（交通运输规划与管理专业论文）客运专线轨道养护维修信息系统研究.pdf

中文摘要 客运专线轨道最突出的特点是高平顺性，为了确保客运专线快速、安全的运 营，必须加强客运专线轨道养护维修工作，使铁路轨道经常保持完好状态和高平 顺性。由于我国客运专线刚刚起步，在这方面缺乏经验和管理技术手段，本文通 过分析国外高速铁路轨道养护维修的管理技术，并结合我国客运专线的特点探索 了建设客运专线轨道养护维修信息系统的新思路，对系统的建设理论和方法进行 了深入的研究。 客运专线轨道养护维修更加注重对轨道状态的把握，同时要求能够对轨道状 态的变化趋势进行分析预测，从而实现“状态修 的目标，而数据是实现这一目 标的基础和关键之所在。本论文研究了客运专线轨道养护维修基础数据平台的构 建，对数据的分类方法、来源和数据内容进行了详细的描述并探讨如何利用数据 仓库技术来管理海量数据，从而建立面向主题的、集成的、稳定的客运专线轨道 养护维修数据库系统。 准确把握客运专线轨道状态变化规律还需要通过客运专线轨道养护维修数据 的积累，找寻数据之间的内在联系，实现数据的集成与融合并在此基础上对数据 进行深入的分析。本论文利用客运专线轨道养护维修基础数据普遍具有的空间位 置特性，充分发挥地理信息系统的作用，以空间位置为纽带整合各类数据，构建 了基于g i s 技术的客运专线轨道养护维修可视化平台，对客运专线轨道养护维修 信息系统进行了总体设计和功能设计。 京津客运专线作为我国的第一条高速铁路，在国内没有现成的轨道养护维修 模式可以借鉴，尤其在轨道养护维修信息技术方面还需要进一步的摸索和创新。 作者以京津客运专线为背景，通过实地调研并结合系统的设计方案，对京津客运 专线轨道养护维修信息系统原型进行了开发。 关键词：客运专线；轨道养护维修；信息系统；数据仓库；地理信息系统 分类号： a b s t r a c t h i g hp e r f o r m a n c eo ff l a t n e s sa n ds m o o t h n e s si st h em o s to u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c o fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e t os e c u r es a f e t ya n dh i g hs p e e do fr a i l w a yo p e r a t i o n , t r a c k m a i n t e n a n c eo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n es h o u l db ef o r t i f i e dt oe n s u r ei n t e g r i t ya n dh i g h p e r f o r m a n c eo ff l a t n e s sa n ds m o o t h n e s s f o rt h ed e v e l o p m e n to fp a s s e n g e rd e d i c a t e d l i n ei si ni t si n f a n c yi nc h i n a , t r a c km a i n t e n a n c ei sl a c ko fe x p e r i e n c ea n dt e c h n i c a l m e a n so fm a n a g e m e n t a f t e rt h ea n a l y s i so ff o r e i g nh i g hs p e e dr a i l w a y t r a c k m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tt e c h n i q u e s ，c o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co fp a s s e n g e r d e d i c a t e dl i n ei nc h i n a , t h i sp a p e rh a se x p l o r e dn e wi d e a so fi n f o r m a t i o ns y s t e mo f p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n et r a c km a i n t e n a n c ea n da tt h es a m et i m er e s e a r c h e d o nt h e t h e o r ya n dm e t h o do fs y s t e mc o n s t r u c t i o ni nd e p t h t r a c km a i n t e n a n c em a n a g e m e n to fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n es h o u l dp a ym o r e a t t e n t i o nt ok n o wt h es t a t eo ft h et r a c kw e l l ，a n da tt h es a m et i m eb ea b l et oa n a l y z ea n d f b r e c a s tt h et r e n do ft h e s t a t eo ft r a c k c h a n g e s t oa c h i e v et h e g o a l t c 0 n d i t i o n m a i n t e n a n c e ”d a t ai st h eb a s i sa n dt h ek e y t h i sp a p e rh a ss t u d i e dt h eb a s e d a t ap l a t f o r mc o n s t r u c t i o no ft r a c km a i n t e n a n c eo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ，s t a t e dd a t a c l a s s i f i c a t i o n d a t as o u r c ea n dd a t ac o n t e n ti nd e t a i la n dd i s c u s s e dh o w t om a n a g et h e h u g ea m o u n t so fd a t aw i t hd a t aw a r e h o u s et e c h n o l o g y , t oe s t a b l i s has u b j e c t - o r i e n t e d ， i n t e g r a t e da n ds t a b l et r a c km a i n t e n a n c e d a t ab a s es y s t e mo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e a c c u r a t e l yg r a s po ft h ec h a n g i n gr e g u l a r i t yo ft r a c ks t a t er e q u i r e sf i n d i n go u tt h e i n t r i n s i cc o n n e c t i o nb e t w e e nt h ea c c u m u l a t e dd a t aa n dg e t t i n gt h ed a t ai n t e g r a t e da n d e m e r g e d ，t h e na n a l y s i so l lt h ed a t ai n d e p t hw h i c h i sb a s e do nt h ea b o v et w o t h i sp a p e r u s e dc o m m o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed a t at h a ti st h ec o n n e c t i o nw h e nd a t ab e i n gf u s e d a n dt h eg i st e c h n o l o g yt oc o n s t r u c tav i s u a l i z a t i o np l a t f o r mo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e t r a c km a i n t e n a n c ea n dp r o v i d et h eo v e r a l ld e s i g na n df u n c t i o nd e s i g no f i t b e i j i n g t i a n j i np a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e i st h ef i r s tp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n ei n c h i n a t h e r ei sn ot r a c km a i n t e n a n c em o d ef o ru st ol e a r nf r o mi nc h i n a ，e s p e c i a l l yi n t 1 1 i sa s p e c to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yo ft r a c km a i n t e n a n c ew h i c hn e e d sf u r t h e r e x p l o r a t i o na n di n n o v a t i o n o nt h eb a c k g r o u n do f8 e i j i n g o t i a n j i np a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n eo p e r a t i o n ，a f t e ra u t h o r i a lf i e l di n v e s t i g a t i o n ，c o m b i n e dw i t hd e s i g ns c h e m eo ft h e s y s t e l n ，t h i sp a p e r h a s d e v e l o p e d t h e p r o t o t y p e o fi n f o r m a t i o ns y s t e m f o r b e i j i n g - t i a n j i np a s s e n g e rd e d i c a t e d l i n et r a c km a i n t e n a n c e k e y w o r d s ：p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ；t r a c km a i n t e n a n c e ；i n f o r m a t i o ns y s t e m ；d a t a w a r e h o u s e ；g i s c l a s s n o ： v 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， 提供阅览服务，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： 当墼 导师签名： 签字日期：砌罗年月t p e l 多物仞 签字日期：z “7 年易月，f 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：裔嬲 签字日期： 秽年么月t e l 致谢 本论文的工作是在我的导师王福田副教授以及刘仍奎副教授的悉心指导下完 成的，从论文的选题、思路的形成到论文的撰写、修改、定稿，每一个环节都离 不开两位导师的精心指导。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，王福田副教授以及刘仍奎副教授渊博的知 识、孜孜不倦的育人精神、严谨求实的治学态度使我受益匪浅。对于我而言，两 年来所收获的不仅是专业方面的知识，更多的是两位导师以身作则、勤恳忘我的 工作作风，平易近人、诚实守信的处世态度，这些足以使我受益终生。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刘婷婷、柳波、李中 海、徐鹏、汤国防和黄远春同学给予了热情的帮助，在此向他们表达我的感激之 情。同时感谢我的室友李伟同学在两年时间里给予我的关心和帮助。 最后感谢我的父母和我的女朋友李琦，他们永远是最爱我的人，永远在我的 背后默默地支持我，是我能够专心完成学业最坚实的依靠。 l 绪论 1 1论文的选题背景 1 1 1客运专线轨道养护维修的重要性 铁路轨道是列车高速、安全运营的基础设施，为保证列车安全快速运行，满 足乘客乘坐的舒适度及提高运转效率，轨道线路必须符合水平、方向、轨距、曲 线超高等技术参数的管理标准，同时还要具备足够的强度和稳定性。受自然条件 的影响和列车荷载的作用，轨道将发生各种变形。这些变形的存在，不仅会影响 列车的高速和平稳运行，且当变形积累到一定程度，将大大降低和削弱轨道结构 的强度和稳定性，影响行车安全【。 高速铁路是指时速2 0 0 公里以上，全封闭，全线无平交道，行车需要绝对安 全的铁路系统；客运专线特指只开行旅客列车不开货车的铁路线，具有运量大、 效能高的显著特点，最小行车间隔可达三分钟，列车密度可达每小时2 0 列【2 】。2 0 0 7 年4 月1 8r 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 ； 2 0 0 8 年8 月1 日，京津城际列车正式开通运营，列车最高行车速度达到了3 5 0 k m h ； 2 0 0 9 年4 月l 同，石太客运专线、合武客运专线正式开通运营，动车组开行时速 可达2 5 0 k m h 。高速列车的普遍开行使铁路轨道的受力增大，加剧了轨道状态的恶 化，使得轨道线路养护维修频次增加，而行车密度的提高又使得进行养护维修作 业的可用天窗时间越来越少，这对铁路工务部门提出了严峻的挑战【3 】。因此，为了 适应我国客运专线的运营需求，必须采用先进的技术手段和科学的管理办法，将 有限的人力、物力和作业时间用到最需要维修的地段，使轨道状态保持良好和均 衡，只有这样才能更经济、更合理、更有效地管理好轨道技术状态，以保障列车 的平稳和行车安全【4 j 。 1 1 2 客运专线轨道养护维修信息化的意义 根据2 0 0 4 年我国通过的中长期铁路网规划，为满足快速增长的旅客运输 需求，建立省会城市及大中城市问的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速 客运通道以及三个城际快速客运系统。到2 0 2 0 年，建设客运专线1 2 万公罩以上， 客车速度目标值达到每小时2 0 0 公罩及以上【5 1 。2 0 0 8 年国家批准通过的中长期 铁路网规划( 2 0 0 8 年调整) 中将客运专线的1 2 万公里调整为1 6 万公里【6 】。与 此同时随着装备技术及维修技术的进步，传统的轨道养护维修方式与观念已不适 应客运专线的轨道养护维修要求。这主要体现在：检养修不分的管理体系使维修 成本难以控制，维修资源不能优化配置；传统的“超限修 、“故障修 和粗放“周 期修”的维修理念，无法满足客运专线对安全性与舒适性的高要求。为解决这些 问题，已拥有高速铁路的国家均大量采用信息技术，研发了轨道养护维修管理信 息系统，建立了轨道设备基础数据库，其中包括线路基准点的三维数据和线路三 维数据，利用高技术检测设备从不同角度采集并记录设备状态变化轨迹，并通过 对海量数据的挖掘找到设备状态变化规律，在准确掌握设备状态的基础上，细化 标准，精检细修，实现维修体系的整合与分离、维修资源的优化配置、设备隐患 的定位及“预防修 ，并最终实现对维修成本及运营安全的双控制。 我国的客运专线高速铁路轨道养护维修需要充分吸取、借鉴国外高速铁路公 司开发轨道养护维修信息系统的手段和经验，同时深入分析国内已有研究成果， 并结合我国已经投入运营的客运专线特点，研究适合我国客运专线轨道养护维修 的信息管理系统，从而能够确保客运专线的运营安全。 1 2论文的研究内容 本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 我国客运专线高速铁路正处于快速大规模修建阶段，随着客运专线的逐 步建成和投入运营，如何做好铁路轨道的养护维修工作，确保客运专线的运营安 全是一个重要的课题。由于我国客运专线刚刚起步，没有客运专线的管理经验， 更缺乏高速铁路轨道养护维修技术和管理手段。在这一背景下，本论文从信息化 的角度出发，强调了客运专线轨道养护维修信息系统在客运专线轨道养护维修中 的重要地位，介绍了国外高速铁路的轨道养护维修信息化的现状，着重研究了轨 道养护维修经验比较丰富的三个国家：日本、法国和德国的轨道养护维修信息系 统，同时研究了我国投入运营的客运专线轨道养护维修信息化的情况。通过对比 分析，针对我国如何利用信息技术来管理客运专线轨道养护维修给出了作者的观 点。 ( 2 ) 数据是客运专线轨道养护维修信息系统的基础，基础数据平台的构建是 客运专线轨道养护维修信息系统的一项关键技术，本论文研究了客运专线轨道养 护维修数据的分类、数据的来源和数据的内容描述以及如何利用数据仓库技术来 存储和管理海量的基础数据，从而能够为客运专线轨道养护维修信息系统的实现 提供良好的数据支持。 2 ( 3 ) 客运专线轨道养护维修基础数据一般含有里程位置信息，具有非常强的 空间特性，根据这一特点，本论文研究了以空间位置为纽带，按照统一的坐标系 对客运专线轨道养护维修的基础数据进行整合，同时研究了以空间位置为基础， 通过时间和空间相结合的分析方法来确定系统的功能需求。研究过程中利用了地 理信息系统强大的时空分析能力，从而将其作为客运专线轨道养护维修信息系统 的一项关键技术。 ( 4 ) 本论文研究了客运专线轨道养护维修信息系统的设计方案。该方案设计 中将数据仓库技术和地理信息系统技术作为系统实现的技术支撑，并从系统设计 的角度出发，研究了系统的总体设计方案、深入研究了系统的功能模块划分以及 具体的功能模块设计。 1 3论文的组织结构 本论文的组织结构如下： 第一章绪论。主要内容包括：阐述了本论文的选题背景：在我国高速铁路 迅猛发展的今天，轨道的养护维修工作至关重要，而既有线的管理经验和方法手 段已经不能适应高速铁路的需求，在借鉴国外方法经验的同时，大力发展信息化， 以信息化的手段来管理和指导客运专线高速铁路的轨道养护维修将能够有效地确 保运营安全；对本论文的主要研究内容和组织结构进行了概述。 第二章国内外高速铁路轨道养护维修信息化现状。主要内容包括：介绍日 本、法国、德国以及国外已经拥有高速铁路的国家轨道养护维修信息化的现状； 介绍我国客运专线轨道养护维修的现状并通过与国外现状的对比分析指出如何利 用信息技术来管理我国客运专线轨道养护维修。 第三章客运专线轨道养护维修信息系统关键技术研究。主要内容包括：通 过分析客运专线轨道养护维修数据，对基础数据进行了分类；对应基础数据的 分类，介绍各类数据的来源；对应基础数据的分类，描述各类数据的主要内容； 介绍数据仓库技术，强调数据仓库技术在整个系统中的关键作用，并研究如何 建立客运专线轨道养护维修基础数据仓库；利用客运专线轨道养护维修基础数 据具有很强的空间位置特性这一特点，实现以空间位置为纽带的数据的集成与融 合；研究在“状态修”的指导思想下如何实现对系统的功能划分；通过介绍 地理信息系统的概念和特性，强调地理信息系统能够有效的实现空问数据之间、 空问数据与属性数据之间的整合，在此基础上进行的时、空分析能够为轨道养护 维修提供具有决策价值的信息，因而应该把g i s 技术作为整个系统的关键技术之 3 第四章系统的总体设计。主要内容包括：系统的需求分析。从客运专线轨 道养护维修的组织机构分析、业务流程分析明确系统所要面向的用户以及需要实 现的功能；系统的设计思想。阐明系统设计以数据仓库技术和g i s 技术为支撑， 实现客运专线轨道养护维修的闭环管理流程、实现对设备的全生命周期管理、实 现对设备状态的准确把握；系统的设计目标。系统以轨道状态分析为核心，实 现客运专线轨道养护维修的管、检、修一体化管理等目标；系统数据仓库设计， 确定系统的主题域以及主题之间的关系； 系统的体系结构设计。包括对系统的 软件体系结构设计和硬件体系结构设计。 第五章系统的功能设计。主要内容包括：对系统的功能结构进行设计。划 分系统的主要功能模块，将系统划分为综合监控、安全管理、设备管理、生产管 理、系统维护管理五大功能模块并设计各个模块之间的信息流程；对每个功能 模块进行详细的功能设计，说明每个功能模块包括哪些子模块以及所实现的功能。 第六章京津客运专线轨道养护维修信息系统原型开发。北京交通大学轨道交 通控制与安全国家重点实验室参与开发了铁道部的科研项目“客运专线固定设备 综合维修管理信息系统”，“轨道养护维修信息系统”是其中的一个子系统，目前 正处于研发阶段，作者参与了该项目并担任主要的研发工作。目前该系统以京津 客运专线为背景，对京津客运专线轨道养护维修信息系统进行了原型开发。 第七章结论与展望。对本论文的研究成果进行了总结并规划下一步的研究内 容。 4 2 国内外高速铁路轨道养护维修信息化现状 世界各国高速铁路都十分重视轨道养护维修工作，一些国家在高速铁路轨道 养护维修方面进行了大量的探索和实践并相继开发了一些信息系统来辅助轨道养 护维修工作的进行。正确地认识和理解国外的实践成果，结合我国客运专线轨道 设备的特点，总结出信息化需要解决的关键问题，是尽快提高我国高速铁路发展 的途径。 2 1国外高速铁路轨道养护维修信息化概述 2 1 1日本 日本新干线轨道养护维修的突出特点是管理、检测、维修严格分开。铁路公 司负责相应的管理工作，基础设施的检测、维修工作以合同的形式承包给交由外 协公司负责，外协公司与铁路公司只是承发包关系。 在轨道养护维修方面，日本新干线采用了一些功能比较完善的信息系统作为 管理的技术手段，例如：日本的新干线信息管理系统s m i s 、东海道新干线养护管 理系统( t o s m a ) 、东日本设备管理系统( e w s ) 。其中新干线信息管理系统( s m i s ) 就是在轨道状态分析管理基础上实现了辅助养护维修决策的功能，东日本铁路公 司对s m i s 系统作了改进并建立线路养护设备管理系统( e w s ) 来代替s m i s 系统， 形成了总公司、分公司、维修管理中心等业务关系相配合的系统【7 】【8 】。 日本新干线19 8 2 年投入使用的c o m t r a c ( c o m p u t e ra i d e dt r a 伍cc o n t r 0 1 ) 系统包括运行图生成与变更、车辆与乘务员运用、列车运行控制、列车运行监视、 旅客信息等运营管理功能以及电力调度、车辆运用管理、接触网、线路状态检查、 灾害监测( 地震、风冰、雨、雪、滑坡) 等安全功能，是一个功能较为完备的复 杂系统。 1 9 9 5 年1 1 月后陆续投入使用的历时五年研制成功的c o s m o s ( c o m p u t e r i z e d s a f e t ym a i n t e n a n c ea n do p e r a t i o ns y s t e mo fs i n k a n s e n ) 系统是较c o m t r a c 更为完 备的系统。c o s m o s 系统集行车控制、电力控制、车辆运用管理、运行图生成及 变更、信息系统( 灾害信息、旅客信息等) 、维修作业管理、车站作业管理等功能 于一体，将几乎所有与铁路运营有关的子系统都挂接在中央局域网( l a n ) 上， 使丌放运营的铁路系统在信息传输上形成相对的闭环系统，是现代控制技术与计 5 j l 盔窑盟厶芏篮芏芷监奎 国由b 直韭鲑齄魍逆差担缍蝰盏息土匕班拭 算机技术、网络技术的有机结合。其系统组成如图2 - i 所示 * ”d t 目 i 鳘i2 - ic o s m o s 系统组成概耍幽 f i g u r e2 - 1 c o m p o * i t i o n d i a g r a m o f c o s m o ss y s t e m 其中，c o s m o s 系统中与轨道养护维修作业相互配合的子系统包括养护作业 管理子系统、设备管理子系统、信号通信设备及环境状态集中监控子系统。 养护作业管理子系统是支持有关养护作业计划、实施等的系统。中央系统与 各养护区的终端以通用网络连接。在各养护区的终端上登录的作业计划在中央系 统保存，中央系统对当开养护作业的丌始、结束以及出入新干线的环节进行管理。 施工人员用无线电话进行作业申请和报告作业的开始、结束等。 设备管理子系统指线路、电力、通信信号等设备检查数据的管理系统，中央 系统与各检修区段系统用通用网络连接。中央系统将来自综合检测车的数据进行 处理并传送到相应的部门。各检修区段加工和管理本区段的设备维修数据。中央 系统和计划系统共享硬件设备。 信号通信设备及_ 吓境状态集中监挣予系统对新干线的沿线防灾情报以及信号 通信设备的状态进行监控的系统( c m s ：c e n t r a l i z e di n f o r m a t i o nm o n i t o r i n z s y s t e m ) 。中央系统通过专用的线路可以集中监视来自车站的信息( m 、眠轨道 温度、a t c 信号的水平及联动设备豹动作状况等) ，中央系统也可以进行远程的控 制p i 。 2 1 2法国 9 7 6 年以柬，法国铁路的养护维修1 。作卣实行总局、地区局和基层三级管 理体制。总局运营基础部负责高速铁路及既有铁路的养护维修管理工作；地区局 基础部负责地区管辖范围的相关管理工作；基层部门是综合维修段。 在轨道养护维修方面建立了综合维修管理信息系统来实现对固定设备综合维 修管理，其中轨道养护采用了瑞士的g e v 轨道养护计划决策支持系统( n g v 轨 道绝对高程位置标定) 。在东部线的建设中，同步建成线路三维精确定位系统，通 过设在电化立柱上、桥隧等固定设备的测点能精确定出线路位置，在确保有效控 制新线平纵断面位置的同时，为线路的养护维修提供永久性的标准位置和测量点， 使线路平纵断面能得到有效控制，避免作业对线路平纵断面的破坏。 瑞士联邦铁路公司s b b 自1 9 8 7 年开始使用n g v ，目前s b b 铁道线路的新建、 大修和维修已全部采用n g v 系统。采用n g v 系统以后，以此为基准，建立了瑞 士联邦铁路固定资产数据库( d f a ) ，其中包括线路基准点的三维数据和线路三维 数据。8 0 年代末，s b b 开发出了t o p o r a i l 轨道设计软件包，可借助d f a 库中 的数据对大修、维修的线路进行优化设计，指导线路的大修、维修作业。1 9 9 4 年， 由m u l l e r 公司开发出了p a l a s 系统并由m a t i s a 公司安装在b 5 0 d 型高精度 连续式捣固车上。p a l a s 系统自动扫描n g v 的线路基准点并结合d f a 提供的基 本数据和t o p o r a i l 软件，给出优化作业的参数，自动引导b 5 0 d 型高精度连续 式捣固车进行作业，使线路的平面和纵断面恢复到设计标型旧】。 在钢轨探伤管理方面法铁建立了钢轨伤损d e f r a i l 数据库，包含有2 0 余万 条钢轨伤损记录。该数据库通过计算机直接面向综合维修段的车间开放。维修车 间根据探伤工现场检测信息，按规定格式将钢轨伤损信息输入电脑，计算机能给 出伤损分类和跟踪清单，探伤工根据跟踪清单进行伤损的跟踪( 跟踪期有1 个月、 2 个月、6 个月、1 年和2 年) ，跟踪检查后重复上述程序，最后确定伤损的处理办 法】。 2 1 3德国 目前，德国铁路公司( d b a g ) 的维修管理采用“自己干或买服务”的策略， 大部分任务自己完成，部分任务委托路外公司完成。新建和改扩建工程、大部分 大修更新、部分计划性维修、通信设备的检测及维修工作，由第三方或d ba g 新 组建的铁路工程建设集团完成；除通信设备以外的其他设施的检查和养护、消除 误差缺陷和排除故障、大部分计划性维修工作均由德国铁路公司的路网公司的维 护部和维修部来完成。 在轨道养护维修方面采用了综合维修管理信息系统来实现对固定设备的养护 维修管理，其中轨道养护采用了s y s t e md y n a m i c s 轨道养护、轨道更新计划 7 决策支持信息系统，该系统是基于动态分析系统理论，进行长期的经济、技术相 互影响的研究仿真f 1 2 1 。 2 1 4其他国家 除日本、法国、德国这几个高速铁路技术的原创国以外，其他西方发达国家 也十分重视高速铁路的轨道养护维修工作，并开发了多个管理软件系统，比较有 代表性的有以下几个系统【1 3 】【1 4 1 。 ( 1 ) 英国的m a p p a s ( 轨道养护、轨道更新计划决策、费用估算支持系统) 用统计方法分析轨道劣化现象，基于技术经济分析模型，评价轨道养护维修 方案，决策钢轨更换费用最小的更换周期等。 ( 2 ) 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 ) 系统并于1 9 9 8 年1 2 月完成了程 序的编制。e c o t r a c k 系统适用于既有线、高速线、重载线路铁路网络的维修计 划管理，能够辅助各级管理者按照轨道状态变化规律对各种维修资源配置进行合 理管理。 ( 3 ) 美国联邦铁路管理局( f r a ) 依靠轨道检测数据，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。 ( 4 ) 二十世纪九十年后期加拿大国铁研发了轨道管理系统( t m s ) 。系统利 用现场调查和轨检车检测线路以及钢轨和轨枕状态；研究制定了钢轨磨耗、轨枕 缺陷和线路表面不平顺的管理标准，同时结合通过总重变化来预测轨道状态的变 化来建立轨道维修咨询系统( e p m s ) 及轨道养护计划决策支持系统( t m a s ) 。 以上几个国家开发的轨道养护维修管理信息系统都在本国或者其他多个国家 的快速铁路、重载铁路的轨道养护维修管理工作中发挥着核心作用。 2 2国内高速铁路轨道养护维修现状分析 2 0 0 8 年8 月l 同我国第一条高速铁路京津客运专线正式丌通运营，几代 铁路人的夙愿变成了现实，但与此同时也面i 临着严峻的挑战。由于我国在高速铁 路轨道养护维修方面的研究还处于空白，如何做好轨道养护维修工作确保高速铁 路运营安全是我们面临的重大课题，本节将结合京津客运专线轨道养护维修的管 理办法和技术手段对我国客运专线轨道养护维修现状进行分析。 2 2 1养护维修体系及机构设置 鉴于客运专线与既有线的区别，铁道部对客运专线的组织机构设置进行了大 胆创新，将分别在北京、上海、武汉、广州建立4 个综合维修中心，此外，还有 代铁道部负责进行线路检测的部检测中心。客运专线综合维修体系按照“综合维 修管理中心一综合维修管理段一综合维修工区”两级三层设置。实行管理中心与 管理段两级管理，工区系作业层，管理段对工区进行行政领导并提供技术支持。 综合维修管理中心下设综合维修管理段；综合维修管理段下设综合维修工区。实 行管理中心与管理段两级管理。 ( 1 ) 综合维修管理中心 综合维修管理中心是独立的企业法人，按公司法要求形成科学决策，规范运 作的治理结构和运行机制。 综合维修管理中心接受铁道部的领导，并与各客运专线公司签订轨道养护维 修固定设备管理、检测与维修合同；客运专线公司向综合维修中心支付管理、检 测与维修费用，综合维修管理中心向客运专线公司提供技术状态良好的轨道养护 维修固定设备，以保证列车高速、高密、平稳地运行。 ( 2 ) 部检测中心 负责对客运专线各条线路进行定期检验和不定期抽检；向铁道部和客运专线 公司提供轨道养护维修设备的技术状态信息。 ( 3 ) 机械化维修段 根据综合维修管理中心制定的维修任务，组织大修、维修设计，协同综合 维修管理段编制施工组织计划、制定日维修计划； 在综合维修段的协同下，完成机械化维修工作； 在维修中心组织下参与大修、维修工程质量验收； 必要时参与抢险救援工作等。 ( 4 ) 综合维修管理段 客运专线轨道养护维修固定设备的技术资料、检测数据的维护与管理； 收集客运专线轨道养护维修固定设备及防灾监控系统的有关信息，掌握管 内客运专线轨道养护维修固定设备的技术状态； 参与管内客运专线轨道养护维修固定设备大修、维修施工组织设计，审定 临时补修计划； 向客运专线调度所( 中心) 申报综合维修计划、线路临时限速计划； 施工作业安全管理； 参与大修、维修的质量验收； 9 负责客运专线轨道养护维修固定设备维修后的检查与确认； 组织临时补修的质量验收； 在客运专线调度所( 中心) 的统一组织指挥下，组织突发事件的紧急抢修 工作； 对下属综合维修工区进行行政管理并提供技术支持等。 ( 5 ) 综合检测所 承担客运专线轨道养护维修固定设备的检测工作。 ( 6 ) 综合维修工区 定期巡回检查和静态检测； 对综合检测列车提供的需要进行临时补修的地段或处所进行地面复验； 制定与申报i 临时补修计划： 协助大修、维修施工，组织各专业维修班完成临时补修计划； 掌握管内客运专线轨道养护维修固定设备与设施的技术状态，向综合维修 管理段提出线路限速的建议； 参与临时补修的质量验收； 参与抢修工作； 保管工程维修机具、器材、路料、工程列车等。 但由于维修基地还处于建设阶段，已经开通运营的客运专线由所属的路局代 为管理，目前京津客运专线由北京局代管，并由北京工务段、丰台工务段、天津 工务段分段进行管理，为保证京津城际铁路线桥设备状态良好，保证动车组运行 安全畅通工务段下设工务维修组，工务维修组下设技术室、线路维修队、桥梁维 修队，线路维修队下设动态添乘小组、静态检查小组、线路维修小组【1 5 】【1 6 1 。京津 客运专线线桥维修管理组织如图2 2 所示。 北京铁路局 北京工务段 l 一工务维修组 丰台工务段 1 一 天津工务段 【一 e 基竺 i 一 lr l _ _ - - _ - _ - - _ - - - 一 动态添乘小组 静态检查小组 线路维修小组 图2 2 京津客运专线线桥维修管理组织机构示意图 f i g u r e2 - 2t h eo r g a n i z a t i o ni n s t i t u t i o no fb e i j i n g - t i a n j i np a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n ed i a g r a m l o 各级线桥维修组织的主要职能如下【1 6 】： ( 1 ) 工务段：依据北京局一京津城际铁路无砟轨道线桥设备维修规则( 试 行) 、铁路线路修理规则和铁路桥隧建筑物大修维修规则等有关规定，组 织领导工务维修组开展线桥检查、养护、维修工作，确保京津城际铁路安全运用。 工务段指定一名副段长负责对工务维修组的组织领导和检查指导工作。 工务段各职能科室负责对工务维修组的对口检查指导。 ( 2 ) 工务维修组：具体负责京津城际线桥设备检查、质量分析、编制生产计 划和整修方案并组织实施，确保京津城际铁路线桥设备技术状态良好和安全。主 要职责包括： 根据工务处、工务段年度维修方针目标及下达的生产任务计划，编制京津 城际铁路线桥维修年度方针目标及具体实施计划、措施，并抓好贯彻落实。 按照有关规定，负责管内线桥设备检查、巡查，以技术室为核心，组织进 行线桥设备动、静态检查数据的处理分析，编制整修方案，按规定程序申 报、审批并下达到线桥维修队贯彻执行。 负责各种资料的调查、收集、积累以及各项施工作业原始资料( 协议) 的 管理，分析设备变化规律，总结维修养护经验，推广先进的整修作业方法， 为京津城际铁路线桥维修工作提供技术支持和实践经验。 负责线桥维修成本、经济核算，以及材料管理和养路机械设备管理及安全 运用。 ( 3 ) 桥梁维修队：落实工务维修组指令与要求，负责管内桥涵设备的检查， 按照计划做好桥涵的日常保养和紧急补修工作，调查综合维修项目和工作量，并 做好维修过程监控和质量验收工作。 ( 4 ) 线路维修队：负责管内线路设备的检查、修理，落实工务维修组指令与 要求。 ( 5 ) 动态添乘小组：负责线路设备动态检查检测，按规定周期及要求添乘综 合检测车、确认车和使用便携式添乘仪对线路设备进行周期性添乘检查，并分析 动态检查结果，上报线路维修队及工务维修组技术室审查。 ( 6 ) 静态检查小组：负责线路设备静态检查检测，按规定周期及要求进行线 路设备检查巡查，并分析静态检查结果，上报线路维修队及工务维修组技术室审 查。 ( 7 ) 线路维修小组：负责线路维修计划的实施，执行标准化作业，落实专业 修、精细修要求，保证修理质量，确保京津城际铁路线路设备技术状态良好及运 用安全。 2 2 2 养护维修管理的技术手段 由于我国铁路主要干线运行速度长期以来一直在1 2 0 k m h 以下，维修管理方 式主要是依靠班组、车间、站段、路局依据以往工作的经验并参照线路、桥隧、 路基、养路机械等维修管理规则来实现相应的维修管理，这些管理大多依赖 于手工方式完成。现行的维修管理方式在运用中尽管也出现了一些问题，但从整 体上来讲还是基本能满足。随着铁路不断地实施大规模的提速，现行的维修管理 方式与提速后对轨道状态的要求之间的矛盾也就日益突出，尽管铁道部也组织了 部分路局以及一些研究机构就改善这一现状积极地进行了些有益的尝试，但是 对于当前高速度下轨道的养护维修技术在理论和实践上多年来一直没有实现本质 的突破【1 7 】【1 引。 针对轨道状态分析和养护维修管理辅助决策国内也相继研发了一些信息系 统，比较有代表性的有：铁道部信息技术中心与北京交通大学联合开发的“工务 安全生产管理信息系统”；铁道部基础设施检测中心组织研发的“轨道基础设施动 态检测管理信息系统 ；同济大学、广铁集团联合组织研发的“广深铁路养护维修 计划计算机管理系统 ；哈尔滨铁路局研发的“铁路轨道养护维修辅助决策系统 ； 南昌铁路局研发的“南昌铁路局工务线路动态监测分析系统”；兰州铁路局研发的 “工务段生产调度指挥系统 。 值得一提的是以上这些系统都是在近几年相继完成的，可以说较2 0 世纪有了 极大的进步，并在一定程度上提升了我国轨道养护管理的水平。 2 2 3客运专线信息化建设的关键问题 随着我国客运专线高速铁路大规模的投入运营，对铁路轨道养护维修提出了 更高标准的要求，多年来的传统管理方式面临了严峻的挑战，尽管国内也相继开 发了一些管理信息系统软件，这些系统能够对轨道检测数据进行一些简单的分析， 指导同常维修作业，提高了作业效率，降低了养修成本，并在一定程度上取得了 良好的经济效益。但目前所开发的系统只能对数据进行简单的分析并生成同常报 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【1 9 】。 如何做好铁路轨道养护维修工作，保障我国客运专线高速铁路安全运营是我 们面临的重大课题。由于我国客运专线刚刚起步，因此需要借鉴国外高速铁路轨 道养护维修经验，其中，国外高铁路以信息化的手段来管理和指导轨道养护维修 工作的技术手段也将是我国客运专线的发展趋势。在此，作者提出我国高速铁路 1 2 轨道养护维修信息化建设应该重点研究的问题。 ( 1 ) 客运专线轨道养护维修的数据包括了轨道检测数据、维修数据、静态台 帐数据以及列车通过总重、列车速度等业务数据，此外还有大量的空间数据，随 着客运专线的逐步建成和投入运营，数据量也将随之增加。这些数据具有多语义 性、多时空性、多尺度性、海量、多源、异构等特点，只有有效的存储和管理这 些数据并在此基础上对各类数据进行深入的分析和挖掘，才能准确的把握轨道状 态【2 0 1 1 2 。这就要求在客运专线信息化建设中必须首先构建一个综合数据平台，然 后对各类数据进行整合，进而利用各种分析方法找寻数据之间的内在联系和变化 规律。 ( 2 ) 客运专线轨道养护维修的基础数据具有非常强的空间位置特性，在数据 分析过程中，利用这一特性，以空间里程点为纽带，整合客运专线轨道养护维修 基础数据，通过对数据的综合分析，从时间和空间两个维度、从不同使用层面进 行深入挖掘，从而使利用计算机技术对线路状态进行实时监控成为现实，地理信 息系统是实现该设想的有利工具。以地理信息系统为基础，在w e b g i s 平台上通 过对某里程点线路本次检测数据和历史数据的对比分析，找出该里程点线路质量 状态的变化趋势；通过对线路各区段同期检测数据的对比分析，找出线路质量较 为薄弱的区段。深入分析几何尺寸变