（交通运输工程专业论文）铁路轨道数据在维修管理中的应用研究.pdf

北京交通大学工程硕士学位论文 y8 7 9 9 0 6 摘要 铁路工务部门对线路设备日常维修工作的基本任务是保持线路设备完 整和质量均衡，使列车以规定速度安全、平稳和不闽断的运行，并尽量延 长设备的使用寿命。在日常的轨道养护维修过程中产生了大量的检测数据、 维修数据、设备数据、列车通过总重及其它轨道相关数据，如何利用这些 数据信息指导维修生产成为铁路工务维修工作与安全生产的重要研究课 题。 针对上述课题，本文提出了一种解决方案，即在全面收集整理轨道相关 数据信息的基础上，采用数据仓库技术构建轨道综合数据库，利用各种分 析方法分析轨道状态。辅助制定维修计划，进行维修管理。 论文首先较为全面地分析了现行铁路轨道状态管理中存在的主要问题， 指出轨道状态管理的指导思想和信息技术手段的落后是芾g 约对铁路轨道状 态进行科学管理的两大因素。其次，探讨了如何对轨道状态检测数据、维 修数据、设备数据及其他综合数据进行收集、分类_ 和整理，构建轨道综合 数据库。第三，研究了轨道数据的相关分析方法，并讨论了如何将其应用 于轨道状态状态分析和维修管理。最后。详细介绍了在鸡西工务段采用上 述方法利用轨道检查车和机车检测数据分析轨道状态，辅助制定维修计划 的应用情况。 实践表明，对各种轨道相关数据进行综合管理和分析，不但很好的指 导了维修工作，实现了“预防为主”的原则，同时提高了维修生产的效率 和维修工作的针对性，初步形成了对线路轨道状态的基本评价和发展规律 掌握，为维修计划制定等工务日常生产和管理提供了有力的辅助决策支持。 关键词：铁路工务；维修管理；轨道数据；轨道状态分析；数据仓库： a b s t r a c t t h eb a s i ct a s ko fm er a i h a dc n g i n c 谢n gd 印a 咖1 e n tw 1 1 i c hi n 血el 硫 e q u i p m e md a i l ym a i n t e n a n c ew o r k ，i sm a i n t a i n st 1 1 el i n ee q u i p m e n ti n t e 舒t y a n db a l a n c e st h eq u a l i t yo f 也e1 i n ee q u i p m e n t ，c a u s e st h et r 血b yt h er e g u l a t i o n s p e e ds e c u r e ，s t e a d ya 1 1 dt h eu n i n t e m l p t e dm o v e m e n t ，a i l d 船f 醯a sp o s s i b l et o l e n 垂h e nt h es e r v i c el i f eo f t h ee q u i p m e n t h lt h ed a i l y 仃a c km a i n t a i n e dp r o c e s s b r i n g st h em a s s i v ee x a m i i l a t i o n sd a t a ，t h em a i n t e n a n c ed a t a ，m ee q u i p m e n td a t a ， t 1 1 eg m s sw e i g h to f t l l e 口a i nt h r o u g ht h et r a c ka n do m e rc o r r e l a t i v ed a t a h o wt o u s e 血e s ed a t am e s s a g et og u i d et 1 1 em a i n t e n a n c ew o r kh a sb e e nt h ei m p o r t a n t r e s e a r c ht o p i ci nm em i l r o a de n 百n e e r i n g sm a i n t e n a l l c ew o r ka n dm es a f e t yi n p r o d u c t i o n i i lv i e wo ft 1 1 ea b o v et o p i c ，廿1 i sp 印e rp r o p o s e das 0 1 u t i o n ，n 锄e l yi nt h e c o m p r e h e n s i v ec 0 1 l e c t i n g a i l d r e o r g 蚵z i n gt h em f o 加a t i o no fm em 砒k c o r r e l a t i v ed a t ar e s o u r c e ，u s e st h ed a t aw a r e h o u s et e c h l l 0 1 0 9 yt oc o n s t n j c tm e t r a c ks y n t h e s i sd a t a b a s e ，l l s e sa l lk i n d so fa n a l y s i sm e t h o dt oa 1 1 a l y z e 锄d f o r e c a s tt r a c kc o n d i t i o n ，勰s i s t sf o n u l a t e st h em a i n t e n a n c ep l a n ，c a r r i e so nm e m a i n t e i l a n c em a n a g e m e m f i r s t l 孔t h ep a p e rc o m p r e h e n s i v e l ya na _ i y z e dm em a i np r o b l e mt h a ti nm e p r e s e n tr a i l r o a d 订a c kc o n d i t i o nm a n a g e m e n t p o i n t e do u t 山eb a c k w a r d n e s so f t h e 订a c kc o n d i t i o nm a n a g e m e n t sg u i d i n gi d e 0 1 0 9 ya 工l di n f o r n l a t i o nt c c h n o l o g y a r et w ob i gf a c t o r st or c s t r i c tc a r r y i n go nn l es c i e m i 丘cm a i l a g e m e n to ft h e r a i l r o a dt r a c kc o n d i t i o n n e x t ，h a sd i s c u s s e dh o wt oc o l l e c t ，c l a s s 母a 1 1 d r e o r g 砌z et h et r a c kc o n d i d o ne x a m i n a t i o nd a t a ，t 1 1 em a i n t e n a n c ed a t a ，t h e e q u i p m e md a t aa n do t h e rs u n m l a r i z e di n f o m a t i o n ，c o n s t m c t e d t h et 工a c k j ! 塞奎望奎堂三堡堡主堂堡堡苎 c o m d r e h e n s i v ed a t a b 越e t h i r d ，h a ss t u d i e d 也et r a c kd a t a sc o r r e l a t i o na 1 1 a l y s i s m e t h o d ，a r l dd i s c u s s e dh o wt oa p p l yi ti nm et r a c kc o n d j t i o na 1 1 a l y s i sa 1 1 dm e m a i n t e n a l l c e m a i l a g e m e n t f i n a l l y ，g i v e sd e t a i l e d i n 仃o d u c t i o na b o u tt h e a p p l i c a t i o ns i t i l a t i o n t h a tu s et r a c ki n s p e c t i o nv e h i c l ea r l dt h el o c o m o t i v e e x a m i n a t i o nd a t aa n a l y s i s 仃a c kc o n d i t i o n ，a s s i s tf or i 】n u l a t e sm em a i n t e n a n c e p l a nb yu s i n gt h ea b o v em e t h o di n 血ej i x ie n g 讯e e 血gs e c t i o n t h ep r a c t i c ei n d i c a t e dm a t ，s y n t h c t i c a l l ym a i l a g ea n da l l a l y z ea l lk i n d so f t r a c kc o r r e l a t i v 嚣d a 氇n o to n j y 薛i 如m a 遮t e n a n c ew o r kc o m m 跖d a b uh 8 s r e a l i z e dm ep r i n c i p l eo f ”t h ep r e v e n t i o np r i m a r i l y i 。，a tt h es 锄et i m ee n h a i l c e d l h em a i n t e n a n c ew o r ke 舾c i e n c ya n dt h em a i n t e n a l l c ew o r kp o i n t e d ，h a sf b m e d i 1 1 i t i a l l ym eb a s i c 印p r a i s a la n dt l l ed e v e l o p m e n tt e l l d e n c yf o r e c a s to f1 i i l et r a c k c d n d i t i o n ，p r o v i d e dt h ep o w e r f i l la u x i l i a r yp 0 1 i c y m a k i n gs u p p o r ti nt h er a i l r o a d e n g i n e 丽n gd e p a n m e n td a i l ym a i n t e n a n c e a 1 1 dm e m a f l a g e m e n t 1 “yw o r d ：r a i l w a ye n 酉n e e r i n g ；m a i n t e n a n c ei n a l l a g e m e n l ：r a 订w a yt r a c kd a t a ；t r a c k s t a t ea n a l y s _ i s ；d a l aw a r e b d 5 e 北京交通大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 轨道在铁路运输中的重要地位 轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础设备。它直接承受机 车车辆传来巨大的压力、冲击、震动等作用，并传递给路基或桥隧等建筑 物。因此，轨道必须坚固稳定，并具有正确的几何形位。【2 】轨道设备状态的 好坏将直接影响到列车能否安全运行。在铁路日常运营过程中，随着时间 的推移，线路通过总重的不断增加，铁路轨道在机车车辆的不稳定重复荷 载作用下，会出现垂向、横向的动态弹性变形和永久变形，统称为轨道不 平顺( 轨道不平顺分类见图1 1 所示) ，轨道不平顺不仅影响列车的平稳 运行，而且这种变形积累到一定限度时，将大大削弱轨道的强度和结构稳 定性，降低铁路线路运营的安全性。轨道不平顺对铁路安全运输有重要的 影响，其影响主要表现在对轨道的高低、水平、方向、扭曲、轨距和曲线 的几何偏差等几方面，具体如下： ( 1 ) 高低指的是轨道纵向平顺程度。严重的高低不平顺将引起列车剧 烈的点头和沉浮振动，使车轮大幅度减载，甚至悬浮，在曲线上和方向不 良的区段运行时，可能导致脱轨。高低不平顺的幅值过大( 约超过2 5 r n m 时) 会使道床阻力显著降低，引起无缝线路发生胀轨跑道。 ( 2 ) 水平指的是轨道钢轨左右股的水平。水平不平顺将使车辆产生侧 滚振动，导致一侧车轮增载，一侧车轮减载。北美铁路专家认为曲线上严 重的水平不平顺，往往是引起货车脱轨的重要原因。若方向、水平两种不 j ! 塞銮望查堂三堡堡主兰堡丝塞 一一一 同不平顺同时存在，且逆向复合时，引起脱轨的危险性更大。 ( 3 ) 曲线扭曲不平顺将使转向架出现三点支承，一轮减载甚至悬浮的 危险蕾况。蓝线和直线上严重的局部扭曲不平顺都会引起车辆剧烈的侧滚 和侧摆振动，导致脱轨系数过大而脱轨。 ( 4 ) 严重的方向不平顺将引起很大的侧向力，可能使轨枕、扣件不良 地段的钢轨倾翻或轨排横移，造成列车脱轨倾翻。过大的侧向力也往往使 脱轨系数增大，引起列车爬轨掉道。幅值很大、波长较短的方向不平顺， 本身就会使无缝线路的稳定性降低，加上这种方向不平顺必然引起轮轨间 较大的横向力，往往导致动态胀轨跑道事故。 ( 5 ) 轨距指的是轨道左右两股钢轨的垂直距离。轨距偏差过大，会使 车轮掉道和卡轨。即使轨距尚未扩大到会使车轮掉道的程度，如果车轮锥 形踏面的大坡度段( 1 ：1 0 ) 已进入轨顶内侧圆弧内，仍然会在轮轨间产生 较大的横向推力。 ( 6 ) 曲线头尾的几何偏差，往往是列车曲线脱轨的重要原因，这种几 何偏差实质上是一种轨道超高和曲率不匹配的严重的复合不平顺，将使车 辆产生剧烈摇晃，脱轨系数减载率和横向力均显著增大。 ( 7 ) 严重的波浪形磨耗实质上是一种波长极短、变化率极大的高低不 平顺，而且呈谐振波形，比高低不平顺的影响更为严重。 ( 8 ) 轨面不平顺将产生轮轨间的巨大冲击力，轮载波动通常为静轮载 的二三倍之多。 北京交通大学工程硕士学位论文 轨道 不平顺 垂向不平顺 高低 水平 平面扭曲 钢轨波浪形磨耗 轨面不平顺( 包括檫伤，剥离，马鞍形磨耗) 椰平叫嚣 复合不平顺垂向与横向不平顺同时存在且呈叠加状态 其它如轨底坡偏差，曲线头尾几何偏差 图l l 轨道不平顺分类示意图 由以上可以得出轨道的不平顺将严重威胁行车安全。因此，如何对轨 道状态进行有效管理，掌握轨道不平顺的程度，如何实时把握轨道质量状 态，控制轨道不平顺的发展，如何保持线路设备完整和质量均衡，使列车 以规定速度安全、平稳、不间断地运行并尽量延长轨道设备的使用寿命， 已逐渐成为国内外铁路工作者的重要研究课题。 1 1 2 铁路轨道状态数据研究的意义 2 0 0 5 年1 2 月2 3 日，刘志军部长在在全国铁路运输工作会议上做了题 为“用科学发展观统领铁路工作深入推进铁路跨越式发展，为我国经济社会 又快又好发展做出更大贡献”的报告。在报告中，刘志军部长对铁路运输安 全提出了更高要求，特别是在铁路管理体制和机构双重改革。在铁路跨越 式发展正处在全面深入推进的关键阶段，创造运输安全稳定环境比以往任 何时候都重要；铁路许多重点工作的深入推进带来了大量薪情况、新变化， 铁路运输安全面临新的考验。轨道状态分析系统就是在适应铁路跨越式发 展，提高安全生产能力的条件下产生的，以轨道设备管理科学化、维修作 北京交通大学工程硕士学位论文 业现代化为奋斗目标，以大、中修为手段，加大技术含量、大力推进修程、 修制的改革，为铁路运输提供安全可靠的轨道状态管理，争取早日实现铁 道部提出的“增强自主创新能力，加快技术装备现代化；进一步实施内涵 扩大再生产，大力提高运输效率和经营效益；强化安全基础，确保运输安 全持续稳定。”的战略部署。对轨道状态进行分析就是利用轨道基础设备 信息、病害信息、运量信息、维修信息、动态检测信息、静态检测信息等 对轨道状态进行分析，对轨道状态发展趋势进行预测，根据对轨道状态分 析与预测结果、养护维修技术与标准制定线路养护维修计划，指导线路的 养护与维修工作【3 】，提高线路维修生产的效率，更合理的优化劳动力资源， 为实现铁路的跨越式发展提供技术支持。 1 1 1 3 铁路轨道数据的重要性 在航空运输领域内有一个关于飞行安全的“海恩法则”是指：一起重 大的飞行安全事故背后有2 9 起事故征兆，每个征兆背后还会有3 0 0 起事故 苗头。“海恩法则”说明了工作人员在很多事故的处理方法中存在失误，往 往只重视对事故本身进行总结，甚至会开展一些大检查，而忽视对“事故征 兆 和“事故苗头”的排查。而那些未被发现的征兆和苗头就有可能成为下一 次重大事故的隐患，从而导致事故发生连锁反应。“海恩法则”对铁路企业 同样适用，每一起事故发生的背后同样存在若干未被工作人员重视的“事故 征兆”和“事故苗头”。铁路工务部门能否及时发现这些事故征兆和事故苗头 对于消除事故隐患、确保安全运输将产生重要影响。而如何发现这些事故 征兆和事故苗头，铁路日常生产数据则将发挥重要作用。 铁路工务部门在日常生产活动中产生大量的生产数据，例如线路设备 基础数据、轨检车、探伤车、机车动态仪、人工智能添乘仪等产生的设备 4 北京交通大学工程硕士学位论文 检测数据和线路平面图、纵断面图、配线图、桥梁设计图、竣工图等图形 数据，这些海量的数据是铁路企业的巨大财富。工务部门通过长期积累这 些数据，利用数据仓库和数据挖掘技术【4 】进行多角度、多层次的分析，可以 实现对线路设备状态的实时把握和变化规律的掌握。而目前铁路工务部门 在实际工作中恰恰忽视了对这些数据的长期积累和有效利用，虽然工作人 员根据检测数据对存在安全问题的轨道设备进行了及时维修和保养，在一 定程度上提高了线路的设备质量，保证了性车安全。但对于存在隐患设备 的检测数据则没有受到足够重视，轨道设备的真实情况往往未被被认真对 待和发现，对存在隐患的轨道设备没有得到及时整修，没有真正实现线路 维修的针对性和预防性。另一方面，我们的维修周期主要根据设备类型和 运量的大小来确定的，而为充分考虑到线路设备的实际状况，即使是相同 的设备类型，由于气候、地理地质条件、养护程度、列车运行速度、作业 方式的不同，实际需要的维修周期也不一样。而我们通过分析和应用轨道 各种数据，可以实现对线路状态进行评价，合理的确定线路维修方式和方 法，实现线路维修的计划性、针对性和合理性。 1 2 当前轨道状态数据应用存在的问题 我国虽然对轨道状态数据进行了开发利用，但目前所开发的系统只能 对数据进行简单的分析并生成日常报表，缺乏从空间和时间两个角度对检 测数据进行分析的功能，对轨道设备的管理在很大程度上仍是一种“事后 修”，远没有达到“状态修”的要求。国内轨道状态分析系统存在问题可以归 纳为以下几点【5 】： ( 1 ) 管理思想比较落后。长期以来，安全问题一直是铁路日常工作的 核心问题，各级领导在对工务日常生产工作给予了高度的重视。但在具体 i ! 塞奎望查堂三堡堡主堂垡迨塞 一一一一 生产中存在不少问题：一方面，有些领导过度追求安全和质量，只重视对 线路既有设备的质量要求，注重对问题设备的检查、处理和整治，而忽视 了对问题设备的原因进行深层次的分析和管理，没能利用好各种动静态检 测数据，进行有效和有计划的维修、管理；另一方面，虽然有意识提高对 各种检测数据的分析和利用，同时也加速了办公网络和应用管理信息系统 的建设和实施。但就各路局、工务段己实施的一些轨道状态分析系统的应 用来讲，这些系统尚不成熟。功能较为单一，主要完成一些设备数量、超 限次数、公里小结等宏观指标的统计，提供简单的生产报表；应用范围相 对有限；不能实时把握设备的实际状态，只能根据检测数据对设备进行事 后临时补修；不能为决策部门提供可靠的辅助决策支持，也不能为管理部 门及技术人员提供查询和检索轨道质量状态、维修信息、规范作业方法和 标准化数据的服务：没有深入分析业务知识，不能够有效地指导维修和生 产及管理工作。 ( 2 ) 信息资源相对分散。现有的铁路轨道状态分析系统中存在多种数 据库，具有数据格式众多、数据量巨大、数据库位置分散的特点。业务系 统的分立和信息资源的分散，不仅增加了系统维护费用，而且为以后实施 统一、高效、科学的管理模式造成了障碍。难以实现从更高层面管理全路 信息，降低信息共享度和利用度。 ( 3 ) 缺乏对历史数据的分析。轨道设备在使用过程中大致要经过轨道 设备变化期、轨道设备稳定前期、轨道设备稳定期和轨道设备稳定后的初 始恶化期四个阶段。各种检测数据、维修数据、设备基础数据能够有效地 反映铁路轨道设备所处的不同时期，预示线路设备的发展趋势。然而铁路 工务部门在实际工作中恰恰忽视了对这些数据的积累和利用。不能发现数 据中所隐含的规律；不能确定轨道所处的变化时期；不能分析出各工务段、 领工区、工区所管辖范围内一段时间内轨道设备的状态及维修工作的质量； 北京交通大学工程硕士学位论文 各车间、班组虽然每次利用新收集到的检测数据对有安全隐患的轨道设备 进行了及时维修、保养，但由于缺乏对轨道设备历史数据的积累及分析， 很难总结出设备出现问题的根本原因。 ( 4 ) 缺乏对轨道维修工作的合理评价。科学合理的评价维修工作对今 后的工作开展是十分必要的。一方面，对维修总体情况的评价不能只是针 对超限次数、轨检车t o i 指数、公里小结报告的考察，也应综合考虑轨道 通过总重、人员配备、地理环境、机械化作业程度等其它客观条件；另一 方面，对维修人员建立科学的绩效考核体系对于推动工务部门的整体维修 工作质量，激励维修人员的工作热情是大有裨益的。而目前的系统尚不能 对维修人员的维修工作进行“跟踪”并详实记录，不能结合其他相关数据对 维修人员的维修工作进行综合、有效、合理的评价。 ( 5 ) 不能适应铁路跨越式发展的步伐。2 0 0 5 年3 月，铁路改革部、局、 分局和站段的四级管理体制为部、局和站段的三级管理体制，铁道部撤消 分局，并逐步整合站段，把机构改革推向了深化，但是，我们的管理制度 仍沿用旧的体制，路局与站段的管理职责与权限未能及时转变，特别是工 务维修工作出现了断层，一方面站段习惯于按部就班，习惯于做执行层： 另一方面，路局仍停留在检查、监督的功能，未能加强指导的职责，使工 务维修工作上下脱节，工作极为被动。 1 3 本论文的主要研究内容 针对当前铁路安全与维修管理现状，本论文着重对轨道状态数据进行 管理与研究，以期通过对轨道状态数据的分析与研究中，找到轨道状态变 化与发展规律，从而对铁路线路维修工作进行指导和有效的管理，确保铁 路运输生产工务行车安全，这也是本论文的选题理由。 北京交通大学工程硕士学位论文 根据上述思想，提出了本论文的主要研究内容。 首先，进行轨道各种数据的收集，这些信息包括线路设备基础数据、 轨道检查车检查数据、机车动态检测仪检测数据、智能添乘仪检测数据、 人工动静态检查数据、维修数据和通过总重数据等，对这些数据迸行整理、 分析，采用数据仓库技术建立统一的轨道状态综合数据库，整合来源于不 同系统的数据信息。 其次，在大量积累各种数据的基础上，研究轨道状态的分析方法。对 轨道状态检测数据进行分析，通过对铁路轨道静态、动态检测数据、维修 数据以及通过总重数据的统计、分析掌握轨道状态变化规律，为各级领导 指导工务生产提供大量直观的参考依据，并应用于维修管理。 第三，重点介绍在鸡西工务段采用上述方法利用轨道检查车和机车检 测数据分析轨道状态，辅助制定维修计划的应用情况。 1 4 论文的组织结构 本论文共分为五章，分别讨论了论文的研究背景，轨道检测数据的收集 和整理，轨道状态分析的相关技术和方法，轨道检测数据的应用分析。详 细说明如下： 第一章绪论。首先介绍本论文选题背景，包括轨道在铁路运输中的地 位、建设轨道状态分丰斤系统的意义及铁路工务生产数据的重要性，然后， 阐述了国内外轨道状态分析系统的应用状况，最后简单介绍了本论文的主 要研究工作及论文组织结构。 第二章铁路轨道综合数据库的建设。主要阐述了轨道检测数据的来源， 轨道相关数据的收集、分类和整理，并讨论了采用数据仓库技术构建轨道 综合数据库。 北京交通大学工程硕士学位论文 第三章介绍铁路轨道状态分析常用的分析方法。 第四章铁路轨道数据的应用研究。若重分析了机车动态检查仪、轨检 车、人工智能添乘仪、轨道智能检查仪的检测数据和人工静态检查数据分 析，并把这些数据应用于维修管理。 第五章举例说明了鸡西工务段轨道检查车和机车检测数据的应用。并 对鸡工维修计划管理进行了详细阐述。 结论。总结本论文的主要研究工作，展望铁路轨道数据分析的应用前 景。 北京交通大学工程硕士学位论文 第2 章铁路轨遘综合数据库的建设 2 1 轨道数据的收集 轨道数据包括轨道动态检测数据、静态检查数据、维修数据、设备基 础数据以及其它与轨道有关的各种数据6 1 ，要对轨道状态进行分析，首先就 必须对有关数据进行收集管理，下面就这些有关数据的收集介绍如下： 2 1 ：1 轨道动态检测数据的收集 轨道动态检测数据主要包括轨道检查车检测数据、机车动态添乘仪检 测的数据、人工智能添乘仪检测的数据及铁路局、工务段、养路领工区等 各级干部添乘机车或列车尾部的检查结果等数据。由于这些数据是根据机 车车辆的运行状况实时的检查数据，因此，它们真实的反映了一定时期轨 道的动态情况，在一定程度上反映出维修部门对轨道及线路的维修效果， 特别是临时维修和保养修的效果。注重对这些数据的收集是进行轨道状态 分析的基本前提。 轨道检查车的检测数据可由轨道检查车上的车载计算机直接根据检查 车上轨道几何尺寸状态的传感器信号，合成各项轨道几何参数，然后由工 作人员直接以数据库的形式输入到检测数据库。 。机车动态添乘仪检测的数据是由固定安装在机车上的动态检查仪，根 据机车运行时的运行状态来反映轨道状态的数据，采集方式主要有两种： 第一种是由机务调度员每日通过读卡器从机车动态检测仪中取得，并将数 据上传到指定服务器，系统每日按时自动执行批处理程序，完成对上传原 始数据的处理；第二种是由机车动态检测仪以信息的方式实时向服务器发 1 0 ! ! 塞銮望奎兰三矍堡主堂垡笙墨 送超限数据，服务器定时对上传的超限数据进行处理，然后由人工适时将 数据发送到数据库。 人工智能添乘仪检测的数据是根据机车或车辆的运行状态对铁路轨道 进行判断、检查而得到的数据。它可通过计算机与添乘仪直接进行连接而 得到，然后由工作人员直接输入到检测数据库中。 铁路局、工务段、养路领工区等各级干部添乘机车或列车尾部的检查 数据由检查人员添乘后，将结果直接报给工务段调度，由调度对结果进行 分类、汇总；输入到数据库中。 2 1 2 轨道静态检查数据的收集 随着线路维修组织方式的不断改进，近年来出现了一种新的维修组织 方式，就是检、修、养分开。其中的检主要就是指对线路的检查，而且多 指静态检查，对于轨道静态检查数据就可以以此为主要来源。轨道静态检 查数据主要包括工务段有关职能人员定期和不定期的检查数据，养路领工 区、( 检查) 工区每月的设备检查数据，铁路局、工务段、养路领工区的月 末考核和验收记录等数据。静态检查数据是在静止状态下轨道几何尺寸状 态的反映，也是对轨道质量状态的一个评定，它直接反映出维修的效果和 线路的质量状态。 轨道静态检查数据分两种：一种是来源于轨道静态检查仪，其检查数 据可直接输入到数据库中。另一种是手工静态检查数据，可记录在静态检 查手册中，由具体工作人员按照静态检查手册记录的数据逐一进行输入， 然后由计算机直接汇总到数据库。 2 1 3 维修数据的收集 北京交通大学工程硕士学位论文 维修数据主要包括某段线路( 常以百米为单元) 的维修方式、维修间 隔、维修的主要项目、维修前后的状态、大中修时间等数据。这些数据的 不同直接决定轨道的状态变化，从而影响到对轨道的分析。它们主要根据 日常的积累适时进行直接输入( 初次输入可进行调查和按技术设备进行输 入) 。例如，林密2 6 k m o 1 0 0 m ，1 9 9 8 年更换钢轨大修，2 0 0 3 年水害冲毁 路基，2 0 0 4 年分局大型捣固机综合维修，2 0 0 5 年进行了线路中修，主要项 目有道床机械破底清筛、小型机械化捣固、接头更换i i i 型砼轨枕。 2 1 4 设备基础数据的收集 设备基础数据包括路基形式、轨道结构类型( 道床、钢轨、轨枕、扣 件类型) 、路基病害、道床病害、地质类型等线路设备条件。例如，林密 2 6 k r n 0 1 0 0 m ，路基形式为路堤( 高度3 米) ，1 9 9 8 年更换钢轨大修为6 0 蜒 钢轨、6 9 型砼轨枕( 接头为i i i 型砼轨枕) 、弹条i 型扣件，花岗岩碎石道床 ( 厚度3 0 0 m m ) ，这些数据主要依靠日常维修的积累适时进行输入，初次输 入主要根据设备技术图表和现场调查进行输入，当这些条件变化时，要及 时进行改正，确保使用条件的准确性。 2 1 5 其它有关数据的收集 其它有关数据包括线路年通过总重、累计通过总重、上次维修至当前 的通过总重、运行速度、列车轴重、牵引吨数、季节变化等情况。这些数 据的收集有两种方式：一是适时进行收集，就是根据当前的具体状况即时 进行收集，例如对列车轴重、牵引吨数等就必须根据实际进行收集。二是 使用历史数据，例如对列车轴重、通过总重等可以直接使用上年的统计结 果：三是根据一定的依据进行推算，例如对通过总重，即时查找可能有困 2 北京交通大学工程硕士学位论文 难，就可根据每昼夜的货物列车对数和旅客列车对数进行推算，随时进行 更新和搜集。 2 2 轨道数据的分类与整理 2 2 1 数据的分类 数据分类的目的就是对各种来源和性质类型的数据进行有效的管理， 以充分的、有选择的利用数据。 按照数据的性质可分为内部数据和外部数据；按照数据的来源和使用 可分为基础数据( 各种设备数据) 、检测数据( 动、静态检测数据) 、维修 数据( 维修时间、方式、主要项目等) 。 内部数据是来源于工务部门或工务工作本身的一些数据，例如各种设 备数据、各种检测数据和维修数据等。这些数据对轨道状态的评定、变化 起着重要的作用，对这些数据进行分析利用，可直接对轨道状态进行分析 和判断。 外部数据是指来源于工务部门以外的、对轨道状态有影响的各种数据， 例如通过总重、机车车辆类型和轴重、牵引定数等。随着这些数据的变化， 轨道状态也将按一定的变化规律发展变化，当这种变化达到一定的程度时， 该段线路就将按照不同的标准采取不同的维修方式( 临修、保养修、综合 修等等) 。 2 2 2 数据的整理 收集完的数据不是立即就能利用的，由于来源广泛，数量巨大，真伪 北京交通大学工程硕士学位论文 并存，必须经过整理后才能使用。 首先，对数据进行筛选，就是按照一定的规则对所有数据进行过滤， 去掉孤立、不合理和错误的数据，留下合理的、规律性的数据，只有利用 筛选后的有效数据，才能正确的对轨道状态进行分析。 其次，对有些数据还要进行更新。随着时间的推移，数据的输入是无 止境的、数量巨大的，这些数据经过一定时期的储存、使用后，随着各种 条件的变化和发展，逐渐过时，这时就要对这些数据进行更新，就是用新 的数据代替旧的、过时的数据。 。最后就要对这些数据进行储存，由计算机按照不同的分类标准进行分 类储存，只有这些数据才能输入到轨道状态数据库。 2 3 铁路轨道综合数据库的管理 要实现对轨道状态检测数据及其它各种数据的收集、输入、存储、整 理、分析管理就必须应用数据仓库技术，下面简单介绍一下数据仓库技术 及其应用： 2 3 1 数据仓库的概念及特征 对于数据仓库( d a t aw a r e h o u s e ) 一词，著名的数据仓库专家w - h i n m o n 在其著作建立数据仓库( b u i l d i n gt 1 1 ed a t aw 打e h o u s e ) 一书中做如下描 述：数据仓库( d a t a w a r e h o u s e ) 是一个面向主题的( s u b i e c t0 r i e n t e d ) 、集 成的( h l t e g r a t e ) 、相对稳定的( n o n v o l a t i l e ) 、反映历史变化( t i m ev i r i a i l t ) 的数据集合，用于支持管理决策。数据仓库是以关系数据库、并行处理和 分布式技术为基础的信息新技术 7 】。对于数据仓库的概念我们可以从两个层 次予以理解，首先，数据仓库用于支持决镱，面向分析型数据处理，它不 1 4 北京交通大学工程硕士学位论文 同于企业现有的操作型数据库；其次 效集成，集成后按照主题进行了重组 仓库中的数据一般不再修改8 1 。 数据仓库具有以下特点巴 数据仓库是对多个异构的数据源有 并包含历史数据，而且存放在数据 ( 1 ) 数据仓库是面向主题的。它是面向企业的主题，如客户、产品， 而不是面向过程。和传统数据库面向应用相对应。主题是一个在较高层次 将数据归类的标准，每一个主题基本对应一个宏观的分析领域。 ( 2 ) 数据仓库是集成的。数据进入仓库之前，必须经过加工与集成。 数掂仓库的数据是从原有的分散的数据库数据中抽取出来的。数据仓库的 每一个主题所对应的源数据在原有的各个分散数据库中有许多重复和不一 致的地方，且来源于不同的联机系统的数据都和不同的应用逻辑捆绑在一 起：数据仓库中的综合数据不能从原有的数据库系统直接得到，因此在数 据进入数据仓库之前，要经过、加工与集成、统一与综合，对来源不同的 数据进行数据结构统一和编码。集成性以多种形式表现出来，如一致的数 据属性、一致的编码结构等。总之，将原始数据结构做一个从面向应用到 面向主题的大转变。 ( 3 ) 数据仓库是稳定的。数据仓库的数据主要供企业决策分析之用， 所涉及的数据操作主要是数据查询，一般情况下并不进行修改操作，即数 据仓库是稳定的。数据仓库的数据反映的是一段相当长的时间内历史数据 的内容，是不同时间点的数据库快照的集合，以及基于这些快照进行统计、 综合和重组的导出数据，而不是联机处理的数据。数据库中进行联机处理 的数据经过集成输入到数据仓库中，一旦数据仓库存放的数据已经超过数 据仓库的数据存储期限，这些数据将从当前的数据仓库中删除。 ( 4 ) 数据仓库的数据是随时间不断变化的。数据仓库中的数据不可更 新是针对应用来说的，也就是说，数据仓库的用户进行分析处理时是不进 北京交通大学工程硕士学位论文 行数据更新操作的。但并不是说，在从数据集成输入数据仓库开始到最终 被删除的整个数据生存周期中，所有的数据仓库数据都是永远不变的。数 据仓库中的数据会随时间不断变化。它的变化表现在以下三个方面：数据 仓库随时间变化不断增加新的数据内容；数据仓库随时间变化不断删去旧 的数据内容；数据仓库中包含大量的综合数据，这些综合数据很多跟时间 有关，会随着时间的变化不断地进行重新综合。而数据库只包含当前数据， 即存储当前时间的正确的有效数据。 ( 5 ) 数据仓库的数据量是很大的。通常的数据库的数据量为l o o m b 级，而普通数据仓库的数据量为1 0 g b 级，相当于一般数据库的1 0 0 倍， 大型数据仓库是一个t b ( 1 0 0 0 g b ) 级的数据量。 表3 一l 数据仓库的特性 特性 描述 面向对象数据是通过用户如何查询进行组织的 集成的消除术语和信息冲突中的矛盾：即数据清理 稳定的只读数据：数据不能被用户更新 时间级数数据是时间级数，而不是现行状态 汇总的 适当的时候，操作数据被聚集成可以决策的状态 较大的保持时间级数隐含着维持更多的数据 非正规化的数据可能是冗余的 元数据 用于用户和数据仓库管理员的数据 输入操作数据加上所需要的外部数据 2 3 2 采用数据仓库技术管理轨道数据 6 北京交通大学工程硕士学位论文 随着信息技术的飞速发展和铁路工务部门对海量数据存储、管理、分 析和交换的需求，以面向事务处理为主的数据库系统已不能满足需要。利 用数据仓库技术加强对轨道状态数据的管理已成为必然。这一点主要体现 在以下几个方面： ( 1 ) 海量数据的管理。对轨道状态的实时把握和分析是建立在大量历 史数据的基础上。这些数据包括轨检车检测数据、钢轨探伤车检测数据、 人工智能添乘仪检测数据、机车动态检测数据、工区人员定期检测的静态 数据、维修数据和通过总重数据等。以轨检车检测数据为例，按正线1 0 0 0 公里计算，在一次检测中平均每o 2 5 米产生一条记录，1 0 0 0 公里有4 0 0 万 条记录，正线每月检测一次产生4 0 0 万条记录，一年产生4 千8 百万条记 录，对轨道状态进行预测需积累2 3 年的数据，则大概有1 亿4 千万条记 录。综合其他数据，数据量会更大，因此，面对如此庞大数据量只有利用 数据仓库才能对这些海量数据进行有效管理，才能进一步实现对轨道状态 的分析。 ( 2 ) 数据的集成。进行轨道状态分析的数据是从原有数据库数据中抽 取来的，如目前铁路使用的各种信息系统如：d m i s 、1 m i s 、p w m i s 等， 还包括日常的轨道检测数据和维修数据等。在进行轨道状态分析前必然要 对这些数据进行抽取、分类等，消除源数据中的不一致性并进行数据综合 计算。而原有的铁路数据库不能对以上各种数据有效整合，因此，建设轨 道状态分析系统必须结合数据仓库技术。 ( 3 ) 面向主题的数据组织和管理。传统的铁路数据库是面向应用的， 只能回答很专门、很片面的问题，它的数据只是为处理某一具体应用而组 织在一起的，数据结构只对单一的工作流程是最优的，对于高层次的对策 分析未必是适合的。轨道状态分析是给决策支持提供服务，因此，传统的 数据库已不适合使用。这就要求系统必须建立数据仓库，以业务工作的主 北京交通大学工程硕士学位论文 题为主线组织信息，在较高层次将数据归类，对应不同宏观的分析领域划 分主题。如系统数据仓库的可以划分为：“静态检测数据”、“动态检测数据”、 “线路维修”、“基础数据”等四个主题。 北京交通大学工程硕士学位论文 第3 章铁路轨道状态分析方法研究 要加强对轨道检测数据的利用，首先要确定一定的分析方法。轨道状 态分析方法包括空间分析法、时间分析法、空间与时间相结合分析法、综 合数据分析法等。每种分析方法都是从不同的角度来描述轨道状态变化和 发展规律的。而且任何一种分析方法都不是孤立使用的，利用各种数据对 轨道状态进行分析时，不只依赖于一种方法就可实现其分析的目的，往往 都需要借鉴其他分析方法，这样不仅可以从不同角度对数据进行挖掘，也 能满足现场不同部门的不同需求。 3 1 空间分析法 空间分析法就是从空间的角度对轨道状态进行分析。一般包含五个方 面：空间位置分析、空间分布分析、空间形态分析、空间相关分析和空间 关系分析。空间位置分析是借助于空间坐标系来传递空间物体的个体信息。 空间分布反映了同类空间事物的群体信息。空间形态是空间物体的几何特 征，一些特征如轨道长度，几何尺寸等，空间形态分析着重于形态特征的 描述。空间相关是根据两组相关的数值，比较他们相关的程度。空间关系 分析是指空间物体之间的距离关系、方位关系等。 对轨道状态从空间的角度进行分析是由以下三点决定的：第一，铁路 轨道是一个连续分布的对象，具有空间连续性和延续性。第二，描述轨道 状态的各种数据都含有类似饱点里程”、“终点里程”、“中心里程”等具有空 间位置属性的字段，各种数据都具有非常强的空间性。第三，轨道状态发 生变化还与多种因素有关，如轨道所处的地理位置、气候环境等。因此， 对轨道状态要从空间的角度进行综合分析，把握影响轨道状态变化的各种 因素，将轨道的各种非空间特性的数据依托地理空间来解释，从轨道的空 1 9 北隶交通大学工程硕士学位论文 间位置和联系等方面对轨道进行描述和分析。系统主要分析内容包括：轨 道病害点的分布、维修点的分布、重点地段的分布、复合病害【1 0 】的分布， 一次检测中管辖范围内每公里轨道状态对比分析等等。对数据从空间角度 分析后可以使铁路部门管理者有效的掌握轨道的实时状态，也可以使现场 工作人员进行有重点地维修。提高维修质量与效率。利用空间分析法对轨 道超限情况分析如图3 1 所示。 最近一次检测失格公里； 最近一次检测三四级超限点； 最近一次检测t q i 值最大区段； 最近一次检测扣分增长最快的公里： 最近一次检测t q i 值增长最快的区段。 通过对以上项目的分析，可以及时安排保养修和临时补惨；也可对维修 北京交通大学工程硕士学位论文 过的线路进行效果评定。 ( 2 ) 全段及各领工区、工区检测数据统计分析 主要是使各级领导及职能人员可以掌握全部线路的检测情况。包括超限 数据、t o i 数据( 含单项参数) 、公里小节报告、公里扣分情况等。 ( 3 ) 按超限数据分析 由轨道检查车自动生成工务段的超限数据报表，对超限数值、位置、类 型、长度及线路线型等情况一一列出，例如：2 0 0 5 年8 月1 3 日检查林密线 1 8 3 公里下行2 级及以上超限报表如下： 表5 1 轨检车2 级及以上超限报表 行公长级线速 线别米项目峰值 钲 月目 别 里度别形 度 林密下 18 6 6左高低1 6 942 圆 6 6 2 0 0 581 3 林密下 1 44 6 0轨距一8 85 2圆 5 72 0 0 581 3 林密下1 59 9 6左轨向1 5 1 62缓4 92 0 0 5 81 3 林密下1 64 3右轨向 一1 432缓 4 92 0 0 581 3 林密下 2 32 2 1左轨向 2 8 4 13直 7 5 2 0 0 581 3 林密下 2 58 6三角坑一1 322缓2 72 0 0 581 3 林密下2 64 6 l三角坑 一1 312缓 5 92 0 0 581 3 栋密 下 2 89 2 9三角坑1 2 。2l2缓4 02