朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现编程频道|福州电脑网

2024年6月5日发(作者：)

运营管理

朔黄铁路供电检测监测数据资产

全生命周期管理研究与实现

王永刚

，陶凯

，姜尚炎

，闫卫东

2.中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京 100081；

3.北京优炫软件股份有限公司，北京 100088）

（1.国能朔黄铁路发展有限责任公司，北京 100080；

摘要：为实现朔黄铁路供电检测监测数据资源的传输、归集、接入、汇总、加工、存储的全

过程管理，建立全流程、全生命周期的数据资产目录视图，基于大数据技术和数字化技术，提

供元数据标准规范，开展检测监测数据的接入归集、治理处理、接口共享、算法调度、监控统

计、高效存储等全生命周期研究，形成数据资源和门户目录。朔黄铁路将接触网基础设施台账、

检测设备和监测装置信息、检测监测数据和维修记录归集到供电检测监测数据资产管理系统，

形成数据资源目录，为数据监控和优化管理提供数据决策支持。

关键词：朔黄铁路；检测监测；接触网；数据资产；数据归集；分布式存储；分布式计算

中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）07-0110-07

DOI：

10.19549/.1001-683x.2023.04.19.002

1 研究背景

朔黄铁路紧跟时代发展要求，响应国家《交通强

国建设纲要》，积极推进数字化改革创新，并积累了海

量铁路供电检测监测数据，同时也研发了丰富的数据

分析服务。但伴随着数据存储和数据服务的高速发展，

传统数据管理方式已不能适应朔黄铁路数字化、标准

化和自动化发展要求，需要依照我国铁路供电检测数

第一作者：

王永刚（1981—），男，高级工程师。

通信作者：

姜尚炎（1993—），男，助理研究员，硕士。

据资产管理模式，通过对朔黄铁路相关内外部环境信

息的全面感知、泛在互联、融合处理和科学决策，构

建适合朔黄重载铁路的供电检测监测数据资产体系，

开展全生命周期管理分析应用，从而实现朔黄铁路供

电检测监测数据的资产化管理。

1.1　国外现状　

以信息化为主导的铁路供电运营维护从简单的单

机应用，逐步发展到涉及全路供电部门，覆盖了接触

网、电力等各专业，实现了利用信息化系统承载设备

台账、线路图纸、计划管理等功能。法国、德国、意

大利和日本都已基于本国的基础设施，建立了一套从

检测到数据分析再到养护辅助决策的标准体系。

E-mail：***************

E-mail：**********************

-110-

CHINA RAILWAY

2023/07

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

国外高速铁路根据自身运营管理体系，均有相应

的维修体系，以确保高速铁路系统在运营期间保持高

质量的运行性能。德国、法国等国高速铁路发展较早，

在接触网设计、施工、检修、维护等方面具有丰富经

验，国际铁路联盟也制定了高速铁路维修、诊断的相

关标准，如IRS 70002和IRS 70015等

［1］

，在供电设备

及接触网运营维护方面均有相应的规则和方法，包括

设计阶段维修要求、建设阶段维修要求、试验和运行

阶段维修要求、运营阶段检查和试验，以及高速铁路

各子系统全生命周期管理等。

运营管理

据，研发大数据技术跨平台多信源分析系统，构建多

维信息共享和多元数据一体化的管理系统。在大数据

应用方面开展了很多有效尝试，力求将牵引供电系统

打造成高效节能、智能化的运营系统

［3］

。但是，国内

外铁路基于大数据技术的供电综合数据资产化管理服

务平台还处于前期科研阶段，相关研究的参考资料也

较少。当前，铁路检修效率与检测质量间的矛盾等问

题日益突显，运营维护部门面临内部、外部情况也越

来越复杂多变，因此，研发铁路供电检测监测数据资

产全生命周期管理系统尤为迫切。

1.2　我国现状　

目前我国铁路变电设备维护采用的指导方针是预

防为主、修养并重，并坚持定时按保养周期检修的原

则

，

保证设备的安全稳定运行

［2］

。管理体制实行3级

管理，即中国国家铁路集团有限公司—铁路局集团公

司—站段；在铁路局集团公司供电段成立运营机构，

按一定范围承担设备维修、供电系统运营等技术指导

和监督职责；供电段下设的供电工区主要负责接触网

设备的巡视维护和应急抢修工作；变电所主要采用运

行和检修分开的管理模式，运行工作由供电车间负责，

检修工作由变电检修车间负责。

近年来，在牵引供电领域已开始整合各类信息数

2 供电检测监测数据资产管理系统设计

2.1　总体设计　

基于既有已运行信息化系统和供电检测监测业务

需求，铁路供电检测监测数据资产管理系统总体设计

见图1，通过车地传输、手工导入、在线传输等方式完

成高速弓网综合检测装置（1C）到接触网及供电设备

地面监测装置（6C）的检测监测数据归集，并通过数

据接口方式打通既有的施工系统、本安系统、天气系

统等在运行信息化系统数据，再通过智能算法调度平

台和数据服务平台完成供电检测监测数据资产管理的

分析和服务。

图1　铁路供电检测监测数据资产管理系统总体设计

CHINA RAILWAY

2023/07

-111-

运营管理

2.2　数据归集管理　

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

（2）数据归集治理。检测数据均由数据应用推送的

方式接入至平台，数据接入需利用数据归集接入功能选

择指定的数据接入源，选择对应检测数据的元数据标准，

填报其他数据接入参数信息后即可执行数据接入动作。

数据归集范围包括系统数据归集，主要涉及牵引

供电基础数据、检测数据、缺陷数据、故障数据和维

修数据，数据来源与内容见表1。

表1　数据归集范围

（1）数据归集接入。数据归集主要包含结构化数

据和非结构化数据归集2个部分，跟踪数据接入应用推

送至平台的结构化及非结构化检测数据，并实现对结

构化及非结构化检测数据的元数据补录

［4］

。可通过数

据源连接（JDBC/ODBC）、FTP协议、SFTP协议和

HttpServer方式进行数据归集。

数据类型

基础数据

数据来源

既有基础数据台账

数据内容

组织机构：组织机构、人员

线路基础：线路、区间站场、隧道、股道、锚段等

接触网设备：支柱、接触悬挂、弹性吊索、中心锚节、补偿装置等

1C：检测参数数据，含高度、硬点、高差等

2C：检测基本信息

3C：弓网受流参数数据，含燃弧次数、时间、燃弧率

4C：检测基本信息、检测几何参数（高度、拉出值、高差、水平距离）

5C：检测基本信息

6C：监测基本信息、监测参数信息

检测监测缺陷：1C—6C检测监测缺陷信息

跳闸数据，变电跳闸信息

接触网维修数据：维修计划、施工计划、工作票、维修台账、缺陷库

检测数据

6C数据中心

缺陷数据

故障数据

维修数据

6C数据中心

供电生产管理系统

（3）数据归集监控。针对创建的归集任务，对结

构化检测数据迁移总耗时、平均流量、写入速度等进

行监控；对非结构化检测数据迁移未处理条数、成功

条数、失败条数等进行监控

［5］

。包含结构化数据接入

监控及非结构化数据接入监控，结构化数据监控实现

对各接入应用推送结构化检测数据量监控；非结构化

数据监控实现对各接入应用推送非结构化数据接入过

程（未处理、上传中、成功总数、异常数量、已上传

数量）的监控。

（4）数据归集统计。统计归集系统接入的结构化

检测数据接入总数、读出总数、读写失败总数、字节

数、成功条数、失败条数和非结构化检测数据文件总

个数、成功总个数、失败总个数、文件总大小等信息。

联互通

［6］

。

2.3.2　数据存储服务　

（1）数据存储技术。根据朔黄铁路重载业务归集

范围和原始数据特点分析，系统需要存储多种类型的

数据，需要针对不同类型的数据提供相应的适合每种

类型数据的存储能力和存储类型，需要进行关系型数

据、分布式文件存储和对象存储，需要提供的存储能

力如下：关系型数据存储能力（Oracle数据库）；非关

系型数据存储能力（MongoDB数据库、Elasticsearch）；

非结构文件存储能力（SFTP）；分布式非结构化数据存

储能力（FastDfs）。

（2）系统存储架构。数据架构采用星型模式设计，

数据呈现为多维数据集模式，表类型可以分为维度表

和事实表，以及基于这2种表生成的宽表和汇总表。数

据资产从数据归集、数据治理到数据共享整个流程中，

为达到将复杂的问题简单化、减少重复开发、隔离原

始数据的目的，需要将数据分层存储，数据将分为贴

源层、明细层和集市层，以分层构造设计实现数据

仓库

［7］

。

2.3　数据存储服务　

2.3.1　数据结构定义　

数据结构包括基础数据、图纸图片数据、履历档

案数据、地理信息数据、标准规范编码字典、检测监

测数据、检修数据、远动监测数据、作业行为数据、

缺陷数据、故障数据、视频数据，将整个数据集中存

储在数据管理服务中心，并实现与其他专业数据的互

-112-

CHINA RAILWAY

2023/07

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

2.4　数据综合治理　

（1）数据治理需求分析。数据质量的好坏直接影响

数据智能分析与应用，进行数据治理时必须实现数据质

量的六大指标：完整性、规范性、时效性、有效性、关

联性、一致性。数据治理对象与归集范围包括但不限于

线路、区间站场、锚段、支柱、关键设备、缺陷数据、

检测数据、维修数据等。目前存在的数据质量问题，主

要有数据字段缺失、数据冗余、数据标准不规范等。

（2）数据治理实施。根据治理检验规则针对每类

数据编写数据清洗脚本，配置数据清洗调度任务。清

洗脚本和任务应包含数据检验、数据处理、数据验证、

运营管理

数据入库等阶段的全流程数据清洗脚本，能实现对导

入系统的各类数据进行清洗、整理、转换，最终建立

起规范的数据应用标准，提高数据质量

［8］

，使朔黄铁

路供电数据处于整体有序的状态。

（3）数据治理执行。通过平台调度数据清洗算法，

对接入系统的数据进行数据检查，检查结果形成数据

质量日志。根据数据检查的结果，若发现问题，针对

问题进行修复处理并验证结果，对无效数据打标签、

有效数据进行入库。对经过清洗、转换、稽核等操作

符合数据标准的数据，保存至平台标准库。供电数据

综合治理见图2。

图2　供电数据综合治理

2.5　数据共享服务　

依托数据访问服务以及平台数据归集内容，提供

数据资源管理服务平台数据接口服务，服务的接口数

据包括设备台账、检测数据、人员定位、维修记录。

接入和共享的数据由基础平台统一提供，包括主数据

（线路、行别、车站、组织机构、人员）和专业设备台

账。通过基础数据接口、人员定位接口、检测数据接

口、缺陷数据接口、故障数据接口和维修数据接口等

6种技术接口实现数据共享。

进行管理，建立标准库规则

［9］

。元数据规范包括通用

规范和业务规范，从而规范各业务系统结构化、非结

构化数据归集接入的数据，建立数据标准。

朔黄铁路制定元数据标准时，首先是提供元数据

通用规范、元数据业务规范的维护，通过元数据规范

来规范各业务系统结构化、非结构化数据汇集接入的

元数据。其次是对汇聚到该平台中来源于不同渠道的

各类数据进行统一规范，定义每类数据的属性名、属

性类型、约束等信息。

（2）元数据管理。针对业务元数据信息进行审核，

提升元数据质量。支持元数据的新增、修改、删除、

查询、审核等功能。元数据管理可针对接入平台的结

构化数据的元数据信息进行显示和信息补录，可基于

2.6　数据质量标准　

（1）元数据规范。朔黄铁路通过该系统对集中管

理的业务数据，包括基础设施、业务数据等建立数据

模型，平台通过元数据管理对数据模型的结构、规范

CHINA RAILWAY

2023/07

-113-

运营管理

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

元数据标准统计各数据来源的数据表数量和数据条目

数；可针对接入平台的非结构化数据的元数据信息进

行显示和信息补录，可基于元数据标准统计各元数据

分类信息的现状及完整度。

备、聚合服务器进行数据聚合，传输到地面数据中心，

实现数据的解压、解密及后续治理、分析等工作。

朔黄铁路基础数据包括设备台账、组织机构、线

路信息等，为实现数据互联互通，基础数据的标准

化过程由国能朔黄铁路发展有限责任公司（简称朔

黄公司）牵头各分公司配合，其中朔黄公司主要负

责数据标准化规范的制定，各分公司承担具体基础

数据标准化落地的执行；标准化的基础数据统一在

导入数据资源管理服务平台管理

［11］

，朔黄公司及各

分公司的具体业务系统按需获取所需要的标准的基

础数据。

业务系统数据通过标准数据归集功能将数据归集

到数据资源管理服务平台，实现塑黄公司对各分公司

管辖内业务数据的管控。供电专业业务数据主要集中

在检测、检修、试验等。数据归集处理流程见图3。

3 关键技术

3.1　数据归集技术　

朔黄铁路通过车地传输技术实现从车上到地面数

据中心的自动无线传输、自动解析入库、自动校验、

漏传提醒、自动重传等功能，并对检测数据进行汇聚、

清洗、处理、分析、共享等，为其他业务系统提供数

据支持。在现场信号设备维护中，对于车载设备的监

测主要由车载设备记录器和远程监控系统负责，地面

轨道电路的监测则由信号集中监测系统完成

［10］

。通过

数据采集设备、车载采集存储设备、车载无线传输设

图3　数据归集处理流程

3.2　分布式存储技术　

朔黄铁路供电检测监测数据资产系统分布式存储

技术主要使用的是HDFS文件系统。HDFS的关键组件

有2个：DataNode和NameNode。

将文件数据分割成若干数据块（Block），每个DataNode

DataNode负责文件数据的存储和读写操作，HDFS

储位置等信息，相当于操作系统中文件分配表（FAT）

的角色。

应用程序可以并行对这些数据块进行访问，从而

使HDFS可以在服务器集群规模上实现数据并行访问，

极大地提高了访问速度。

3.3　分布式计算技术　

（1）数据算法服务。算法注册用于动态注册符合

规范的MapReduce、Hive、Pig、Spark、Java、Shell、

Python、Matlab等形式的可执行代码，以类似插件的形

式为算法运行提供灵活的数据服务接口。算法服务接

口管理包括算法注册、算法分组、调用权限、自动更

存储一部分数据块，文件就分布存储在整个HDFS服务

器集群中，HDFS文件系统DataNodes中存储的数据分

片都是异构的

［12］

。

（MetaData）管理，即文件路径名、数据块的ID以及存

NameNode负责整个分布式文件系统的元数据

-114-

CHINA RAILWAY

2023/07

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

新、自动部署等功能。算法注册需要提供的数据参数

包括算法实现文件、算法依赖文件、方法描述、输入

参数列表及类型、输出参数列表及类型等信息，其中

包括异物识别算法注册和缺陷识别算法注册。

（2）算法任务调度。朔黄铁路供电系统对注册到

平台的算法进行定时的任务调度，包括任务的创建、

删除、暂停、恢复、执行等功能，并记录详细的算法

调用日志。创建算法调度任务时需要配置任务的名称、

执行参数、cron表达式等信息。系统可通过任务配置的

cron表达式定时执行算法任务，也可在算法调度管理中

手工执行某项任务。

（3）系统资源监控。对服务器的CPU、GPU、内存

等使用情况进行监控，并新增Java虚拟机（JVM）监

控，包括JVM占用内存、JVM空闲内存、JVM最大内

存等信息。资源监控可使用监控图例展示服务器各种

资源的使用情况。

运营管理

多分类展示供电等专业检测数据信息；在核心位置展

示预览各组织机构、各检测的数据统计信息；同时可

针对指定数据进行数据预览和下载，为朔黄铁路用户

提供快捷方便的数据检索下载服务。

（2）支持数据资产目录和展示应用。支持按组织

机构、检测专业、检测项目对数据资产目录进行分类，

也可通过默认分类直观快捷地展示资源，分类统计包

括检测时间区间、结构化数据总量、非机构化数据总

量

［13］

，并可根据资源分类列表查看资源条目的详情

页。数据详情信息显示系统元数据、通用业务元数据、

专属业务元数据，以及展示出数据结构，并支持非结

构化数据通过数据URI链接下载。

供电检测监测数据资产管理系统于2022年11月在国

能朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司上线试用，系

统运行流程顺畅，供电工队反馈良好，达到了预期效果。

4.2　数据资产管理效果呈现　

数据资产管理效果呈现见图4。该系统上线前，朔

黄铁路全线资料基本是纸质的、零散的、不可视的。纸

质资料会导致各工队和分公司领导查询不及时；零散资

料查到时未结构化会很费时；资料数据查到的结果不可

视，非常影响查询和决策效率及准确性。系统应用后，

实现了纸质资料电子化、零散资料结构化、无形数据可

视化，使朔黄铁路供电检测监测数据资产充分展示、数

据权责更加清晰，大大提高了查询统计效率，为组织决

策提供了可视化、精准化、科学化的数据支持和依据。

4 系统应用

4.1　数据资产管理应用　

基于数据归集、数据存储、数据治理、数据共享、

数据标准等总体规划设计，并通过数据归集技术、分

布式存储技术和分布式计算技术，实现了供电检测监

测数据资产全生命周期的管理和应用。

（1）支持数据资产搜索和分类应用。通过关键词

可筛选查询自定义的数据资产；系统支持按多系统和

图4　数据资产管理效果呈现

5 结束语

对朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期进行

研究，构建涵盖接入归集、高效存储、治理处理、算法

调度、接口共享等多个环节的全生命周期管理系统。该

系统在朔黄铁路应用实践后，大幅优化了数据存储和治

理能力，通过数据汇聚和共享接口提升了归集管理能

力，以统一的算法管控为数据分析服务提供了算力支

撑，形成了供电检测监测数据资产的资源目录和门户，

包含数据资产检索下载和接口服务，为朔黄铁路的精准

高效决策提供数据支撑，进一步促进了朔黄重载铁路的

自动化、智能化、数字化发展。

CHINA RAILWAY

2023/07

-115-

运营管理

参考文献

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现王永刚等

铁道建筑，2021，61（9）：147-150.

［8］郭剑峰，刘金朝，陶凯，等.铁路基础设施检测数据

综合治理技术研究［J］.铁路技术创新，2021（6）：

［9］张晓艳.分布式元数据管理系统的设计与

实现［D］.成都：电子科技大学，2020.

［10］王小东，赵华北，杨云国，等.基于数据融合的车地

传输信息安全综合监测系统［J］.铁道通信信号，

［11］邹丹.铁路主数据管理平台关键技术研究［J］.铁

路计算机应用，2017，26（1）：31-35.

［12］ EnjoyMoving.数据存储技术分布式篇［EB/OL］.

（2020-01-23）［2023-04-15］. https：//zhuanlan.

［13］潘鸣宇，王伟贤，张宝群，等.电力企业数据资产管

理体系研究与探索［J］.软件，2019，40（8）：

139-144.

/p/.

2022，58（11）.53-57，62.

110-117.

［1］陈源，霍保世，姚建伟，等.国际铁路联盟（UIC）国际

标准制定工作方法及流程研究［J］.铁道标准设计，

［2］酒国强.论铁路牵引供电设备检修运行［J］.城市建

设理论研究（电子版），2019（26）：49-50.

［3］陶凯，郭奇园，代春平.基于大数据的铁路基础设施

检测监测数据管理分析服务平台设计与实现［J］.

铁道建筑，2021，61（9）：147-150.

［4］陶凯，代春平，张煜，等.铁路基础设施检测数据处

理分析中心深化研究［J］.中国铁路，2018（6）：

［5］高金山，李银生.铁路供电故障预测与健康管理大

数据平台方案研究［J］.电气化铁道，2021，32（5）：

［6］刘巍，宫衍圣，侯启方，等.智能牵引供电系统关键

技术研究［R］.西安：中铁第一勘察设计院集团有限

公司，2020.

［7］陶凯，郭奇园，代春平.基于大数据的铁路基础设施

检测监测数据管理分析服务平台设计与实现［J］.

21-25.

85-92.

2018，62（2）：1-5.

责任编辑卢敏

收稿日期 2023-04-19

Research and Implementation of Full Life Cycle Management for Power Supply

Inspection and Monitoring Data Assets of Shuozhou-Huanghua Railway

WANG Yonggang

, TAO Kai

, JIANG Shangyan

, YAN Weidong

(1. CHN Energy Shuozhou-Huanghua Railway Development Co., Ltd., Beijing 100080, China;

2. Infrastructure Inspection Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China;

3. Beijing Uxsino Software Co., Ltd., Beijing 100088, China)

Abstract:

In order to realize the whole-process management of transmission, collection, access, summary,

processing and storage of power supply inspection and monitoring data resources of Shuozhou-Huanghua

Railway, this paper establishes a full-process and full life cycle inspection and monitoring data asset directory

view, provides metadata standards and specifications based on big data technology and digital technology, and

carries out full life cycle studies such as access collection, governance processing, interface sharing, algorithm

scheduling, monitoring statistics and efficient storage of inspection and monitoring data to form a data resource

and portal directory. Shuozhou-Huanghua Railway collects the OCS infrastructure ledger, inspection equipment

and monitoring device information, inspection and monitoring data and maintenance records into the power

supply data asset management system to form a data resource directory, providing data decision support for

monitoring and optimization management of inspection and monitoring data.

Keywords:

Shuozhou-Huanghua Railway; inspection and monitoring; OCS; data assets; data collection;

distributed storage; distributed computing

-116-

CHINA RAILWAY

2023/07

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现

发布评论取消回复

最近发表

相关推荐

标签列表

朔黄铁路供电检测监测数据资产全生命周期管理研究与实现

发布评论 取消回复

最近发表

相关推荐

标签列表

发布评论取消回复