绍钢轨伤损信息管理系统初步实现的基本情况。钢轨伤 损管理信息系统是北京交通大学与昆明铁路局科研项目“工务安全生产信息管理 系统”的重要组成部分。由于钢轨伤损管理信息系统是一个庞大复杂的应用管理 信息系统，全面实现需要较长时间的数据积累与应用调试，因此现阶段的主要工 作是对其进行初步的实现。 第六章指出本论文的创新点和不足之处，并指明了需要进一步研究的方向。 4 2 国内外铁路钢轨伤损管理信息化现状 2 1国外铁路钢轨伤损管理信息化现状 世界各国铁路部门从7 0 年代初开始应用计算机为铁路养护维修服务，先后开 发了各自独立的铁路工务计算机养护维修管理系统，其中涉及钢轨伤损管理有代 表性的如下： 1 ) 英国的m a p p a s ( 钢轨养护、钢轨更新计划决策、费用估算支持系统) 一用 统计方法分析钢轨伤损病害现象，基于技术经济分析模型，评价钢轨养护维修方 案，决策钢轨更换费用最小的更换周期掣5 1 。 2 ) 德国的s y s t e m d 、i a m i c s ( 钢轨养护、钢轨更新计划决策支持系统) 一基 于动态系统理论，进行长期的经济、技术相互作用仿真【5 】。 3 ) 日本1 9 7 5 年运行新千线信息管理系统s m i s 。该系统分为轨道维修状态管 理、轨道材料管理、轨道工程计算3 部分。东海道新干线将s m i s 改为r i n n d a 。并 在此基础上开发了东海道新干线轨道管理系统t o s m a 。 4 ) 1 9 9 6 年西欧铁路联盟u i c 的欧洲铁道研究所e r r i 得到1 0 个国家的协助，开 始开发e c o t r a c k ( e c o n o m i c a lt r a c k ) 并于1 9 9 8 年1 2 月完成了程序的编制。 e c o t r a c k 有以下特征p j ： ( 1 ) 使用范围为3 0 0 0 5 0 0 0 k m 的铁路网络的维修计划； ( 2 ) 适用于既有线、高速线、重载线路； ( 3 ) 可分别统计2 0 0 ， 5 0 ( r ；10 0 0 m 等一定长度的各种数据； ( 4 ) 对各种资源( 材料、养护) 进行最佳配置； ( 5 ) 是基于养护专家的知识和经验而开发的专家系统； ( 6 ) 运行w i n d o w s 平台下。 除此之外，还将开发道岔管理系统( e c o w i t c h ) 、桥梁管理系统 ( e c o b r i g d e ) ，接触网管理系统( e c o c a t e n a r y ) ，路基管理系统( e c o s o i l ) 。 5 ) 美国联邦铁路管理局( f r a ) 依靠轨道自动检测数据，使总部和地区管理人 员能够对铁路部门执行联邦轨道安全标准的现状进行监督和评价，提出铁路的安 全趋势，建立集中的轨道数据管理系统( t d m s ) 档案，为专业安全研究提供支持。 并为检查员提供了数字式轨道笔记本( d t n ) 、手提式轨道加载装置( p t s f ) 、遥控 监视器、轨道数据自动校对系统( a t d a s ) 等专用工到6 1 。 6 ) 加拿大在铁路维修方面开发了轨道管理系统、轨道维修咨询系统和轨道养 护维修辅助决策系统，是较早实现信息系统商品化的国家之一。轨道管理系统利 5 用轨道检查车动态检测数据结合现场人工测量数据，评判线路钢轨和各部件的质 量状态，并且结合线路运输状况预测线路质量恶化趋势。轨道维修咨询系统是对 钢轨动态检测数据进行管理和分析的系统，于9 0 年代在太平洋铁路中开始应用。轨 道养护维修辅助决策系统在轨道维修咨询系统的基础上，定量预测钢轨伤损指标 的变化，结合线路设备的基本信息以及运输状况辅助制订钢轨和其他部件的更换 计划以及线路大中修计划。同时该系统注重对于维修信息的管理，考虑经济和资 源因素，制定各种计划，可以提高作业效率，合理分配资源，优化安排养修作业。 7 ) o m n i c o me n g i n e e r i n g 公司 o m n i s u r v e y o r 3 d 7 】是三维的基础设施管理系 统，在巡道车行进中产生前进方向的连续的左中右方向的钢轨影像，每一帧影像 都能精确定位，定位精度达0 5 m ，并生成高精度的铁路沿线的三维影像，结合巡 道车测得的钢轨数据可以自动将不合格的钢轨在三维图像上高亮度显示。 8 ) e n s c o 公司开发的f i e l dd a t as y s t e m 、g a u g e r e s t r a i n tm e a s u r e m e n ts y s t e m 、 h i g h s p e e dt r a c kg e o m e t r ys y s t e m 、v i s i o n b a s e di n s p e c t i o ns y s t e mg i s 等l v j ，可以 利用装载g p s 的轨道车队钢轨进行自动检查和检查结果的记录、查询和分析等，其 中v i s i o n b a s e di n s p e c t i o ns y s t e m 取代步行巡道后在运行速度为5 0 m p h 的巡道车上 的精度达1 8i n 。 9 ) z e t a t e c ha s s o c i a t e s 公司开发的应用在加拿大铁路的m a i n t e n a n c eo f w a y i n f o r m a t i o ns y s t e m 8 1 ，可以用不同的颜色在电子地图中显示钢轨病害及严重程度， 可以查询设钢轨维护历史数据，并建有预测模型，用来根据当前数据预测钢轨等 设备的使用寿命，分析钢轨伤损病害对铁路的影响；同一家公司开发的 t i e i n s p e c t i o na n dp l a n n i n gs y s t e m ，能收集轨枕状态数据，依据这些数据分析一定 范围内轨道强度的变化，计算出需要更换哪些枕木，以及更换了这些枕木后对轨 道强度的影响。 1 0 ) 欧洲轨道研究院( e u r o p e a nr a i lr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 开发的b c o t r a c k 轨 道维护及更新决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mf o rt r a c km a i n t e n a n c ea n d r e n e w a l ) 【9 】，该系统可以进行钢轨数据管理，同时应用专家系统技术，建立有钢轨 维护、更新规则库，可以对钢轨设施管理、维护和更新提供优化管理和决策支持， 同时可以进行设备诊断、优化资源分配、对基础设施进行技术上和经济上的分析， 提高工务设备的生产率。 除了上面介绍的以外，还有很多不同的管理信息系统，如美国的s m s 和 r e p o m a n 系统，法国国铁的g o p 系统，瑞士的g e v 系统等，都有各自的特点， 分别实现了钢轨状态管理和辅助养护维修等作用。 6 2 2国内铁路钢轨伤损管理信息化现状 2 2 1国内铁路钢轨伤损管理工作现状 1 ) 钢轨运用管理【1 0 】【l l 】 铁路线路修理规则中规定，线路上的钢轨类型应与运量、线路允许速度 和轴重相适应。允许速度大： ：1 2 0 k m h 的线路应采用6 0 k g m f l 己以上钢轨，小半径曲 线地段及重载线路应铺设全长淬火轨。线路大修采用的钢轨类型应符合表2 1 的规 定。 表2 1 钢轨铺设标准 t a b l e2 一il a y i n gs t a n d a r do fr a i l w a yr a i l 年通过总重( m t ) 监1 0 01 0 0 鳖1 5 1 5 钢轨类型( k g m ) 7 5 - - 6 06 0 5 0 钢轨超过大修周期且伤损严重时，工务段应适当降低线路允许速度，以保证 行车安全。使用的新钢轨应符合相关技术条件；使用的再用轨应符合铁道旧轨 使用和整修技术条件的规定。 2 ) 钢轨伤损分类【1 1 】【1 2 】 钢轨伤损的种类很多，原铁道部工务局和原铁道科学研究院曾于1 9 6 6 年共同 编制了钢轨伤损分类，提出了钢轨伤损分类编号方法。钢轨伤损分类编号内容 参看附录a 。 钢轨伤损按程度分为轻伤、重伤和折断三类，钢轨轻伤和重伤标准参看附录b 、 附录c 和附录d 。钢轨折断是指发生以下情况之一者： ( 1 ) 钢轨全截面断裂； ( 2 ) 裂纹贯穿整个轨头截面； ( 3 ) 裂纹贯穿整个轨底截面； ( 4 ) 允许速度不大于1 6 0 k m h 区段钢轨项面上有长度大于5 0 m m 且深度大于 1 0 m m 的掉块，允许速度大于1 6 0 k m h 区段钢轨顶面上有长度大于3 0 m m 且深 度大于5 m m 的掉块。 3 ) 钢轨检测管理【1 0 j 【i l 】 铁道部和铁路局的钢轨探伤车，对每年通过总重不小于5 0 m t 或允许速度大于 1 2 0 k m h 的线路每年应至少检查2 遍，对每年通过总重不小于2 5 m t 的干线每年应至 少检查1 遍。特殊地段增加检查遍数由铁路局确定。钢轨探伤车检查的伤损应采用 探伤仪进行复核。 钢轨探伤检查应实行定期检查制度，依据年通过总重、轨型等条件确定钢轨 7 探伤周期，其他站线、专用线的线路和道俞每半年应检查1 遍。正线、到发线线路 和道翁钢轨探伤周期如下表2 2 所示。 表2 2 正线、到发线线路和道岔钢轨探伤周期 t a b l e2 - 2m a i nl i n e ，r e c e p t i o n d e p a r t u r et r a c ka n ds w i t c h e si n s p e c t i o nc y c l eo fr a i l 下列情况应适当增加探伤遍数：冬季；在桥梁上、隧道内、小半径曲线、大 坡道及钢轨状态不良地段；伤损数量出现异常，连续两个探伤周期内都发现疲劳 伤损( 如核伤、鱼鳞伤、螺孔裂纹、水平裂纹等) 地段；大修换轨初期( 7 5 k g m 、 6 0 k g m 钢轨为累计通过总重5 0 m t ，5 0 k g m 钢轨为累计通过总重2 5 m t ) 、超过大修 周期地段、钢轨与运量不匹配地段。 无缝线路和道岔钢轨的焊缝除按规定周期检测外，应用专用仪器对焊缝全断 面探伤，每半年不少于1 次。对钢轨、道岔磨耗情况，每年应结合秋检全面检查1 次。对磨耗接近轻伤和重伤的钢轨和道岔，每季至少组织检查应1 次。 4 ) 钢轨修理管理【l o 】【l l 】 铁路线路修理规则中规定，铁路钢轨的养护维修需要根据钢轨的不同技 术状态而采取大修、中修、维修三种不同的维修方法。这三种维修方法的应用为 我国铁路的安全、正点运行提供了有效的保障。在重载快速条件下，钢轨修程可 以按大修、维修( 综合维修、经常保养、临时补修) 来设置。 ( 1 ) 钢轨大修 钢轨大修的目的在于消灭铁路钢轨相关设备长久积累下来的一切永久伤损， 使大修后的相关设备质量完全恢复到原有标准或达到更高标准，其主要内容是全 面更换钢轨等。大修计划目前一般由路局工务处，根据线路运营年限和各工务段 上报的秋检资料安排次年的大修任务。 ( 2 ) 钢轨中修 钢轨中修的目的在于消灭上次大修以后逐渐积累下来，但又不是经常维修所 能消除的病害，主要内容是更换失效钢轨和其他相关设备。中修计划目前一般由 路局工务处，根据线路运营的年限和各工务段上报的秋检资料安排季度的中修任 务。随着管理体制的改革及维修水平的提高，中修将会逐渐被取消。 ( 3 ) 钢轨维修 钢轨维修是在大中修间或两次中修间进行消灭一般钢轨病害或计划预防性工 作的作业。线路维修依工作性质又可分为综合维修、经常保养和临时补修。 综合维修是根据钢轨伤损变化规律和特点，以更换、整修伤损零部件为重点， 以大型养路机械为主要作业手段，按周期、有计划地对线路进行的综合修理，以 恢复钢轨设备完好技术状态。 经常保养是根据线路变化情况，以养路机械为主要作业手段，对全线进行有 计划、有重点的养护，以保持钢轨设备质量经常处于均衡状态。 临时补修指以小型养路机械为主要作业手段，及时对钢轨伤损及其他不良处 所进行临时性整修，以保证行车平稳和安全。 ( 4 ) 施工及维修天窗 天窗是指铁路列车运行图中，不规划列车运行而为施工和维修作业预留的时 间。意即行车设备管理单位及其他施工作业单位，在运营线上进行不同性质施工 和日常检( 维) 修作业时所需的某一区段所能利用的时间。 天窗修是指利用天窗进行设备施工，维( 检) 修的作业方式。即行车设备管理 单位及施工作业管理单位，在天窗时间进行一切影响行车设备正常使用的施工和 检( 维) 修作业。 天窗按用途分为施工天窗，维修天窗。施工天窗主要用于设备大中修，技术 改造，大型养路机械施工及设备管理单位，工程部门在营业线上的施工作业；维 修天窗主要用于设备管理单位日常对设备进行维( 检) 修作业。 ( 5 ) 大型养路机械作业 大型养路机械是实现铁路轨道作业现代化的重要施工设备。如果使用大型机 械进行集中作业，综合利用施工天窗，一方面大大减少了施工对运输的影响，另 一方面对工务自身施工也有利。大型养路机械一般执行线路维修和大中修作业。 2 2 2国内铁路钢轨伤损管理信息化现状 随着近年来我国铁路信息化建设的开展及深入，铁路设备计算机管理提上了 日程，八十年代逐渐开始使用计算机技术对工务设备进行管理，开发出一些局部 的软件系统。为了弥补系统的不足，1 9 9 8 年铁道部提出在工务段中进行工务设备 的计算机全面管理。在此基础上，国内出现了多个工务管理信息系统。以下是一 些铁路工务管理信息系统的简介。 1 ) 铁道部电子中心开发的铁路工务管理信息系统i l 习( p w m i s p e r m a n e n tw a y m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 涵盖了铁路工务部门的主要业务，应用了工务线 9 路综合图的自动生成及工务大桥略图的自动生成技术，同时采用m a p x t r e m e 作为 g i s 平台，并有b s 模式，目前已在一些路局得到应用。p w m i s 具有良好的人机界 面、方便灵活的输入输出和查询功能。它既适用于铁道部一铁路局一工务段三级 工程技术人员的专业操作，又满足了各级领导和相关人员的数据查询需求，极大 的方便了用户【1 4 1 。该系统主要是对钢轨相关的一些静态台账数据的录入、存储和 修改，实现了对相关数据的查询和展示功能。该系统没有能够对钢轨各方面相关 数据进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有提供决策支持功能。 2 ) 北京铁路局使用的“北京铁路局工务地理信息查询系统【1 5 】【l6 】使用了 w e b g i s 、b s 技术，主要功包括工务设备地理信息发布、工务防洪地理信息查询、 工务综合信息查询等三个子系统。利用g e og r a p h i c sg i s 软件和d b 2 大型数据库对 铁路地形图、纵断面图、配线图、病害工点、线路诸表进行查询、分析、管理， 同时实现了网上发布。该系统主要功能是实现对钢轨相关的一些静态台账数据的 查询和展示功能。该系统使用用户单一，没有形成分级管理体系，没有能够对钢 轨各方面相关数据进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有提供 决策支持功能。 3 ) 南昌铁路局使用的“南昌铁路局铁路工务管理信息系统 【7 】利用b e n t l e v 公 司的g e o g r a p h i e sg i s 软件、网络v i e c o np u b l i s h e r 网络发布软件和d b 2 大型数据库实 现了对铁路地形图、纵断面图、配线图、综合图、线路诸表等进行查询、分析、 管理及局域网发布。该系统主要功能是实现对钢轨相关的一些静态台账数据的查 询和展示功能。该系统使用用户单一，没有形成分级管理体系，没有能够对钢轨 各方面相关数据进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有提供决 策支持功能。 4 ) 上海铁路分局使用的“沪宁铁路工务管理信息系统州1 8 1 【1 9 】，利用微软公司 s q ls e r v e r 7 0 数据库、以p o w e r b u il d e r 、v i s v a lc + + 6 o 为开发工具，实现按线 名检索和查询分段存放的地形图和航空照片图像数据、按罩程查询浏览地形图、 航空照片图像数据，检索按线名存放的活动图像；数据播放线路的活动图像并同 时显示相应里程及相关信息；查询、显示、输出线路设备数据。该系统没有涉及 钢轨伤损管理相关的内容。该系统主要功能是实现对钢轨相关的一些静态台账数 据的查询和展示功能。该系统使用用户单一，没有形成分级管理体系，没有能够 对钢轨各方面相关数据进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有 提供决策支持功能。 5 ) 沈阳铁路局使用的“铁路工务设备综合管理系统 可以提供多角度、全方 位的视频图像，并与数据库相结合。该系统可以及时检索事故、灾害现场的线桥 设备概况，为指挥现场抢险救灾、事故处理做出正确决策提供直观的影像及数据 1 0 资料【2 0 】。该系统没有涉及钢轨伤损管理相关的内容。 6 ) 广铁集团和同济大学合作开发的“广深线养护维修计算机管理系统”针对 广深线特点，应用t q i 评估轨道质量状态，指导大型养路机械施工作业，提高了作 业效率，降低了养修成本，取得了良好的经济效益【2 0 1 。该系统没有涉及钢轨伤损 管理相关的内容。 7 ) 应用在株洲工务段的“铁路工务生产指挥管理信息系统 目前主要有五个 子系统，即线路管理子系统、桥隧涵管理子系统、路基管理子系统、生产指挥子 系统包括数字化线路子系统和综合管理子系统。系统采用数据流媒体技术与g i s 技 术实现铁路工务线路设备的数字化与可视化，并实现了线路录像、设备综合图、 站场平面图图联动【2 0 1 。该系统主要功能是实现对钢轨相关的些静态台账数据的 的查询和展示功能。该系统使用用户单一，没有形成分级管理体系，没有能够对 钢轨各方面相关数据进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有提 供决策支持功能。 此外，尚有部分铁路工务管理信息系统如济南铁路局工务管理信息系统等此 处不再一一列出。关于国内铁路工务管理信息系统应用情况可总结如表2 1 。 表2 3 国内铁路钢轨伤损管理信息系统应用情况 t a b l e2 - 3a p p l i c a t i o no fr a i ld e f e c t sm i si nc h i n ar a i l w a y 株洲工务段铁路 工务生产指挥管 理信息系统 静态台账数据的 有无 查询和展示 2 3国内钢轨伤损管理信息化的不足 虽然我国铁路工务信息化的起步较晚，但是针对中国铁路高速重载的发展趋 势，随着计算机技术的进步，国内铁路钢轨伤损管理信息系统已经取得了显著的 成效。但是由于铁路的现状、观念和体制问题，这些系统仍然存在着各种各样的 不足。具体体现在【l l 】【2 1 之5 】： 1 ) 国内钢轨伤损管理信息系统的应用不广泛 在国内，钢轨伤损管理信息系统的应用仍然不是十分广泛。由于国内线路在 建设的初始阶段对基础部分的质量要求不高，随着时间的流逝，基础部分由于发 生沉降，或受列车运行时产生的动载荷的影响，轨道基础部分产生形变，从而影 响到轨道的平顺性，对线路的安全运营影响较大。因此，相对于钢轨伤损的管理， 轨道不平顺的管理处于主要地位。这就是国内铁路部门钢轨伤损管理信息系统应 用不广泛的原因。 2 ) 国内钢轨伤损管理信息系统的功能单一 国内的钢轨伤损管理信息系统的主要功能是对静态数据( 钢轨信息和钢轨焊 缝信息) 的收集、存储和查询展示，没有充分发挥管理信息系统的决策支持功能。 而对于钢轨检测、维护和更新等动态数据的管理则没有相关的功能。但是钢轨伤 损的检测、维护和更换等动态数据是钢轨相关业务中最主要的部分，因此缺失了 动态数据管理相关功能的系统是不完整的，对用户的业务效率的提高和相关工作 的帮助没有太大的作用。同时钢轨伤损管理信息系统的主要功能就是通过对各种 动静态数据的收集、存储和分析，为钢轨伤损的检测、维护和更换提供决策支持， 实现安全经济的钢轨伤损管理策略。 3 ) 国内钢轨伤损管理信息系统没有提供决策支持的功能 钢轨管理信息系统的最终目标应该是为钢轨的检测、维护和更换提供较好的 决策支持，在现有的人力、物力和财力的基础上实现安全经济的检测、维护和更 换策略。但是国内的钢轨管理信息系统的起步较晚，相关的钢轨伤损管理信息系 统并没有涉及决策支持功能。国外钢轨管理信息系统可以提供功能强大的决策支 持功能，提供优化资源分配方案，可进行基础设施维护、改扩建等中短期计划和 战略规划，甚至提供操作仿真。因此，在我国的铁路钢轨管理信息系统建设中， 应该应用人工智能领域的研究成果，采用专家系统、知识挖掘等智能技术来提高 1 2 工务管理信息系统的决策支持能力，为各种用户提供多功能的决策支持n 引。 4 ) 国内钢轨伤损管理信息系统不能实现业务层级的纵深贯通 由于工务现有的网络硬件系统最多只能覆盖到车间( 即领工区) 级别，因此 现有的工务管理信息系统最多也只是实现了到车间级别的贯通。而且绝大多数系 统( p w m i s 除外，但是只能贯通到工务段级) 都是以路局为单位进行的建设，不 能实现全路的数据整合。但是铁路钢轨伤损管理的绝大多数业务还是由工区( 即 班组) 来承担的，大量的动静态数据是来自于工区的。由于系统没有覆盖到工区 级，因此绝大多数( 特别是人工检测数据，维护和更换数据) 仍然需要人工填制， 极大的限制了铁路钢轨伤损管理业务效率的提高。 5 ) 国内钢轨管理信息系统没有统一的规划，未能实现广泛的信息共享 在我国铁路工务管理信息化过程中，由于没有全