哈爾濱局集團公司無縫線路信息管理系統設計

發布時間：2023-07-18 09:55

主要符號說明 I

第 1 章緒論 1

1.1研究背景 1

1.2論文研究目的 1

1.3國內外鐵路工務維修信息化系統現狀 2

1.3.1國外研究現狀 3

1.3.2國內研究現狀 4

1.4哈爾濱局集團公司工務信息管理系統現狀與存在的不足 5

1.4.1工務信息管理系統現狀 5

1.4.2工務信息管理系統存在的不足 5

1.5實現無縫線路獨立管理系統的意義 6

1.6論文研究主要內容 6

第 2 章無縫線路信息管理系統設計理論基礎 7

2.1無縫線路的基本結構 7

2.2無縫線路的溫度應力及鎖定軌溫計算 7

2.2.1鋼軌的自由伸縮與溫度力 7

2.2.2無縫線路的鎖定軌溫 8

2.3無縫線路軌道框架穩定性分析 9

2.4軌檢車對無縫線路軌道質量狀態評價方法 10

2.4.1峰值判斷法 11

2.4.2均值判斷法 12

第 3 章無縫線路信息管理數據分析 13

3.1無縫線路工務管理的數據分類 13

3.1.1無縫線路竣工數據 13

3.1.2無縫線路檢測數據 13

3.1.3無縫線路維修作業數據 13

3.2無縫線路工務管理的數據信息分析 14

3.2.1無縫線路工務管理數據屬性 14

3.2.2無縫線路工務管理數據的特點 18

3.2.3無縫線路工務管理數據的存儲 19

3.3無縫線路工務管理檢測數據的統計分析方法 19

3.3.1空間分析法 19

3.3.2時間分析法 20

3.3.3綜合分析法 20

3.4本章小結 20

第 4 章無縫線路信息管理系統總體設計方案 21

4.1系統的需求分析 21

4.1.1業務流程分析 21

4.1.2功能需求分析 22

4.2系統設計目標 22

4.3系統設計思想 23

4.4系統總體結構設計 24

4.5本章小結 26

第 5 章無縫線路信息管理系統模塊功能設計 27

5.1系統與用戶管理 27

5.2無縫線路臺賬數據管理 28

5.3檢測數據管理 29

5.3.1檢測計劃管理 29

5.3.2軌檢數據管理 29

5.3.3鋼軌探傷數據管理 31

5.3.4人工觀測數據管理 31

5.3.5檢測文件管理 32

5.4施工維修作業信息管理 32

5.4.1施工作業信息管理 32

5.4.2施工作業標準管理 33

5.4.3施工作業計劃管理 33

5.5狀態評價和輔助施工管理 33

5.5.1無縫線路質量狀態評價 33

5.5.2無縫線路鎖定軌溫報警 34

5.5.3無縫線路施工輔助施工管理 35

5.6本章小結 35

第 6 章無縫線路信息管理系統的實施保障措施 37

6.1系統網絡 37

6.1.1網絡結構 37

6.1.2網絡帶寬 38

6.1.3數據傳輸方案 38

6.2系統的安全 38

6.2.1安全等級 38

6.2.2網絡安全 38

6.2.3系統平臺安全 38

6.2.4信息安全 39

6.2.5應用安全 39

6.2.6維護管理安全 40

6.3系統的維護管理 40

6.3.1組織機構 40

6.3.2運維流程 41

結論 42

參考文獻 43

個人簡歷攻讀學位期間發表的學術論文 45

致謝 46

Contents

Main Symbol Description I

1.Introduction 1

1.1Research Background 1

1.2The aim and meaning of the research 1

1.3Current status of railway engineering maintenance information system at home and abroad 2

1.3.1Foreign research status 3

1.3.2Research state in China 4

1.4The current situation and existing deficiencies of the work information management system 5

1.4.1Status of Public Works Information Management System 5

1.4.2Deficiencies in the work information management system 5

1.5Realize the meaning of the management system 5

1.6Main content of the paper 6

2.System design theory basis 7

2.1Basic structure of seamless lines 7

2.2Temperature stress and locked rail temperature calculation 7

2.2.1Free expansion and contraction of rails 7

2.2.2Locked rail temperature of seamless line 8

2.3Stability analysis of line track frame 9

2.4Method for evaluating the quality status of track of seamless track by rail inspection vehicle 10

2.4.1Peak judgment 11

2.4.2Mean judgment 11

3.Information management data research 13

3.1Data Classification 13

3.1.1Completion data 13

3.1.2Test data 13

3.1.3Maintenance work data 13

3.2Data Analysis of Public Works Management 14

3.2.1Public Works Management Data Attributes 14

3.2.2Characteristics of public works management data 18

3.2.3Storage of work management data 19

3.3Statistical analysis method of public works management test data 19

3.3.1Spatial analysis 19

3.3.2Time analysis 20

3.3.3Comprehensive analysis 20

3.4Chapter summary 20

4.Overall design of information management system 21

4.1System requirements analysis 21

4.1.1Business process analysis 21

4.1.2Functional requirements analysis 22

4.2System design goal 23

4.3System design 23

4.4System overall structure design 24

4.5Chapter summary 26

5.Information Management System Module Function Design 27

5.1System and user management 27

5.2Seamless line account data management 27

5.3Detection data management 28

5.3.1Inspection plan management 29

5.3.2Track inspection data management 29

5.3.3Rail flaw detection data management 30

5.3.4Manual observation data management 31

5.3.5Detection file management 32

5.4Construction maintenance operation information management 32

5.4.1Construction operation information management 32

5.4.2Construction operation standard management 32

5.4.3Construction operation plan management 33

5.5State evaluation and auxiliary construction management 33

5.5.1Seamless line quality status evaluation 33

5.5.2Seamless line lock rail temperature alarm 34

5.5.3Seamless line construction auxiliary construction management 35

5.6chapter summary 35

6.Implementation measures for seamless line information management system 37

6.1System network 37

6.1.1Network structure 37

6.1.2Network bandwidth 37

6.1.3Data transmission scheme 38

6.2System security 38

6.2.1Security Level 38

6.2.2Cyber security 38

6.2.3System platform security 38

6.2.4Information security 39

6.2.5Application security 39

6.2.6Maintenance management security 40

6.3System maintenance management 40

6.3.1Organization 40

6.3.2Operation and maintenance process 41

In conclusion 42

References 43

Resume 45

Acknowledgement 46

主要符號說明

P 溫度力(N)；

E 鋼軌鋼的彈性模量，E=2.1xlO7N/cm2；

a 鋼軌鋼的線膨脹系數， a=0.0000118；

F 鋼軌斷面積(cm2)；

△t 軌溫升(降)度數(°C)；

Ki 第 i 級超限的扣分數；

Tj 檢測加權系數；

Cij 檢測第 j 個項目的 i 級超限個數；

n 線路容許速度超限級別， n=4；

m 檢測項目數量， m=7；

& 第i個檢查項目偏差數據的標準差；

xij 在單元區段內的第 i 個項目、第 j 個連續采樣點的偏差值；

斤第i個項目n個采樣點偏差數據的算術平均值；

N 單元區段采樣點的個數。

第1 章緒論

1.1研究背景

交通強國、鐵路先行。在我國，鐵路是非常普遍重要的基礎設施，關系到經濟命脈與國計民生。近些年，政府全力拓展高速鐵路，無縫線路工藝也得到很好的發展。長軌條持續焊接的長度，接近千米，成為真正意義上的無縫線路。

相較于普通線路，無縫線路在安全系數、技術工藝和經濟上均有顯著的優勢。有統計表明：無縫線路能夠減少 15%甚至更多的維修成本，使設備線路延長 25%的壽命［1］，以勞動和設備壽命作為換算指標，還可以節省 40%~60%的總維護費用。除上述外，無縫線路還具有列車阻力小、振動少、噪聲低等優勢，對高速、重載列車比較合適。

在全球范圍內，無縫線路是現代鐵路運輸的核心部分，其經濟效益相當突出。隨著現代軌道技術的發展，如高強度粘結絕緣接頭、橋上無縫鋼軌、無縫道岔等，粘結絕緣接頭被用來代替普通無縫鋼軌閉塞段的絕緣接頭，整個或多段鋼軌焊接在一起，即形成了跨區間無縫鋼軌。

然而，隨著黑龍江省經濟的迅猛發展，鐵路交通密度越來越大，行車間隔越來越短。因此，維護運行時間越來越短，運行與維護之間的矛盾越來越突出，鐵路工務部門迫切需要及時掌握無縫軌道的狀態。但目前全國 18 個鐵路局集團公司在無縫線路信息的數字化管理上仍相對薄弱，依舊停留在“小米加步槍”的局限性管理模式上。實踐經驗證明，為適應形勢新體制下的鐵路高速發展，我們必須以“互聯網+”為依托，通過大數據平臺對工務系統的無縫線路管理部門所有檢查數據的進行統一管理，及時掌握軌道狀態變化，快速定位軌道缺陷和薄弱區域，通過數據存儲和數據統計分析，建立無縫線路工程管理系統，避免盲目修理，造成人員、資源、資金的浪費。

無縫線路信息管理系統的研究和建立，對于無縫線路的快速發展和工務維修數字化管理模式的轉化具有重要意義。

1.2論文研究目的

1964 年，我國廣州~深圳和膠州~濟南鐵路在長達 9 公里的線路上進行了超長無縫鐵路鋪設測試。1992~1993 年，中國鐵路哈爾濱局集團濱綏鐵路也嘗試鋪設了一條無縫鐵路，其長度達到4.3km。經過數十年的快速發展，我國無縫線路鋪設技術已處于世界先進水平，這也得益于我國無縫線路運營總里程飛速發展［2］。

“提前預警，重養輔修”是目前全路維護無縫線路應遵循的基本原則，嚴格落實根據線路狀態隨時制定維修計劃并及時組織維修的工作方針，全面落實大型集中修、天窗隨時修、綜合全面修的工作方案，確保線路狀態穩定，為鐵路安全運輸提供有力保障。

隨著我國高速鐵路迅猛發展，全路工務管理系統也制定了“信息化、標準化、機械化、智能化”的總體發展工作目標，為全面加強鐵路線路設備管理，加強軌道交通建設，建立更科學的維修作業輔助指導提供決策支持。從 20 世紀末，全路工務系統逐漸將“狀態修”作為工作抓手，針對線路質量的不確定性和突發性等特點，以超前預警維護修理作為基礎。結合各鐵路局集團公司的維修計劃，以軌檢車、檢測儀、人工檢測組合檢查的方法，對線路服役期間的質量狀態進行檢查，及時準確的獲取線路設備各種關鍵數據，并對所有數據進行人工統計分析，判斷線路狀態及質量，確保在線路各種病害及安全隱患發生前能及時進行維修。隨著目前全路工務系統信息化、網絡化和智能化的普及，也使得無縫線路的數據管理更加系統科學。

在目前的工務系統維修工作中，已從原來的僅僅依靠一線作業人員徒手檢查到現在以探傷儀、檢測儀等設備的大量運用，標注著我們已經向“機械化”檢修邁出了關鍵的一步。目前我國主要依據軌道檢測車的檢測數據對線路及設備質量狀態進行評估分析，在鋼軌探傷方面也僅依靠探傷儀的檢測數據進行判斷。但是如此檢測的弊端就在于我們往往只是針對單一時間或地點的單一數據進行分析，存在著極大的片面和局限性，從而無法根據歷史數據對該段線路病害及安全隱患進行趨勢判斷，只是達到簡單的用機械代替人工作業的轉變。目前存在的最主要問題就是各鐵路局集團公司無法對所有檢測數據進行高層次統計分析，因此我國的“狀態修”在缺少信息化系統的支持下，仍僅停留在表面形式，其真正的作用沒有得以實現。

現階段，各鐵路局集團公司在無縫線路維修數據的管理上仍采用人工錄入整理，而且現場作業人員在維修作業時還主要依靠經驗及規定按部就班的維修，對于檢測維修數據及相關資料的統計、運用帶來較大的不便，既不能科學的預測線路薄弱地點及病害，也不能適應新形勢下我國鐵路行業的高速發展，更不能滿足鐵路總公司在全路工作會議上提出的“四化”要求。

目前哈爾濱鐵路局集團公司無縫線路信息管理系統仍處于空白領域，工務系統的信息化管理也處于初級摸索階段，因此持續推進開發先一套適用于哈爾濱鐵路局線路狀況及管理模式的無縫線路信管理系統是保障工務系統科學管理重點工作。本文的研究重點就是通過對檢測、維修數據、歷史數據的統籌管理，線路質量狀態綜合分析，施工作業及維修計劃編制指導等內容，擬定無縫線路信息化管理系統的設計方案。

1.3國內外鐵路工務維修信息化系統現狀

研究分析線路的幾何尺寸、鋼軌溫度、接頭病害及扣件扭矩等關鍵因素，是對線路日常檢查維修的基礎工作，而如何能夠在最短時間內發現問題、解決問題、提前預判問題、及時掌握線路質量問題，一直是各級工務系統管理人員重點關注的［3］。目前全世界的鐵路管理部門，一直在推進工務檢測數據信息化建設，依托人工智能及互聯網技術，加快鐵路工務維修信息化管理。也正是由于科技的迅猛發展及各國工務系統現場維修的實際需要，各國在線路維修信息管理系統的研發及應用上也得到了大力支持。盡管各國在軌道總量、設備型號、技術標準上差異化較大，但在常規數據檢測中，都普遍采用軌道檢測車和探傷車逐步代替人工檢測，同時結合先進的軟件開發技術，基本實現了工務系統的信息化管理。

在 20世紀 70年代初，發達國家已經開始使用計算機技術為鐵路系統服務，開創了工務系統數字信息化管理的先河，簡單介紹如下：

1.3.1國外研究現狀

西班牙從 20世紀 70年代開始，在軌道養護維修管理工作引入信息管理系統，通過幾十年的發展及完善，目前西班牙國家鐵路公司的工務管理系統已成熟運用于軌道現場維修作業。 GEV 系統作為線路維修作業的輔助系統，其主要包含提供維修計劃及作業方案技術支持和經濟效益綜合分析功能。該系統可以簡單的針對不同類型的線路軌道，并結合相應的技術標準來確定檢測指標和差值范圍。再利用軌檢車、檢測儀等機械設備進行檢測，通過與標準數據的對比可以較直觀和準確的判斷線路幾何尺寸及狀態，進而對線路維修工作提出科學的指導依據。

前蘇聯是全世界最早在鐵路工務維修工作中實現數字化管理的國家，并且在信息化建設方面也曾處于世界領先地位。而該系統功能也是比較完善的，主要包括數據信息采集儲存、計算機智能分析、維修數據實時更新及經濟效益比對功能。同時還具備了西班牙 GEV 系統的維修指導功能，可以幫助現場作業人員在維修方案的選擇上提供科學的參考依據。前蘇聯工務管理系統的設計方案是由不同子系統和模塊相互支撐，其主要包含鋼軌、探傷、軌枕、軌溫、扣件、道床、橋梁等管理模塊及線路的幾何尺寸、檢測數據信息等設備管理模塊，他們之間既可以相互獨立，又可以實現數據間的相互聯通，進而幫助工務系統管理人員實現所有數據的統一分析管理，動態掌握軌道線路各項指標［4］。

日本新干線也較早的運用了工務數字管理系統（SMIS）,其“預防修”的管理理念與我國目前“狀態修”的工作方式相類似，主要是通過對線路相關關鍵指標的綜合分析判斷，對可能發生病害及安全隱患的地段進行提前預警，在線路及設備超過臨界狀態前進行維修，確保列車行駛安全。 1976年該系統正式設計完成并在日本進行試運行，該系統主要包含三個模塊：線路設備、線路質量及維修數據計算三大功能，這三項功能幾乎涵蓋了軌道線路日常檢測的基礎數據，目前結合新干線的高速發展，該系統也日趨完善,同時又衍生出了新版的（TOSMA）軌道管理系統。

意大利鐵路運營維護管理公司在鐵路軌道工務維修管理上，自主研發了“養護~維修?評估”三位一體的管理系統（MAPPAS）。該系統與日本新干線系統（SMIS）和西班牙的 GEV 系統不同，其通過統計計算軌道狀態所需的維修方案經濟型來推選，一般選用造價最低的方案來作為最優方案進行推薦，其余數據采集管理模式與日本新干線管理系統相類似［5］。

另外，國際上比較成熟先進的鐵路工務管理系統還有英國自主研發的“EPDMENS ” 系統，其主要是結合英國本土軌道維修特點進行的量身定做，該系統對其他國家的管理模式兼容性不是很強。還有法國的“SYSTEMDYNERCF”系統，該系統的設計原理主要是結合工程力學、車輛穩定系統及軌道結構理論。澳大利亞的“BIOMS”系統，其特點是可以根據鋼軌及其附屬設備損壞程度進行安全預警，進而提供維修指導，以上這些發達國家的工務管理系統基本可以滿足軌道線路維修的日常需求，進而保障鐵路運營安全，這些都值得我們來學習借鑒。

1.3.2國內研究現狀

隨著我國各行各業計算機技術及互聯網應用的迅猛發展，鐵路系統也逐漸將工務系統的維修作業管理工作轉向信息化管理模式。通過計算機強大的運算處理功能及儲存安全性，可以極大減少人工計算記錄的錯誤率，因此，工務信息化管理系統應運而生。通過原鐵道部、鐵科院、中科院等單位的共同研發，形成了我國鐵路工務管理系統的雛形，他具有簡單的進行檢測、維修數據的讀取和分析功能。相比于傳統的臺賬式人工記錄數據，利用數字化數據管理體現了高科技應用的高效性、安全性和準確性。目前我國比較有代表性的工務管理系統有：

由鐵科院和清華大學共同組織研發的鐵道工務信息管理系統（WQMEIE），這也是最早應用于我國鐵路工務部門的信息系統，其主要包含六大主要功能：軌道線路、橋梁、軌道設備、道岔、病害和綜合統計功能［6］。通過長時間的摸索及實驗，該系統逐年進行更新換代，目前部分鐵路局集團公司已經在工務系統的日常管理工作中全面使用該系統，其基本可以滿足集團公司、工務段、車間和工區的不同階層使用需求，其綜合實用性已經處于世界一流水平。

沈陽鐵路局集團公司使用的工務管理系統，主要基于線路設備狀態檢測、綜合數據統計和防洪數據預警功能組建。該系統通過與相關數據的匹配搜索，可以實現線路質量狀態查詢、道床穩定性分析、各工務段內線路地形圖、重點病害地段監控等功能，還可以通過關鍵數據分析對防洪預警起到關鍵作用。

成都鐵路局集團公司工務維修管理系統于 2008 年正式投入使用，其設計核心理念是以線路服役期工作狀態監控為工作重心，同時以規章制度查詢、線路設備狀態實時監控及檢測維修數據分析三個重要模塊最為系統支撐。以 TQI 指數對線路綜合狀態進行評定，通過線路質量狀況進行維修作業輔助指導，減少不必要的無效施工，該系統的運用大大提高了線路設備養護維修效率，采用較低的維修成本完成了常規維修作業。

昆明鐵路局集團公司的工務管理信息系統較為先進，該系統通過航拍技術將局管內線路的航拍圖、地形圖等影像數據相結合，特別是在瀏覽線路照片或者影像時，能夠同時顯示具體公里里程及曲線要素等信息。

1.4哈爾濱局集團公司工務信息管理系統現狀與存在的不足

1.4.1工務信息管理系統現狀黑龍江省全省和內蒙古自治區呼倫貝爾市的鐵路均由哈爾濱鐵路局承建及運營維護管理，并且實現了綏芬河和滿洲里兩個對俄鐵路通道的貫通。但是除了近兩年新建的哈爾濱至牡丹江、哈爾濱至齊齊哈爾、哈爾濱至佳木斯、哈爾濱至大連快速鐵路線路設備較先進之外，其他既有線路的相關基礎設備已經建成運營多年，相關設備陳舊落后，存在很多問題。很多鐵路在建設之初，由于經濟、技術等方面的限制，導致投資少、設備質量相對較差、使用過程中問題較多。雖然在過去兩年中，哈爾濱鐵路局主要的維護投資有所增加，但在全鐵路的 18 個鐵路局中，運營設備狀況排名仍然落后。因此改變這種現狀的必要性顯而易見，同時為了響應總公司“天窗修”政策，哈爾濱鐵路局根據當前管內設備狀況和當前鐵路維修的發展方向，為了達到及時監控線路設備運營情況，預防出現安全問題，實現早發現早維修，科學判斷設備狀況的目的，于2012年2月引進了 IBM公司推出的Maximo (鐵路)信息管理平臺，同時對管內線路基礎設備進行了大量改進，更好地確保設備運行的安全性和可靠，這些改進成為現有工務管理信息系統的原型。 2012年10月，該系統在哈爾濱和綏化地區率先進行了測試使用。 2014年9月，數據光纖進入車間、工區鋪設工作完成后， Maximo 系統在全局的 9 個工務段得到全面推行，但缺點是該系統在設計之初只針對普通線路特點及需求進行功能設計，在差異化較大的無縫線路的維修管理上，尚無法使用該系統。

1.4.2工務信息管理系統存在的不足目前隨著黑龍江省高速鐵路的快速發展，哈齊、哈牡、哈佳鐵路的相繼開通，哈爾濱局集團公司管理部門對于工務軌道信息管理系統也一直處于不斷更新、完善、創新、研發的過程。但是由于無縫線路長鋼軌與普通短軌線路相比，各項指標要求均較高，日常的養護維修也更為復雜化。因此既有工務系統的信息管理系統對無縫線路的技術支持較弱，仍然有許多工作需要依靠單一的設備檢測，數據也無法和既有線路進行統一管理。因此，哈爾濱局目前鐵路工務管理系統仍需繼續改進完善，以下為幾點不足之處：

(1)缺少專業的長鋼軌數據信息數據管理系統，無法滿足對長鋼軌設備的全服役期的全過程管理需求。

(2)不能將無縫線路的鋪設數據與其運營期間的維修、檢測數據進行并行保存，進而缺失了不同時期檢測數據的綜合分析比對功能，不能準確的對一次維修作業成果進行分析，不利于工務管理人員判斷線路狀態及病害發展方向。

(3)目前各類工務信息管理系統，只是簡單的通過線路狀態質量來判斷線路整體狀況，恰恰沒有考慮線路下的軌道基礎和結構，也就是說忽視了鎖定軌溫、緊固件扭矩及道床質量對無縫線路綜合質量狀態的影響。

(4)無法通過大數據比對，結合無縫線路特定修理規則給出工務現場維修作業人

員合理的維修計劃，缺乏有針對性的指導意見。

1.5實現無縫線路獨立管理系統的意義

相對于普通線路，無縫線路在安全系數、技術工藝和經濟性上均有顯著的優勢。在全球范圍內，無縫線路是現代鐵路運輸的核心部分，其經濟效益相當突出。哈爾濱局集團公司著手鋪設無縫線路的時間較長，鋪設數量上也在大幅增多。怎樣對線路設備提供科學的養護與維修成為了哈爾濱局集團公司工務系統的工作重點，尤其是在黑龍江省四季分明的地區，軌溫溫差較大，特殊地區小半徑曲線較多，出現了很多影響線路穩定的風險因素，這就擴大了維修難度。

而隨著計算機、互聯網、人工智能及大數據作為現在各行各業發展的重要依托，利用信息化管理系統介入無縫線路的養護維修作業中，可以及時、準確的掌握全局無縫線路養護維修數據，不受時間、空間的限制對檢測數據進行分析研判，通過數據分析結果與規章制度既定指標進行比對，對各工務段制定維修計劃提供指導性意見，從而在線路維修方面為集團公司節約成本。更重要的是無縫線路信息管理系統的設計應用也標志著工務管理系統已從現代化向信息化的重要轉變，繼而為高效保證無縫線路良好服役狀態提供了有力后勤保障。

1.6論文研究主要內容

（1）本文通過緒論介紹了本課題的研究意義和背景，對國內外典型的鐵路工務信息管理系統的發展及研究現狀進行了分析，對哈爾濱鐵路局工務管理系統的缺點及不足進行了探討研究。

（ 2）對無縫線路日常管理技術理論進行了介紹，主要包對無縫線路基本結構、鎖定軌溫的計算、無縫線路內的應力計算和線路綜合質量狀態評價分析方法等重要理論。

（3）無縫線路信息管理數據的研究，對無縫線路的鋪設原始設計、施工數據、探傷數據、軌檢車數據及線路維護數據統一處理匯總研判，并概括的介紹了數據的存儲方法和各種檢測數據的分析方法。

（4）系統整體設計方案，在分析無縫線路日常工作管理的業務流程和功能要求的基礎上，得出系統的整體結構設計方案，即達到覆蓋無縫線路維修管理的四個基礎功能：歷史數據、檢測數據、維修管理和綜合分析統計指導功能。

（5）詳細介紹了無縫線路信息管理功能模塊的設計方案，并且對各模塊的運行機制和使用方法進行闡述。

（6）通過對網絡系統、網絡安全、維護使用安全分析，介紹了無縫信息管理系統的運營安全及保障措施的設計。

（ 7）結論。

第 2 章無縫線路信息管理系統設計理論基礎

無縫線路較普通短軌線路相比，在養護維修及管理工作上相對繁瑣復雜，由于無縫線路的特殊性較強，因此我們要將無縫線路的日常養護維修進行獨立信息化管理，并針對其特性設計相應功能的信息管理系統。在本章中，主要從以下幾個方面進行介紹分析：分析無縫線路基本結構、無縫線路溫度應力及鎖定軌溫的計算、分析無縫線路的穩定性及軌道檢測車對無縫線路服役期狀態評估等內容。

2.1無縫線路的基本結構

無縫線路鋪設長度一般沒有特殊限制，可以無限延長，但是會受到當地溫差影響。

2008 年以前，中國基本上是對半徑在 600m 以上的曲線段、直線段來進行無縫線路的鋪設。隨著技術和工藝的日趨成熟，目前我國已經可以在半徑 200m 以上的曲線段成功鋪設。

鋼軌：軌條延長后，其屬性受氣候、線路條件以及鐵路的運營狀態影響較大。無縫線路除了受力復雜外，其工作環境也在明顯地惡化。在國內，重載運輸干線呈現密度大、軸重高等特征；客貨列車兼容，經濟、安全并舉，行車速度也有很大的區別。為確保重載線路能夠順暢地運營，無縫線路應當選擇重型軌道結構，促進重型化、材質純凈化，提升軌道自身的剛度及其線性阻力，使無縫線路保持足夠的強度。根據現行的狀況， 60kg/m 鋼軌在全路上已普及各個主要干線。

軌枕及扣件：除了特殊情況，我國標準選擇新II、III型混凝土枕。若有砟橋，選擇混凝土橋枕，同時搭配彈條II、III型扣件。如果是岔枕，建議選擇分開式彈性扣件。

道岔：基于技術的視角，無縫線路能夠保持任意長度。途徑車站時，鋼軌也會在道岔上焊接或是粘結。另外，道岔上的接頭同樣也需要焊接，變成真正的無縫道岔。可見，無縫道岔才是無縫線路最為顯著的特點，同時也是養護維修的關鍵。

道床：道砟是道床重要的構成部件，主要呈現下列基本的特性：韌性、彈性、不宜破碎和搗碎；排水性強，吸水性相對偏差，難于風化。對道砟材料來說，礫石、粗砂、天然級配卵石以及中沙等均比較合適。我們在對道砟材料進行選擇時，需考慮鐵路運量、車輛軸重、造價成本、運行速度以及地方材料等諸多因素。

2.2無縫線路的溫度應力及鎖定軌溫計算

2.2.1鋼軌的自由伸縮與溫度力

若鋼軌溫度發生改變，鋼軌也會自由地伸縮，出現熱脹冷縮效應。通常，普通線路

是由很多12.5m或是25m長度的標準軌進行連接。每間隔12.5m或是25m,便會分布1 個接頭，相應的每個接頭間會留有一個6?8mm的軌縫，來調整鋼軌內部的溫度應力。根據計算，當25m鋼軌溫度改變1 °C,鋼軌必須承擔1.6噸左右的物體擴張帶來的張力或者物體自身收縮帶來的壓力［7］。

鋼的線膨脹系數0.0000118、鋼軌的長度、溫度的變化值三個數相乘得到自由伸縮量。我們假設：1根1000米長的長鋼軌自由擺放，如果軌溫變化達到35C，那么自由伸縮量為：

0.0000118x35x1000=0.413m=413mm

但在無縫線路上，該種伸縮量也會對行車安全產生很大的影響。故而，我們需利用防爬設備來對雙端進行鎖定，避免自由伸縮。正如任何事物、物質均不會毫無緣由地消失，只是換另外一種方式存在，鋼軌內部的溫度應力也是如此。究其根源：在鋼軌上，我們用極大的線路阻力來對鋼軌進行封鎖，那么鋼軌也就沒有辦法自由伸縮。

若鋼軌雙端已經固定，避免其自由伸縮，當溫度改變后，內部也會如同憋了一股勁。此時，鋼軌沒有辦法釋放自身的內應力。在鎖定無縫線路后，由于夏季軌溫較高時鋼軌無法自由伸長，冬季溫度較低時鋼軌無法自由縮短。該情況下，鋼軌內溫度引起的拉力或是壓力，稱作溫度應力。但溫度系數變化后，溫度力也會有所改變。由于無縫線路中的溫度應力與軌溫的有直接關系，所以合理選擇鎖定軌溫，確保防止斷軌和脹軌等病害的發生，保證行車安全。

在一股鋼軌上承受的溫度力為：

Pt=EaAt，F (2-1)

式中： Pt 溫度力的；

E—— 鋼軌鋼的彈性模量， E=2.1x107N/cm2;

a—— 鋼軌鋼的線膨脹系數， a=0.0000118；

△t— 軌溫升(降)度數(C);

F—— -鋼軌斷面積(cm2);

將 E、 a兩值代入上式，則Pt=247.8AF

假設：60kg/m鋼軌，F=77.45m2，軌溫每變化1C，其溫度力：

Pt=247.8x1x77.45=19192N

如厶t=45C時，貝則 Pt=19192x45=863640N

60kg/m長鋼軌在完成鋪設后，其軌溫上升(降)到了 45C，其溫度力將達到860KN。雙股鋼軌(軌道框架)上，其溫度力接近于1720KN。這就說明長軌條在日常溫度變化較大時承受了強大的溫度力，這是無縫線路設計、養護施工中應當思考的重要因素。

2.2.2無縫線路的鎖定軌溫

對無縫線路進行鋪設、養護時，重點是明確鎖定軌溫。因此，我們必須準確地計算出鎖定軌溫，保證無縫線路不會因為伸縮或折斷而對軌道有一定的破壞。按照實際情況，

當鎖定軌溫±5°C區域內的變化軌溫叫做“實際鎖定軌溫幅度”。

設計鎖定軌溫，需結合地區的“中間軌溫”進行設置。中間軌溫的計算方法如下式：

以黑龍江省雞西為例，本區的最高軌溫達到57.4度，最低軌溫則達到-39.2C

其中間軌溫為：

57.4+（-39.2） _ 18.2 ］

2 '

夏季，脹軌跑道面臨的危險相對比較大。一般，我們會將設計鎖定軌溫設計的略高于中間軌溫。根據這種計算，黑龍江地區一般將11?21C當作鎖定軌溫范圍。

表 2-1 部分地區最高最低軌溫列表

地區最高軌溫（C）最低軌溫（C）中間軌溫（C）備注

哈爾濱 59.1 -41.4 8.8

齊齊哈爾 60.1 -39.5 10.3

佳木斯 58.4 -39.6 9.4

牡丹江 57.2 -39.7 8.8

雞西 57.4 -39.2 9.1

海拉爾 59.8 -45.6 7.1

在無縫線路的整個施工中，我們通常會在終端攏口完成撞軌，以便對鎖定軌溫作出調整。線路鋪設時，撞軌量同樣也要換算至整個鎖定軌溫中。例如在鋪設一段 2000m 的無縫線路時，攏口時在終端向始段撞軌 88 毫米，則撞軌降低的軌溫數為：

如終端落槽平均軌溫為22.4C，將撞軌的換算溫度進行考慮后，確定實際鎖定軌溫為 18.7C。

2.3無縫線路軌道框架穩定性分析

無縫線路上，溫度應力、線路設備阻力實際上是彼此作用、共同制約的某種反向力。如果要確保無縫線路設備穩定，必須保證扣件、道砟、軌枕對線路的阻力大于鋼軌內的溫度應力［8］。總體上，線路穩定性應當做好下列幾項工作：

第一：縱向——制約鋼軌自由伸縮或是縱向爬行。第二：橫向——制約軌道框架的橫向移動。第三：豎向——制約軌道框架向上拱起。

縱向阻力：鋼軌、整體框架產生的縱向運動的力，叫做縱向阻力。縱向阻力可分為三個方面進行分析：連接阻力、軌道床縱向阻力和扣件阻力［9］。

接頭阻力：相當于用螺栓將鋼軌予以夾緊，避免鋼軌出現縱向移動的力。其大小與螺栓數量、螺栓強度等接頭扣件類型有關。經計算，鋼軌、魚尾板彼此的縱向摩擦阻力也會接近于螺栓的拉力。

道床縱向阻力：道床縱向阻力是指道床受到的可以使道床預防軌道框架實現縱向位移的阻力。縱向阻力和道床類別、道床石砟數量以及框架重量等密切相關。經試驗，標準斷面下道床表現的縱向阻力如表2-2：

表 2-2 碎石道床在標準設計斷面下道床縱向阻力表

線路特征每根軌枕的道床縱向阻力（N） 1840根軌枕/KM，一股鋼軌下的道床縱向阻

力（ N/cm ）

木軌枕線路 7000 64

混凝土枕線路 10000 92

道床橫向阻力：道床橫向阻力，是避免軌道框架發生橫向移動的某種力，同時也是預防軌道出現脹軌的首要因素。對橫向阻力來說，道床肩寬度對其有很大的影響。肩寬相較于變窄，有更強的抵抗力。試驗得知：其他條件維持恒定，道床肩寬度變化后，道床橫向阻力也會有所轉變。道床肩寬介于300?550mm時，橫向阻力將趨向最大值。肩寬超過550mm后繼續增加時，發現阻力不會顯著增加，所以不必使道床肩寬過度增加。

表 2-3 道床橫向阻力值

道床肩寬（mm） 300 200 450 550 650

阻力實測值（N/根） 8480 7680 9080 9840 9920

百分比 % 100 90 107 116 117

為了增強道床自身的橫向阻力，我們需對道床進行夯實，將道床肩寬控制于300mm 以上。針對道口或是橋頭等環節，需擴大道床肩寬，提升阻力。到了夏天，軌道方向錯誤也會出現脹軌危險。此時，可考慮在道床肩上設置石砟堆高，用于應急。

軌道豎向阻力：抵抗軌道鼓起的某種力，叫做豎向阻力。除框架在豎直面上表現的剛度外，豎向阻力指的是軌枕重量。道床夯實時，該數值也比較小。有國外試驗表明，每根木枕所承受的豎向阻力約為1500?1660N。這就說明：在線路危險地，鋪設特種道床是非常有必要的。

2.4軌檢車對無縫線路軌道質量狀態評價方法現如今，軌檢車的動態檢測，是我國檢測無縫線路幾何位置動態的主要手段。軌道檢測車在對無縫線路軌質量狀態檢測完成后，將得到的數據用專用軟件讀取。通過對各類超限數據進行分門別類分析，可對軌道質量狀況進行評價，找出線路病害，指導維修作業。目前，我國運用常見的峰值判斷法和復雜的均值判斷法來分析無縫鐵路軌道質量狀態，其中我們根據峰值保證安全問題，通過均值確定有無質量問題［10］。

2.4.1峰值判斷法

我國目前在實際的無縫線路軌道質量評價中最常運用的就是峰值判斷法。軌檢車通

過對軌道的高低、軌距、水平加速度、垂直加速度、水平、三角坑、方向來確定是否超過限值。同時，將超過限值的指標分別劃分為I、II、III、IV四個等級，并對每個檢測點的七項超限進行分析。按照鐵路總公司《修規》規定，對超限實施等級扣分管理，I 級---1分/處，11級---5分/處，111級---100分/處，V級---301分/處，最后線路的綜合質量狀態根據扣分數值進行判定，軌道動態幾何尺寸容許偏差值見表 2-4，我國峰值推演法中每公里的扣分總數用以下公式計算：

S三 KiTjCij 2-3

i =1 j =1

式中，K表示第i級超限的扣分數；

Tj為檢測加權系數；

Cj表示檢測第j個項目的i級超限數量；

n 代表線路允許最大速度， n=4；

m 代表檢測的個數， m=7；

表 2-4 軌道動態幾何尺寸容許偏差值

檢測

項目 120km/h 160km/h 200km/h

I級 II級 III級 V級 I級 II級 III級 V級 I級 II級 III級 V級

軌距 -7 -9 -11 -13 -5 -8 -9 -11 -4 -5 -7 -9

+9 +13 +21 +21 +7 +11 +16 +21 +5 +9 +13 +16

水平 9 13 19 23 7 11 15 19 6 9 13 15

高低 9 13 21 25 7 11 16 21 6 9 13 16

軌向 9 11 17 21 6 9 13 17 6 8 11 13

三角坑 9 11 15 17 6 9 13 15 5 7 10 13

垂加 0.10 0.15 0.20 0.25 0.10 0.15 0.20 0.25 0.10 0.15 0.20 0.25

水加 0.06 0.10 0.15 0.20 0.06 0.10 0.15 0.20 0.06 0.10 0.15 0.20

其中需要注明的是，除了加速度（包括垂直和水平）計量單位是 g 以外，剩下的單位都是 mm。

峰值判斷法判斷結果分為三個等級，依次是優良、及格、不及格。扣分總數在 50

分及50分以下的判為優良等級，扣分總數在51到300之間的算是及格，如果扣分總數為 301 及以上貝為不及格。

2.4.2均值判斷法

TQI 全稱是軌道質量指數，能準確地反映出軌道不平順的質量狀態，主要用于均值判斷法對軌道進行評價。它不同于峰值判斷法，均值判斷法反映了一段軌道質量狀態的平均值。峰值判斷法以規律性的采集的多個檢測點的各個指標為基礎進行系統的分析［11］。該方法采集間距為0.25米，采集數據為水平、軌距、高低、三角坑、水平加速度、垂直加速度、方向等。每200米的檢測路段，所檢測的標準偏差都由車載計算機計算和求和，計算結果稱為TQI,計算公式如下：

TQI =工0 (2-4)

i=i

2-5)

在此公式中需注明的是：6代表標準差的第i個值；Xij代表第j個連續采集點的第i 個偏差值；斤代表n個采樣點，第i個算術平均值；N代表每個區間設立的采集點數量,

n=800。

我們可根據檢測結果做相應的維修計劃或者養護計劃，TQI值為15是臨界值，當小于臨界值15貝檢測結果為無縫鐵路路線合格，反之為不合格，需要進行相應的維修工作。在實際操作中，可憑借TQI值找到需要維修的軌道的關鍵部分，并保證軌道的質量達到優良狀態。

第3 章無縫線路信息管理數據分析

無縫線路信息管理系統的重要功能之一就是數據管理，系統需要加強對重要數據的采集、統計和分析，這樣才能幫助各級工務管理部門對無縫線路的運營狀態進行及時監控和動態跟蹤，同時利用檢測結果對無縫線路的維護工作進行輔助指導。

3.1無縫線路工務管理的數據分類

無縫線路鐵路從初期鋪設到安全運行，直至設備無法維修繼續使用，施工、檢測和維修這三項工作貫穿了無縫線路的整個生命周期。所以依照工程設計標準、不同的數據獲得途徑等特征，把無縫線路全周期數據分為三類，主要包括最常見的線路檢測數據、最重要的項目竣工數據以及復雜的線路維數據。

3.1.1無縫線路竣工數據

主要是指無縫線路及其設備在整個生命周期內，從鋪設開始到其無法達到繼續使用條件全過程的施工之初的真實數據，其主要包括基本的線路屬性數據、焊接接頭數據、觀測樁數據等，在工程結束后竣工數據維持固定，竣工數據是代表著工程完成情況及建設過程的重要數據，我們通常用表格的形式形象直觀地表達出來。

3.1.2無縫線路檢測數據

按照日常工作管理中的多種檢測方法，我們把無縫線路檢測數據分為靜態檢測數據、動態檢測數據以及檢測計劃數據三種類型。動態檢測數據的構成是車載添乘儀、鋼軌探傷車以及上文重點分析介紹的軌檢車三種檢測方式得到的數據整合。手動人工例行檢查和儀器日常檢測數據構成了靜態測試數據。其中儀器檢測的數據是指探傷儀和軌道探測器得到的數據［12］。人工手動檢測和常規檢查數據包括軌道的縱向位移、軌道軌距和弦繩檢測線矢度、泥漿滲漏地點及數量、緊固件扭矩和膠結接頭的外觀檢查數據，由此得到的無縫線路動態和靜態綜合數據可用于無縫線路養護維修工作管理。

3.1.3無縫線路維修作業數據

維護維修數據詳細記錄了維護操作標準、維護計劃和維護操作（包括日常操作和緊急維護操作）的工作內容。維護維修計劃分為詳盡的日常維護計劃，可操作性較強的月度維護計劃以及宏觀年度維護計劃。根據工作要求，各工務段在進行維修后要進行工作記錄，內容包括進行維修的日期、維修路段、軌道溫度、進行維修的項目作業內容，以及維修之后由專業人員驗收的線路檢測數據。

3.2無縫線路工務管理的數據信息分析

3.2.1無縫線路工務管理數據屬性

通過對哈爾濱局集團公司哈爾濱工務段的濱洲線進行現場調查，分析了無縫線路的全部數據的內容屬性。

（1）無縫線路在鋪設結束后形成的穩定數據（竣工數據）

無縫線路換鋪或者新鋪結束后，由設計、施工單位形成的初始數據，也就是竣工數據，是現在全路無縫線路管理工作中不可缺少的數據。竣工數據描述了無縫線路投入正式使用后在整個生命周期里的數據屬性以及技術標準。鋪設結束后，施工部門按照設計單位形成的初始數據進行作業。對數據檢測無問題后移交到設備管理和使用單位。移交后，一般是由鐵路局集團公司和基層單位分層管理設備。竣工數據主要由線路基礎數據和接頭數據組成，為了方便日后查閱一般采用圖片和表格的形式表現。

我們需要對線路的全稱（線別）、施工里程、日期、長度，所采用的鋼軌類型，以及曲線屬性、坡度、觀測樁等基本信息進行綜合統計，如表 3-1、表 3-2、表 3-3。

表 3-1 平曲線數據信

編號起點

里程終點

里程 a R 1 T L h

此處需要注明的是，a代表偏角角度，R代表半徑長度，1代表緩和曲線長度，T代表切線長度， L 代表圓曲線長度， h 代表超高；除超高單位為 mm 外，其余長度單位均為 m 。

表 3-2 觀測樁信息

樁號里程

表 3-3 接頭信息

線路名稱軌號行別里程軌型接頭類型

鋪設日期制作方式傷損紀錄處理日期處理方式備注

2）無縫線路檢測數據

無縫線路檢測數據指的是線路設備在服役期間通過人工日常常規檢查和儀器檢測得到的一系列數據。線路檢測數據在實際維修操作中發揮了重要的作用，可以得到準確的線路狀態數據，并通過一定的統計分析方法判斷線路狀態走勢，是及時的發現潛在問題的主要依據，同時也是做好預防工作及日常養護檢修計劃的基礎，更是無縫線路日常管理工作的主要內容［13］。我們可根據檢測結果得知無縫線路目前的狀態以及在近期出現各種問題的可能性，檢測結果數據也是無縫線路日常管理工作中重要的一環。基于檢測數據重要性，多次進行全面系統的日常檢測是非常有必要的，這樣可以使設備管理單位更好的及時掌握線路設備狀態。無縫線路檢測數據構成復雜，其主要包括手動日常常規檢測數據，上文重點分析介紹的軌檢車、探傷車檢測數據，另外還有軌檢儀、添乘儀、探傷儀等先進儀器檢測的數據。

軌道檢測車數據：軌道檢測車是無縫線路日常檢測中最常用的一種檢測方式之一，作為在動態檢測方法中的重要檢測方法，只有軌道檢測車可準確的檢測到軌道幾何尺寸，其檢測內容能夠記錄基本的軌距、里程、水平、高低等指標。按照規定，軌檢車每個月要對時速＜160km/h的普通無縫線路進行兩次檢測。雖然不同種類軌檢車產生的檢測數據有所不同，但最終得到的通常都是超限數據、公里數、曲線、TQI等數據和原始波形圖。軌道檢測車以.html格式提供各種詳細準確的數據報表，其中包括各種超限的等級、 TQI數據和公里數等。下面舉例列出了超限數據信息、TQI數據及不同型號軌檢車差異化數據對比，如表 3-4、 3-5、 3-6。

表 3-4 超限數據信息

位置超限類型峰值超限長度超限等級線形速度檢測標準

表 3-5 TQI 數據信息

里程超限軌向高低水平軌距三角坑 TQI 速度標準

左右左右數值超標

表 3-6 不同型號軌檢車檢測數據對比

車型檢測數據存儲方式檢測數據表現形式

三型文本文件報表

四型 SqlServer數據庫報表、波形圖（打印格式）

四型改文本文件報表

五型 .GEO文件、Access數據庫報表、波形圖（電子文件格式）

添乘儀數據：主要是用來檢測軌道水平加速度或者垂直加速度，實際應用于檢測水平加速度較多。該數據存儲在計算機中，形成二進制數據格式文件，文件中分為兩部分，一類主要是信息數據的概括內容，包含有檢測單位、項目名稱、里程、檢測日期等；二類主要是實際測量的各項數據值，包含有里程、水平加速度、垂直加速度等。但是在實際使用過程中由于狀況比較復雜，因此很多工務維修作業人員反饋檢測精度較低，所以添乘儀的使用范圍較窄，主要用于檢查線路大超限數據維修；目前無縫線路幾何形位檢測分析數據主要是依靠軌檢車獲取［14］。

鋼軌探傷車數據：由于列車在運行過程中，受到本身的自重和外部事物重力的影響，會對鋼軌形成一定的作用力，時間久了鋼軌會出現裂紋，甚至發生斷裂等病害，這是非常危險的。為了確保線路及運輸安全，提前做好鋼軌損傷預防是非常有必要的，目前各級工務維修單位可以使用鋼軌探傷車進行探傷作業，主要作用就是探測鋼軌兩側從軌頭到軌底各種類型的損傷以及程度，檢測數據可以直觀的反映在電腦中，同時對采集的數據進行處理，分析產生的原因、制定處理措施，并形成記錄報告。在實際用中為了校對鋼軌探傷車的數據會用鋼軌探傷儀復檢。

鋼軌探傷車不僅可以對鋼軌檢測還可以對焊接接頭位置檢測，檢測形成的數據直接傳輸到病害數據庫中，正線線路鋼軌探傷車作業基本頻率為 1 天/月，屆時探測數據發送工務管理部門。如下表 3-7，為鋼軌探傷車檢測采集的病害數據信息。

表 3-7 鋼軌探傷車探傷數據表信息

線名行別里程股別傷損

類型傷損

位置長度備注

軌檢儀數據：該數據由軌道檢測儀完成的，它的作用就是檢測軌道靜態幾何位置的數據，主要依賴人工檢查軌道線路。軌道檢測人員在對軌道進行檢測時，避免了傳統手工檢測的缺點，使數據檢測實現了信息化、集成化。軌檢儀數據采集間隔為 0.625m，可以實時檢測，存取方便，誤差非常小，精確度一般控制在1mm，其廣泛應用于線路靜態檢測中［15］。

軌檢儀重點檢測線路的幾何形位，其中包括軌距、軌向等基礎數據。軌檢儀還可以同時獲得線路的原始檢測信息和超限信息。按規定，每月應對線路用軌檢儀檢測兩次，假如本月有軌檢車檢測，那么當月就可以只進行一次檢測。如下表 3-8 為軌檢儀檢測的數據信息，表 3-9 為輕軌儀超限數據信息。

表 3-8 軌檢儀檢測原始數據信息

線名線編號行別里程軌距軌距變化率水平 20m弦方向

10m弦方向高低 2.4m三角坑 6.25m 三角坑線型檢測日期設備編號備注

表 3-9 軌檢儀檢測超限數據信息

線名行別里程峰值超限長度檢測日期

鋼軌探傷儀數據：鋼軌探傷儀主要應用于對單側軌道線路的人工檢查。可以檢測軌道的內部結構損壞程度。主要目的是對無縫線路鋼軌母材和焊接接頭傷損進行探測，并獲得病害數據。一般情況下，工務段作業人員會以每隔60天用鋼軌探傷儀對整個線路進行探傷一次，另外焊縫探傷則需每180天進行一次，而最終探傷儀檢測數據和探傷車檢測數據實現同步［16］。

人工日常檢測數據：日常人工檢查主要使用各種檢測的輔助工具（道尺、弦繩、直尺、測力扳手）對本區段無縫線路巡查，并采集線路的相關數據。其中對道床及斷面檢測、線路方向、鋼軌位移、以及扣件扭矩的人工日常檢測是無縫線路質量評價的主要依據，檢測結果也是評價無縫線路基礎狀態的重要數據來源。在獲得無縫線路鎖定軌溫和穩定性的直接數據中，鋼軌位移的檢測數據尤為重要，因此鋼軌位移量也是無縫線路日常檢查的重點。

檢測計劃：檢測計劃主要包括日計劃、月計劃、年計劃。以上計劃主要是指對無縫線路各種檢測計劃的編制，檢測計劃編制的主要內容包括幾個部分：一是計劃編號、計劃名稱、檢測項目、計劃類型、計劃單位等內容；二是執行單位、線路名稱、類別、車間、開始里程、結束里程、檢測人員、檢測設備；三是審批格式，包含編制人、審核人、執行人等內容。

（3）無縫線路養護維修數據

養護維修計劃：根據現有線路檢測數據信息的收集和分析，利用因果分析法找出線路病害的易發點和薄弱環節。為了消除這些病害及安全隱患，工務部及各工務段制定了對線路的養護維修計劃。主要包括集團公司工務部制定的年度維修計劃還有各工務段自己安排的日維修作業計劃、月維修作業計劃，其數據主要包含項目名稱、作業里程、計劃作業時間、作業單位等內容［17］。養護維修作業數據：主要是指由現場作業人員對線路綜合養護檢測的數據，其主要數據信息內容，如表 3-10 所示。

表 3-10 維修數據信息

線名行別起點里程終點里程作業軌溫作業內容

開始時間終止時間填報人作業日期鎖定軌溫備注

3.2.2無縫線路工務管理數據的特點

綜上所述，根據無縫線路檢測出的數據，經過數據的分析處理，可以總結出無縫線路數據的重要特性：

（1）數據的內容多。隨著經濟發展，無縫線路鋪設里程不斷增加，無縫線路軌道養護維修作業的數據采集量累計增多，比如，在日常軌檢車執行檢測數據時，每間隔 250 米采集相關數據，那么每公里采集的數據就會達到 4000 多條，以濱洲線正線舉例，線路的長度近 950 公里，根據檢測的距離，累計檢測一次的數據總數為 3800000 條，輸出形成文件大約為750M,根據要求年檢測進行24次的數據約為17.5G,然而除了軌檢車這一項檢測的數據量以外，還要分別使用軌檢儀、鋼軌探傷車等檢測手段對無縫線路進行檢測。所以，一年的無縫線路常規檢測數據量極大，所以其數據量大的特點要進行充分考慮［18］；

（2）數據差異性。各檢測設備的檢測數據不僅格式多樣，而且信息來源及數據信息內容具有異構性和多元性的特點，內容彼此差異較大。不同的檢測方式采集的檢測數據（各型軌檢車檢測數據、軌檢儀檢測數據、添乘儀檢測數據）在日常無縫線路狀態檢測中的區別性也非常大。

（3）數據缺乏統一的組織和管理。目前各鐵路局集團公司工務系統無縫線路檢測由于不同部門分別單獨管理，所以數據不集中，比較分散，在使用數據的時候具有一定的局限性，只是代表某一方面的信息，不能綜合考慮多種信息數據的影響，無縫線路工務信息管理系統為了起到決策分析的作用，就必須以現場實際維修工作需求為主線，結合實際將數據按照不同類別分開，集中分析結果，所以，對數據組織統一管理是系統實現的必要條件。

（4）雖然無縫線路各種檢測方式之間形成的數據信息存在不同的差異，但是彼此之間是有相互聯系和特定關系。無縫線路工務管理系統中的各項數據（包括竣工數據、檢測數據、以及養護維修數據）都是在線路對應的單元軌節上的信息（包括線路名稱、里程和單元軌節）基礎上進行關聯，如圖 3-1 所示。因此也成了各種數據統一管理、查詢、分析的實現基礎［19］。

圖 3-1 無縫線路信息管理系統數據關系

Fig.3-1 Seamless line information management system data relationship

3.2.3無縫線路工務管理數據的存儲

從上述內容可以發現，不同的檢測儀器和檢測方法所獲得的檢測數據是不一樣的，數據的格式和內容都會發生變化，其不同主要體現在：一種是電子數據，對于無縫線路竣工數據，將竣工數據整理成固定表頭形式的數據表格，系統讀取之后將其錄入到數據庫當中，而各種儀器檢測的數據需要通過各自系統讀取后，再經過二次整理成固定表頭格式的表格存儲到數據庫中；另一種是紙質文件數據，它是由作業人員在進行日常檢查和維修時人工記錄生成的，其檢測數據在檢查無誤之后人工將其錄入數據庫中。

3.3無縫線路工務管理檢測數據的統計分析方法

在獲取無縫線路的有關檢測數據后，可以采用相應的分析方法來進行分析，查看無縫線路中是否存在一些安全隱患，是否對線路狀態發展造成影響。檢測數據的分析處理是制定養護維修計劃的重要依據，目前我國主要通過時間、空間以及二者相結合的方法對各種檢測數據進行分析。

3.3.1空間分析法

無縫線路是空間的連續線路，其檢測數據包括了各種空間基礎信息，除了線路名稱之外還記錄了里程等信息，這是進行空間分析的數據基礎。在獲得連續的無縫線路檢測數據之后，可以做出相應的數據分析，基于線路名稱、里程的空間信息采用一定方法進行分析。

對一次檢測的全線數據按照工務段、車間、工區、里程、單元軌節為單位，對本單位的各種檢測數據做出相應的統計分析，統計的檢測數據主要包括探傷病害、鎖定軌溫、超限數據、公里扣分、TQI數據，通過分析結果掌握數據的變化情況，以此判斷線路是否存在不良狀態，及時掌握不良信息。

3.3.2時間分析法

在不同的時間節點對無縫線路進行檢測，會產生不同的檢測數據，可以客觀記錄和反應無縫線路不同時期的不同狀態，因此可以從時間的角度對檢測數據進行分析，研究線路不良狀態的發展趨勢，為制定線路維修檢測計劃提供依據。

時間分析法是對探傷病害、鎖定軌溫、超限數據、公里扣分、TQI數據等數據，以工務段、車間、工區、里程、單元軌節為單位，對前幾次各種檢測按照時間節點的變化做出統計分析，掌握數據隨著時間的改變的變化情況。

3.3.3綜合分析法

綜合分析法對檢測數據進行了空間和時間上的綜合分析，從綜合角度考慮了數據的歷史信息情況，它有別于單一的空間分析法和時間分析法，綜合分析法主要分析病害情況、掌握超限數據、公里扣分情況等，在不同的時間節點下分析里程變化的情況下其他因素的變化趨勢 [20]。

3.4本章小結

本章討論了常用的無縫線路檢測數據的分析方法，并且簡要介紹了各種檢測數據的分類和來源，為后續工作中檢測數據的使用奠定了一定的基礎，同時還介紹了檢測數據的不同特點。

第4 章無縫線路信息管理系統總體設計方案

無縫線路信息管理系統總體結構的設計是系統的重要組成部分，它可以對系統的應用效果產生決定性的影響。從我國無縫線路養護維修過程中記錄的檢測數據的不同分類、特點以及在實際操作對系統的需求來看，展開系統總體設計分析，以實現系統的總體設計目標。

4.1系統的需求分析

4.1.1業務流程分析該系統主要是用于管理無縫線路在使用過程中生成的不同數據信息，通過對哈爾濱局集團公司哈爾濱工務段的深入調查研究，并對上述單位一線維修養護人員的大量走訪，了解現場工作人員在作業時的實際需求，掌握無縫線路養護維修工作的具體業務流程，最終研究確定將該系統分為無縫線路檢測、質量狀態評價分析、線路維修作業、維修綜合質量評價四個方面的業務流程 [21]。這樣可以生成一個從線路檢測獲得線路檢測數據到對數據進行分析，從制定維修計劃到指導維修作業的閉環的管理流程，具體流程情況如圖 4-1 所示。

圖 4-1 無縫線路工務信息管理系統業務閉環流程

Fig.4-1 Seamless line work information management system business closed-loop process

（1）線路檢測主要是對無縫線路軌道幾何尺寸、鋼軌縱向位移、軌溫、軌距及扣件扭矩等重要數據通過設備檢測或人工檢查進行檢測，并將所有檢測數據錄入系統數據庫進行統一分析，進而通過數據庫實現對線路數據的實時管理。

（2）線路的質量狀態評價分析主要是通過綜合評價法，在獲得線路的檢測數據之后對數據進行分析，進而實現對線路質量狀態的評價，獲取線路中的不足之處，找出可能存在的病害情況，結合測定的軌道溫度，提出有關的作業建議，讓養護維修作業可以更好的進行，發揮了指導作用。

（3）線路養護維修作業指的是根據作業建議書的要求來維修線路，當線路存在缺陷處和可能發生病害地段時，可以進行重點維修，預防線路病害的發生，保證線路能夠良好使用。同時將維修數據進行詳細記錄，形成線路履歷臺賬。

（4）維修質量評價指的是維修作業進行完畢之后，選取最近一次的數據來分析出線路的質量情況，從而做出評價，判斷維修的成果，找出作業指導書的不足之處，并進行不斷的完善優化方案。

4.1.2功能需求分析

通過對無縫線路現場維修及管理工作的深入研究之后可以發現，無縫線路工務信息管理系統應解決以下功能性問題：

（1）竣工信息、檢測數據以及維修記錄數據應該進行統一的管理。因工務段、車間以及工區不同，所以各部門的檢測數據都是分開管理的，這使得上級單位無法及時的了解線路情況，從而也加大了檢測維修數據統計和分析的難度，無法實現數據的共享，歷史數據也難以找尋。因此在系統設計中需增加記錄線路的竣工信息、線路檢測情況以及維修數據等，通過系統對這些數據進行統一管理，從而及時掌握線路的運營情況，在這樣的背景下有助于進行無縫線路的狀態評價，做出相應的數據分析［22］。

（2）無縫線路的綜合狀態評價體系。目前我國一般采用 TQI 指數對線路幾何形位進行評價，但是這種評價方式卻忽略了無縫線路的道床及斷面、扣件扭矩、鎖定軌溫等情況都會導致無縫線路幾何形位及穩定性的改變。

（3）線路的養護維修過程中沒有利用大數據來提前進行分析做出判斷，無法通過分析歷史數據來判斷安全隱患的趨勢變化情況，缺少實時了解線路的狀態以及隱患地段具體情況功能，使無縫線路的“預防修”和“狀態修”無法實現，無法推動無縫線路工務信息化管理技術的發展，同時也缺少了對制定線路檢測及養護維修計劃的決策支持［23］。

4.2系統設計目標

經現場養護維修實際需求分析，該系統在功能的設計上應實現如下目標：

（1）實現竣工資料、設備信息及養護維修數據統一管理。將關鍵數據編寫在一起，進行統一命名、儲存，最終形成能夠實時反應無縫線路服役狀態的履歷臺賬數據庫，為無縫線路運營狀態評估及維修方案輔助分析提供基礎數據。

（2）實現對各種檢測數據的統計分析功能。無縫線路檢測數據包含有大量的檢測和養護維修作業數據，數據統計分析是實施無縫線路養護維修決策的可靠保障，本系統要實現對檢測數據和觀測數據以及傷損和作業數據的統計分析，極大的提高了歷史數據的利用，從而更加系統科學的掌握線路狀態變化規律及發展方向［24］。

（3）實現線路設備運營狀態評估和預警功能。根據線路的綜合質量狀態，同時參考線路的幾何尺寸以及位移變化，進而可以全面對無縫線路的質量狀態進行綜合評價，確保鐵路運輸安全。安全預警機制主要通過實時掌握鎖定軌溫的控制，有效預防斷軌及脹軌。

（4）實現維修作業指導功能，系統基于收集所有種類檢測數據，通過綜合分析線路質量狀態及病害發展趨勢，結合系統內的各項維修檢測標準及規定，自動推薦維修方案，輔助指導工務維修部門制定維修計劃，進一步強化“預防修”和“狀態修”這兩條不同的工作主線。

系統最終是為了實現對工務系統各層級數據進行統一管理，運用大數據模式，充分利用數據庫儲存所有檢測維修數據，方便各單位、各層級人員可以根據不同需求隨時隨地搜索有關數據，在分析有關數據的情況下對維修工作做出指導。

4.3系統設計思想

（1）無縫線路維修的信息化、智能化已經成為新時代鐵路高速發展的重要標志，工務系統的“數據化”是信息化維修的核心體現，因此數據的收集、分析及統計功能是該系統的核心所在，線路質量及設備運營狀態也是通過日常檢測數據為依據進行評估。所以高標準建立信息數據庫，對各種檢測、維修及原始數據進行統一格式儲存管理是設計該系統的首要任務。

（2）目前工務系統對線路的所有評估都是通過對檢測數據進行分析研判得出的，本系統可以利用數據庫中的檢測數據，智能的通過時間、空間及綜合分析法來判斷線路質量及運營狀態，系統會自動根據分析評價結果對線路病害地段及安全隱患較大位置進行維修作業指導［25］。同時該系統會主動結合不同的數據檢測結果和病害信息，分析出線路的狀態變化情況，并根據就分析結果做出預測，預測線路病害及安全隱患，可以對集團公司工務系統制定維修計劃提供科學輔助指導。

（3）工務系統的管理核心是把握線路服役狀態，確保鐵路運輸安全。要實現對線路質量狀態的實時掌控，就必須對無縫線路進行全服役周期管理，由系統針對不同線路形成獨立履歷臺賬，能夠讓維修作業人員及工務管理人員了解線路設備的歷史狀態及維修經歷，進而幫助管理人員系統高效的制定維修方案。

4.4系統總體結構設計系統主要功能是對無縫線路的作業數據和檢測數據來進行統計管理，同時還能對制定維修方案及計劃起到輔助指導工作。根據目前各鐵路局集團公司工務系統各管理層級不同用戶的管理權限不同、工作環境不同、工作時間不同、工作需求不同等實際情況，為了滿足各級用戶，特別是現場一線工作人員的數據信息管理需要，確保整個鐵路局集團公司的檢測維系數據能夠實時共享，因此在設計系統的結構是可以根據多層 B/S 結構做出調整，具體的結構構成如圖 4-2 所示［24］。

圖 4-2 無縫線路信息管理系統總體構架

Fig.4-2 The overall structure of seamless line information management system

結合信息管理系統的總體設計目標、設計思想及實際需求對系統進行分類，系統共設計 5 個管理模塊，分別是：系統管理、履歷臺賬管理、檢測數據管理、施工維修作業管理、狀態評價和輔助施工，系統的主體結構見圖 4-3 所示。

無縫淺路信息管理系統

圖 4-3 無縫線路工務信息管理系統總體結構

Fig.4-3 Overall structure of seamless line work information management system

數據作為該系統各項功能的串聯核心，上述五個模塊的功能實現均需要其作為基本支持，所有模塊之間雖然獨立但是不孤立，相互間的數據是實時傳遞的，通過數據作為媒介，所有模塊共同實現了對無縫線路的數據分析及項目管理，信息形成閉環流程，流程結構如圖 4-4 所示。

圖 4-4 無縫線路工務信息管理系統數據閉環

Fig.4-4 Sewing line engineering information management system data closed loop

4.5本章小結

本章對該系統的總體結構設計進行了重點介紹，通過分析系統主要需求及工務系統現場實際需要，進而確定系統總體設計目標。在整體設計結構上，對系統進行分類，共有五個管理模塊，分別是：系統與用戶數據的管理、履歷臺賬信息資料的管理、檢測數據資料管理、施工維修質量狀態管理、質量評價和指導維修管理模塊。

第 5 章無縫線路信息管理系統模塊功能設計

無縫線路信息管理系統主要包含 5 個綜合管理模塊，分別是：系統用戶管理、履歷臺賬管理、檢測數據管理、養護維修作業管理、狀態評價以及輔助施工管理。下面分別對各模塊中的功能及作用做詳細介紹。

5.1系統與用戶管理

（1）系統管理主要是對無縫線路工務管理數據庫的管理，其中包含基礎數據的字典管理以及數據的維護等內容。

（2）用戶管理功能模塊主要是管理用戶信息以及用戶密碼，避免系統安全漏洞，提升系統安全性。

為提升系統安全，保障數據的有效性，系統根據實際業務情況，針對不同層級的用戶設置了不同的權限，使其在規定權限范圍內可以查看、瀏覽數據。用戶名稱可以使用工務部、工務段和車間等各級管理人員的工號和單位名稱，而系統權限的設置范圍可以根據不同的業務續需求進行劃分，權限分為兩個等級，一是車間和工區管理人員的權限，只能操作本車間和工區范圍的線路設備觀測和施工數據，不能操作其他車間線路的數據；二是工務段管理人員的權限，能夠對本段所有的數據操作，包括統計分析，還可以制定各方面計劃，具體流程如圖 5-1 所示。

圖 5-1 用戶登錄流程

Fig.5-1 User login process

5.2無縫線路臺賬數據管理

無縫線路臺賬管理包含兩個管理模塊，既線路臺賬管理、接頭臺賬管理。該功能只有工務部管理人員有權限對全局線路數據操作，其他各級管理人員的操作范圍只限于本區段所轄里程。

（1）線路臺賬管理的主要功能是管理（包含對數據的導入、添加、保存、查詢、打印和刪除）無縫線路各單元軌節的線路竣工數據以及施工作業信息數據，如圖 5-2 所示。其中數據的導入就是把整理后的數據形成固定表頭，批量傳輸到系統中；日常運行過程中信息的數據增加就可使用添加功能，主要包含鋼軌換軌數據和養護作業的信息數據。

（2）無縫線路查詢履歷臺賬的方法是登陸系統，在系統中輸入需要查詢的路線名稱行別、單節軌號，點擊搜索該單元軌節，系統會自動顯示需要的數據信息。

（3）線路臺賬管理的內容主要是線路各單元軌節的基本內容的管理，基本信息主要存儲在數據庫的表中，表中包含基本的基本信息不但包含線路名稱、所屬工區、行別、軌節編號、鋪設日期、鋼軌類型、軌節起點里程、軌節終點里程，還包含鎖定軌溫、線路坡度、平曲線、以及觀測樁和養護作業信息。在根據養護計劃進行維修作業時，要填寫相應記錄，記錄有關脹軌、斷軌、鋼軌應力放散、大機養護及其他病害處理和鎖定軌溫檢查的內容，并由專門管理人員輸入到系統中，以便對作業項目的單元軌條內容查詢。

圖 5-2 無縫線路臺賬數據管理功能結構

Fig.5-2 Seamless line account data management function structure

（4）接頭臺賬管理的主要內容是管理（包含數據的導入、添加、保存、查詢、打印和刪除）無縫線路中各單元軌節的接頭數據以及接頭的施工作業信息的數據。其主要內容是線路各單元軌節接頭信息的數據，主要包括線路名稱、所屬工區、軌節編號、行別、里程、軌型、接頭類型、鋪設日期、傷損記錄、處理日期、處理方式、備注，其中要特別注意膠結接頭的夾板類型，在臺賬數據統計中要進行特別標注。

5.3檢測數據管理

檢測數據管理功能由 5個檢測管理模塊組成，其中不但包括檢測計劃管理、軌檢數據管理、鋼軌探傷管理，還包括觀測數據管理和檢測文件管理。

5.3.1檢測計劃管理

檢測計劃的內容主要內容是根據實際情況制定的工務日常檢測計劃，一般包含3種：年計劃、月計劃、日計劃。其分別由不同的部門編制，其中工務部或者工務段負責編制年計劃、月計劃；各車間負責編制日計劃。編制的依據主要是線路狀態變化和技術要求，同時還要結合實際考慮其他影響，最后綜合形成的檢測計劃并上傳到系統，根據各部門職責和權限審核，審核完后由相關單位組織執行［27］。

檢測計劃管理的內容就是通過規定流程程序，對編制的計劃進行整理、規范和審核的過程，包含對計劃的申報、修改、審核、執行，還包括對計劃的查詢、打印和刪除等功能。一般的流程是由對應的職權人員開展編制申報、審核簽字確認、檢測簽字確認。計劃編制后管理人員還可以按照計劃編號、線路名稱、計劃日期開展查詢，同時根據實際需求還可以按照時段對以前的計劃執行刪除。

5.3.2軌檢數據管理

軌檢數據管理負責軌檢數據的存儲、統計和分析，當多種軌檢設備完成對無縫線路的檢測后，將得到的經過設備處理的數據錄入數據庫，這其中既包括軌檢車提供的數據，也包括軌檢儀等設備提供的數據。工務段檢測負責人在每次的檢測工作完成后將檢測數據按照超限數據和檢測結果兩個模塊錄入系統數據庫，這些數據也為其他軌檢及維修工作提供了參考和依據［28］。

（1）軌檢車數據管理

本次研究基于空間與時間兩個維度視角，通過軌道質量指數（TQI）、公里扣分兩方面評價方式來對線路進行研究［29］，以便能夠便捷、迅速的體現出軌道線路情況并預測其將來時狀態。

從空間角度出發，對里程、行別、線路名稱等項目進行查詢，然后對某次線路檢測時得到的軌道質量指數（TQI）與公里扣分等數據進行處理，繪制出這些數據與里程相關的折線圖，以里程為橫軸觀測其變化［31］。

從時間角度出發，對軌節號、行別、線路名稱等項目進行查詢，然后對某兩次線路檢測時得到的軌道質量指數（TQI）與公里扣分等數據進行處理，繪制出這些數據與時間相關的折線圖，以時間為橫軸觀測其變化［32］。為了能夠對某部分區域線路的整體狀況一目了然，將工作區域、里程或線路名稱作為觀察點，然后對某次線路檢測時得到的軌道質量指數（TQI）進行查詢，分別以TQI 指數數值 10 與 15 作為分界點，繪出 TQI 值小于 10、大于 15 及兩者之間三部分值與所占百分比為縱軸，以 TQI 數值范圍為橫軸繪制條形圖，還可做成數據表格、報告，給維修方案的出臺奠定數據基礎［33］。

綜合分析，以線名、行別、里程或車間和工區為研究對象，對相鄰兩次線路檢測數據的各項目的總扣分值進行統計分析，以里程為橫軸，總扣分制為縱軸繪制折線圖，快速直觀展現兩次檢測各項目總扣分值的發展對比［34］。圖 5-3 中詳細繪制了軌檢車的具體數據功能結構。

圖 5-3 軌檢車數據功能結構

Fig.5-3 Track inspection vehicle data function structure

（ 2）軌檢儀數據管理軌檢儀數據管理模塊的主要功能有兩方面，一方面是提供對軌檢儀檢測數據的讀取、保存、查詢、刪除，另一方面提供對分析結果的報表打印。

數據查詢功能的主體項點包括：線名、行名、里程、軌節號、時間，通過這些基本項點可以提供對軌檢儀原始檢測數據以及超限數據的查詢，同時作業質量檢查也可利用超限數據在作業完成后同步實現。

5.3.3鋼軌探傷數據管理采用鋼軌探傷車或探傷儀檢查無縫線路鋼軌焊接口位置后，可以取得鋼軌相應的探傷資料（也就是鋼軌病害數據），這部分資料再經鋼軌探傷管理系統處理得到的鋼軌探傷數據庫，即可合理管理接收到的探傷數據，為制定維修方案提供數據支持［35］。可以依據現在實行的“工務探傷體制”，把鋼軌探傷分為兩個傷損管理部分，其內容分別是鋼軌傷損與焊接接頭傷損［34］。

（1）鋼軌傷損數據管理模塊的功能主要有錄入、儲存、查閱、消除、修復、打印及重復鋼軌傷損統計等等，模塊內的管理資料主要有：里程、線名、軌節號、股別、行別、軌道類型、損傷位置、傷損種類、傷損程度及作業帶班人員、車間、探傷日期與工區、修復與否等信息。

（2）焊縫傷損數據管理模塊的功能主要有錄入、儲存、查閱、消除、修復和打印鋼軌傷損等等，模塊內的管理資料主要有：里程、線名、軌節號、股別、行別、焊縫類型、焊縫位置、焊縫種類、焊縫傷損程度及帶班人員、車間、探傷日期與工區、修復與否等信息。

以線路名稱、軌節號、日期、種類及程度等項目為查詢關鍵詞，可在該模塊中對鋼軌傷損進行單項或多項查詢。

同時在鋼軌探傷數據管理模塊中，可將軌節、線路名稱、股別、行別等項目當作篩選要求，整理分析兩次及以上鋼軌探傷數據進行綜合統計，即可獲取鋼軌重復損傷的具體方位，同時能夠實現報表的生成與打印。

5.3.4人工觀測數據管理人工觀測數據基于單元軌節進行采集，主要采集方式由車間和工區作業人員現場記錄于紙上，后期將紙質記錄輸入系統時，選定軌節號碼就可以填入觀測到的數據與日期，人工觀測數據系統的功能主要有數據的錄入、儲存、查閱、消除和報表生成，還能夠依據錄入數據算出單元軌節的隸屬度，同時還具備鋼軌位移及鎖定軌溫管理功能。

人工觀測數據的采集內容主要由以下四個部分組成：

（1）線路幾何形態位置檢測部分，將線路基本單位定為100米，彎曲失度/是通過弦量（l=10m）測得的（曲線失度的應測值=曲線半徑一標準正失值）；

（2）道床和道床斷面的檢測部分，同樣將線路基本單位定為 100米時，需要記載翻漿冒泥現象出現頻次及地點；而將線路基本單位定為25米時，則需記載肩寬欠足、道砟豐滿處數值等道床斷面信息；

（3）縱向位移檢測部分，這部分主要基于固定區的觀測樁（用于觀測鋼軌縱向位移）進行錄入的。

在將鋼軌縱向位移錄入以后，通過系統的“鎖定軌溫計算”功能即可得出該部分單元軌節的平均鎖定軌道溫度及其觀測樁之間實際鎖定軌溫，同時可將這部分數據存入到系統內［36］。

同樣在該模塊中，可通過檢測數據自動繪制觀測樁之間實際鎖定軌溫與時間、里程的折線圖［37］（其中以時間或里程為橫軸）。

（4）扣件扭矩檢測部分，主要是檢測單元軌條內 100 個扣件扭矩，將失效的扣件扭矩數值錄入［38］。

5.3.5檢測文件管理

該管理模塊的主要功能是錄入、儲存、查閱、消除檢測文件，儲存的文件涵蓋從上到下整個行業范疇（主要包括總公司、集團公司工務部、各工務段三個層級），并形成知識數據庫以便于工務管理及作業人員查閱、使用。對于無縫線路的全部檢測數據，存儲格式統一規定為：線路名稱\檢測日期\股道\檢測方式\檢測始終里程\數據。

5.4施工維修作業信息管理

每個區段由專人分管，在責任區域里，對數據進行整理錄入。而非該區域的管理人員只能查詢、使用數據。

施工作業中進行維修的信息管理，主要工作內容是日常維護線路，突發故障緊急維修，管理坐標庫以及制定計劃等。

5.4.1施工作業信息管理

施工作業中涉及到的信息管理主要有保存、作業添加、刪除、查詢和信息統計等功能，具體分析如下:

（1）對現場維修中產生的數據的相關保護性操作即作業添加，主要是現場維修人員對作業數據的存儲記錄，涉及到的內容有維護對象的項目信息、名稱、操作時間、線別、維修里程數、鎖定軌溫及作業時的軌道溫度、操作人員名稱等，主要記錄內容是對病害線路的維修過程記錄，目的是使工務維修及管理人員及時了解線路的病害情況及病害處理方式等［39］。

（ 2）作業信息查詢功能：通過在系統中輸入關鍵字，可實現查詢操作軌節號、操作時間、名稱、行別等相關信息，并匯總報表。

（3）對維修作業數據進行統計分析，主要是在日常養護、對故障的緊急處理及相關數據的分析，通過統計得出相關結論，從而對經常需要維修養護地點及時間范圍進行預判，給以后工作提供參考。在線路日常養護中，通過分析換軌情況、道床清篩、鋼軌維修及應力放散的數據得到的不同比例系數，對以上數據進行綜合判斷后，有助于下階段制定維修計劃［40］。進行數據分析時，可按時間和項目進行分類統計，按時間分類是指設定一段時間，統計期間所發生的各種作業的比例，并以時間為橫坐標，以該項作業量在總作業中所占比例作為縱軸繪制柱形圖；而后者繪制的是各作業比例的餅狀圖，以上兩種形式都能制作報表，從而輔助指導維修計劃的制定。

5.4.2施工作業標準管理在維修過程中，操作技術文件的保存是作業標準管理的重要組成部分，各鐵路局集團公司工務部及各工務段應整理相關規范和標準，并制作規范表格，錄入系統。這些數據形成一個維修數據及作業規范知識庫，并且能夠添加信息、查詢數據和刪除信息等，操作人員可通過知識庫查詢所需要的數據。

5.4.3施工作業計劃管理在制定無縫線路維修計劃時，需要根據其特征和質量情況來綜合評定，分析其發展趨勢，判斷各種病害情況，準確掌握線路薄弱地點，并結合其鎖定軌溫，判斷無縫線路的綜合情況，以此為基礎制定日計劃、月計劃、年計劃，進而指導維修工作的進行［41］。維修計劃的主要功能有計劃的編制、申報、審批及計劃執行等，在進行各項工作時，相關人員都需要進行簽名留檔。

每個區段的相關管理人員需編制各自的維修計劃，并報送本區主管或上一級的主管部門進行審批，再下發給相關人員執行維修計劃。同時要注意的是，線路綜合情況、鎖定軌溫、施工數據統計結果等都是編制維修計劃的依據，在編制時應綜合進行考慮。

5.5狀態評價和輔助施工管理該模塊的功能主要由以下三個子模塊項目構成：一是無縫線路綜合質量情況，二是鎖定軌溫預警，三是輔助施工。

5.5.1無縫線路質量狀態評價對無縫線路進行質量評價主要是單個項目的分析和對線路的綜合分析兩方面。在對無縫線路質量進行分析評價時，首先服務器中要有檢測數據，能夠提供以下幾

方面的數據查詢：（1）分析線路的方向（2）分析道床及斷面（3）分析縱向位移（4）析扣件扭矩。此外還要對以上四個方面進行隸屬度計算，此時評價無縫線路情況就可以選擇被分析的線路軌節號，自動得出四組數據，通過分析得出隸屬度［42］。選擇某一項進行單一評價時，則可很快得出針對四個影響因素的評價，可通過數據分析得出優、良、合格、差的比例，進一步點擊綜合評價，可以得出綜合情況的結果，也可用優、良、合格、差的比例表示，系統可做出分析項的報告，給管理者和操作者提供參考。

根據以上結果，可直觀看出哪些線路情況不良，通過對單項結果報表的分析、軌檢車提供的數據和輔助施工相關信息等可指定維修計劃，優先維修狀態不良的線路，使其盡快恢復良好，達到使用條件，確保行車安全。如下圖 5-4，給出了對無縫線路分析評價工作的流程。

圖 5-4 無縫線路質量狀態評價流程圖

Fig.5-4 Seamless line quality status evaluation flow chart

5.5.2無縫線路鎖定軌溫報警保持無縫線路鎖定軌溫符合相關規定，才能使線路狀態處于最優狀態，這也是保持線路穩定處于狀態的基本工作。所以應在系統中實施對鎖定軌溫的預警，如表 5-1，給出了鎖定軌溫報警規則。

表 5-1 報警觸發條件

報警類別報警原因報警規則

實際鎖定軌溫超限實際鎖定軌溫超岀設計鎖定軌溫

鎖定軌溫超限左右股實際鎖定軌溫差超限左右股實際鎖定軌溫差值＞5 °C

區間內最低最高鎖定軌溫差值超限最高最低鎖定軌溫差值＞10C

系統能夠實時監測數據，根據結果判斷是否觸發報警，在 5.3.4 節中給出了人工監測的數據的分析管理，數據庫中也已包含各區段軌道的鎖定軌溫情況。因此，在這個窗口中點擊鎖定軌溫預警，可在系統中搜索出各個區段的軌道情況，一旦達到報警限值，用戶即可在窗口中看到報警通知，并且知道原因和發生區域，有關人員可立即做出處理，保證線路穩定［43］。

5.5.3無縫線路施工輔助施工管理

無縫線路的維修施工輔助管理，可以把單元軌道作為關鍵字輸入系統，對輸入信息進行確認，系統可自動搜索當前軌道的鎖定軌溫實際情況，再輸入此軌道的當前軌溫（作業軌溫），系統可計算出二者之差，系統將自動根據本次溫差與數據庫中的標準進行對比，從而得知在當前條件下需要進行的作業內容，做出報表，用戶可打印數據，方便分析。通過系統計算出的單項影響因素，再結合軌道檢修車給出的數據及維修建議，對線路維修做出合理建議和指導［44］。

如圖 5-5，給出了無縫線路輔助作業指導方法。

圖 5-5 無縫線路輔助作業指導方法

Fig.5-5 Seamless line auxiliary operation guidance method

5.6本章小結本章內容主要是對無縫線路信息系統整體做出分析，并詳細介紹了各子模塊的功能，逐一說明了各個模塊的子功能。

第6 章無縫線路信息管理系統的實施保障措施

6.1系統網絡

6.1.1網絡結構

無縫線路信息管理系統的網絡涉及四級工務部門，包括鐵路局集團公司、基層段、

車間及工區，如圖 6-1，為系統網絡相關的結構示意圖。

當前，鐵路總公司已經把全路計算機網絡聯通工程按層級搭建組建，主要結構包含：鐵路總公司、鐵路局集團公司、基層站段，分為內部服務網、安全生產網以及外部服務網三部分，實行局域網的邏輯分離。為保障信息和網絡安全，各鐵路局集團公司建設了保障計算機安全的網絡平臺，目前，哈爾濱鐵路局已延伸各網絡至工區和車間，實現了工區、車間和基層站段（橋工段、工務段、高鐵段、大修、工務機械段）網絡互聯。

為了實現辦公所在地和工區（車間）信息的交互，各基層單位搭建了小型局域網。可基本實現移動工區、移動車間數據的實時上報，采用無線方式接入到內網服務器時需通過鐵路網絡的安全平臺。

6.1.2網絡帶寬

（1）基層段到達鐵路局的網絡，建議網絡速度大于20M,理想的網速是大于50M, 帶寬可以是已有的鐵路網絡通道。

（2）工區、車間接入網速的要求不低于 10M， 20M 設為理想網速。

（3）實現工區和移動車間的無線接入，進入到鐵路移動傳輸平臺的方式是公共移動網絡，然后利用安全平臺接入到內網進行數據匯總。

6.1.3數據傳輸方案鐵路內部網絡可以起到檢修、保養和維護三種數據的傳輸作用，為了共享無縫線路的生產維修信息，鐵路總公司、各鐵路局集團公司傳輸交互數據時可利用 MQ 通道進行完成交互［45］。

6.2系統的安全

6.2.1安全等級由于部署無縫線路信息系統位于鐵路內部網絡，因此應參考設置安保二級系統部署于此系統。設計和實施系統安全保障方案時，還應該綜合考慮系統平臺的安全方面：如系統網絡的安全、安全應用、信息的安全以及安全維護等各方面因素［46］。

6.2.2網絡安全鐵路局機房內的基礎網絡設施，如鐵路局集團公司的應用服務器、數據庫服務器以及存儲設備等，都應該納入現有的鐵路局安全平臺、防火墻之內［47］。

在處理工區、車間野外巡查、移動辦公產生的數據時，應利用手持移動終端，采用無線接入連接方式。相關數據進入相應鐵路移動傳輸平臺（MTUP）的通道是公眾移動網絡，在平臺（MTUP）匯總后接入內網，使無線移動終端與集團公司主要服務器之間的信息交互變成現實［48］。

6.2.3系統平臺安全

加強系統平臺安全應考慮下面幾點：

（ 1 ）加固系統安全設置好口令、帳戶登錄、權限配置等，禁止交互式的賬號登錄，同時設置啟動系統安全審核功能，使系統安全得到進一步保障［49］。

（2）安全穩定的服務器為預防單點故障，部署方式采用集群模式，有效防止由失效的單臺機器引起的切換影響系統穩定。

（ 3 ）病毒預防體系新病毒代碼的實時更新，阻止病毒的傳播，并及時接入鐵路局集團公司病毒庫。

6.2.4信息安全

（ 1 ）系統備份與恢復備份系統時可以把備份系統設置于鐵路局級系統內，備份原則應遵循如下規定：主機數據庫增量備份要做到每天一次，服務器全系統增量備份要做到每 7 天一次，這樣可以基本確保系統的安全性及數據全面性得到保障。

系統備份的作用是，恢復系統故障程序的啟動的同時，不會削弱系統的保護作用。使用系統故障的恢復程序有以下兩種方式，第一種是自動恢復方式，無人操作時，中斷的服務器可以恢復計算機系統至安全狀態；第二種是手動恢復方式，恢復計算機系統至安全狀態的操作方式需采用人工操作。

（ 2）數據傳輸安全數據加密技術適用于安全性級別高的數據傳送。加密系統的應用層，也就是把加密功能增加到系統軟件中，數據傳輸前要進行加密處理。同時增加解密功能于接收應用軟件，對接收的數據進行解密，使數據的保密性、完整性和可用性得到有效保障。

6.2.5應用安全應用安全涉及系統的實際應用，所以我們要細化控制授權到所有操作步驟中，對權限進行控制時要通過系統的所有功能模塊，使系統的可靠性和安全性在應用層面得到保證，下面是系統保證用戶操作權限的機制［50］。

（ 1 ）控制系統的應用安全開發系統應用軟件時要依據安全性標準，確保對話級、錄入級以及事務辦理級不存在安全漏洞；組成系統的自動恢復功能要良好，確保受到攻擊時系統運行正常，數據不被破壞。

（ 2）數據具有統一性數據同步機制，使基層數據保持統一性，支持不同層級上基礎數據的同步鎖定和更新。

（ 3 ）控制權限訪問安全登錄入口統一化：構建用戶登錄密碼和賬號體系。權限管理統一化：權限管理應用于系統所有業務的功能操作，用戶如果沒有權限是不可能進行數據操作的，所有頁面操作都受權限的控制。

處理日志存儲：全程跟蹤數據處理過程，建立與數據操作日志有關的存儲功能，主要針對頁面級數據用戶的刪除操作、增加操作以及修改操作。

管理的分級化：系統要設置普通的分級管理員和超級管理員，使系統實現分級管理業務功能操作的有關權限和權限配置。

用戶訪問數據庫的設置要根據數據訪問的有關要求進行設定，而且要設置修改、查看、更新、刪除權限，確保業務數據修改的順利進行。

驗證客戶端的方式要得到支持，尤其是對移動作業工區的客戶端的支持，驗證用戶身份時可使用 USB key 等方式。

（4）利用基礎平臺進行監控

在鐵路局級層面，對中間系統和數據庫運行狀況進行監測時，利用鐵路局的 ITSM 系統，監控系統的狀態參數，如網絡流量、系統 CPU 的利用率、硬盤空間等，只要報警信息出現，立即通知有關人員并采取相應措施。

6.2.6維護管理安全

（1）物理環境安全

對計算機主機機房有相關的要求，要求達到防火、防雷、防水、防靜電、防潮以及控制溫濕度的有關標準。避雷設備要設置于機房內部，使用避雷電源、使用防火門、防火玻璃等防火材料隔離機房內各區域，要求所有建筑用料必須采用耐火隔熱材料。機房內的消防系統要具有自動檢測及自動滅火性能，實現火情監測、報警、滅火的自動化。同時還要把監測漏水的系統安裝于機房內，實現機房防水報警和檢測；安裝機房專用空調控制機房內的濕度和溫度位于合理的范圍內。機房內的地板要具有防靜電性質。機房的供電系統應是不間斷供電系統，保護供電系統安全，條件允許的情況下可以適配備用電源。

（2）運維管理制度

規章制度：為了使系統穩定安全運行，運行維護部門要制定相應的應急預案和管理維護制度，明確流程。

值班制度：運行值班制度是運行維護部門要實行的制度，工作人員要保證對系統的實時監控，一是要認真填值班日志，一旦出現問題，及時科學的處理相關問題；二是要遵守交接班制度，交接清楚遺留問題、重點工作和注意事項；三是嚴格遵守信息系統管理的分析制度，分析各系統日常運行情況的有關記錄，總結研究最后形成改進方案。

技術手冊：技術手冊是運行維護部門應該配備的基本規章，其主要具有包括系統的操作、硬件設備、網絡、軟件、數據庫和應用程序等相關指導作用。同時對系統的基本狀況進行簡潔易懂的描述，例如使用、配置、技術支持對象、擴展接口等信息。通過技術手冊可以獲取運行維護的基本信息，也可以獲得上級技術人員的聯系方式。

6.3系統的維護管理

6.3.1組織機構

為了使系統運行維護管理質量與效率有所提高，必須要設定有序的管理方法和統一的管理流程，并且遵循有序統一的運行維護管理模式并制定相應標準。系統運行維護管理工作由鐵路總公司與鐵路局信息技術部門共同負責，計算機維護

人員主要負責基層站段以及車間工區的計算機設備維護管理工作。系統應用與硬件技術支持采用所在鐵路局運行維護部門、應用軟件開發人員與軟硬

件供應商等三線解決方式。

6.3.2運維流程解決運行故障有兩種解決方案：一是運行故障發生后，系統人員一經發現，第一步要及時判定發生故障原因，要及時通知相關技術支持團隊進行處理；二是如果是用戶發現運行障礙，可以撥打熱線技術支持電話，運行障礙的相應問題會由技術支持團隊進行解答和處理，具體技術支持分工如下：

（1）一線支持主要負責維護管理，其中包括操作系統平臺、網絡、數據庫等，基本的應用系統、運行以及硬件設備的維護管理也是由一線支持負責。

（ 2）系統實施部署、應用軟件問題解決、應用培訓以及應用系統升級等相關問題都是有二線支持。

（3）基礎平臺的軟硬件技術相關問題都由三線支持負責解決。

結論

在當今經濟實力不斷提高的影響下，鐵路客貨運輸量不斷增多，我國鐵路呈現大規模新鋪和換鋪無縫線路的整體趨勢，哈爾濱局集團公司管轄內線路由于重載貨車的增加以及客車的不斷提速等原因，致使軌道線路狀態不斷惡化，鐵路工務維修部門的維修工作量也隨之大大增加，另外鐵路無縫線路養護維修工作與鐵路運輸需求之間的矛盾因為現代化不斷發展的行車組織，不斷縮短的車間距，不斷提高的行車密度而變得日益突出。為了科學保存無縫線路檢測和施工作業數據，提高工務部門養護維修的工作效率，所以通過積極查閱無縫線路在檢測、評價、維修作業等方面的標準以及對工務管理部門的調研后，形成了無縫線路信息管理系統的研究方法：一是檢測和檢查獲得無縫線路的數據，對無縫線路綜合質量狀態和軌道質量狀態進行評價；二是進行系統的需求分析；三是積極提出系統的研究目標和總體結構設計，并在最終爭取實現功能模塊設計的成功。

本論文目前的研究成果如下:

（1）設計了無縫線路履歷臺賬管理功能，對其生命周期進行管理，另外還實現了線路以及焊縫的履歷臺賬管理，其中包括查詢和儲存無縫線路單元軌條竣工數據和維修作業數據；

（2）設計了無縫線路檢測數據管理功能，統一管理檢測數據，對檢測數據進行存儲和統計分析；

（3）設計了無縫線路養護維修作業管理功能，總結養護施工后的檢測數據，利用數據對養護維修工作評價檢查施工質量。而綜合養護維修計劃的獲得可以通過對線路檢測數據的評價得以實現，進而達到輔助施工指導；

（4）設計了無縫線路方面的質量狀態評價和輔助施工指導，通過無縫線路檢測數據分析可以對無縫線路狀態進行評判，從而獲取線路和軌道的薄弱處以及超限處；另外通過鋼軌位移可以直接計算鋼軌鎖定軌溫，根據相鄰鋼軌的實際鎖定軌溫之間的關系，積極對線路施工和鋼軌應力放散進行施工指導。

論文研究后續研究與缺點：

（1）本論文缺少了對無縫線路的岔區研究，無縫道岔是無縫線路整個線路中的關鍵結構，它的穩定性對整個無縫線路的穩定性有極大影響；

（2）本論文采用通用的標準對無縫線路狀態評價方法和軌道質量進行評價，但是并沒有對其具體的狀態評價方法進行深一步研究；

（3）在本系統的功能模塊設計基本實現的前提條件下，對其進行初步的系統開發實現了部分功能，但還是需要對系統的總體實現進一步地深入探究。

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