黄伟霞陈涛
河南大有能源股份有限公司铁路运输处河南义马472300
摘要：随着铁路工程项目的不断增多以及铁路工程建设信息化的不断深入，目前积累了大量的铁路工程建设过程数据，对于数据的有效利用逐渐成为铁路信息化发展的一个关键点。铁路工程建设是一个非常复杂的过程，过程中的每一个步骤对于整体工程质量都有着至关重要的作用。当前铁路总公司推行的铁路工程建设管理平台针对施工现场的各个环节数据进行记录，并对超限数据进行及时预警。本文就主要对大数据技术在铁路工程建设安全质量管理的应用进行了深入的研究，希望能够促进铁路工程建设整体安全质量。
关键词：大数据技术；铁路工程；安全质量
引言
由于铁路项目活动的生产过程极为复杂，且整个过程具有生产组织流动性、组织间相互协作、劳动密集型以及综合性的特征，对整个项目的项目质量管理工作具有很庞大的工作量，同时还需对各个专业有深入的了解。因此铁路总公司研发并推行了铁路工程管理系统对整个铁路工程建设过程进行信息化管理，利用各类不同的传感器对原材料、半成品以及施工现场的各项数据进行实时监控，随着铁路工程管理系统的不断推广，施工现场各个工作环节的信息化程度大幅提升，对现场施工的各项数据进行收集并归档，为以后的质量管理留存数据依据。
1.数据预处理
1.1数据预处理流程
数据预处理工作主要是为后期的数据分析做准备，首先从海量数据中提取各个模块的可用特征，建立主题表，再将主题表中数据进行清洗。数据预处理工作应当让业务专家充分参与并制定具体的数据预处理策略。（1）抽取可用特征。铁路工程建设各模块表结构均比较复杂，各种中间表也很多，
提取可用特征，并将特征根据一定关系进行整合，最终形成少量的主题表。（2）制定数据清洗策略。针对各个模块所抽取出的可用特征，与相关业务专家讨论制定具体数据有效性条件，以及有效数据所处大致范围，并结合通用数据清洗技术，制定具体数据清洗策略。（3）数据清洗。对上一步所形成的详细数据清洗策略开展数据清洗工作，得到质量较高的数据，从而保障后期数据分析的准确性。（4）数据的统计分析。数据的统计分析是对采集到的数据的统计特征进行分析，同时还可以对数据进行概化以及规范化等操作，方便后期的数据分析。
1.2数据预处理方法
数据清洗主要是对测量数据进行去噪、剔除异常值以及缺失数据的插补。（1）对测量数据进行去噪处理，一般会采用平均值滤波、中值滤波等技术，当前发展较好的小波技术也常应用于滤波去噪，效果也较之前的集中滤波技术好一些。（2）剔除异常值一般采用固定的阈值、基于样本的阈值方法、LOF（localoutlierfactor，局部异常因子）异常检测以及聚类的方式进行异常检测。（3）数据插补技术当前发展较快，对于数据插补的技术研究也很多，应用广泛的技术主要是均值插入法、灰色关联分析法、时间序列模型插值法、以及神经网络差值法等。
2.混凝土质量分析
混凝土质量分析包含生产过程的分析以及生产完成后做试验是否合格，此处应用了试验室以及拌和站模块的数据，通过与业务专家进行交流，在拌和站以及试验室共40个表中选择盘信息表、压力机实验结果表以及报警信息表作为主表，并将其他表中的必要信息合在主表当中，形成便于分析的主题表，形成主题表的过程，其中黄色框中为系统原始表，绿色框为过程中临时生成的表，蓝色则为最终的主题表。基于上一步筛选字段的结果开展数据清洗工作，主要包含以下4个步骤的操作：
（1）处理空值：删除三个表中字段均为空值的记录，对于拌和机编码或生产时间字段空缺的记录将该记录标记为其他并单独列在一个表中，时间报警与材料报警为空值则代表未对报警情况进行记录，也将该记录标记为其他并单独列在一个表中。
（2）日期时间格式统一：检查所有生产时间字段的格式是否均为yyyy-MM-ddhh:mm:ss格式，若日期时间格式不正确，使用datetime.datetime.strptime()函数将日期时间进行格式化。
（3）删除错误字符：错误字符主要检查拌和机编码、时间报警、材料报警、混凝土抗压力值等字段，删除包含明显错误字符的数据。
（4）去除字段中明显不合理值：不合理值即为在业务逻辑背景下，一部分数据明显错误，就需要进性删除处理。
（5）对相同内容的不同描述进行整合：例如相同类型材料采用不同的名称，部分字段人为输入内容，相同名称也会出现部分错别字等，对这些字段进行整合。至此数据清洗工作全部完成，形成三张数据完整并且包含所有需分析的数据的表，为后期对混凝土质量进行分析奠定了数据基础。
3.隧道安全状态可视化分析
现场测点返回的数据可以反映隧道的安全状态，测点在位移量超过事先设定的阈值时会发生预警，测点预警标准的设置是依据铁路总公司工程管理中心发布的《铁路隧道监控量测标准化实施细则》制定的，预警比率就是各个测点预警的次数除以测量的次数。从现有数据中对全路的隧道安全状态进行整体的分析，探索隧道安全状态与围岩等级、片区、时间等影响因素之间的关系。围岩等级是对根据岩体情况将岩体划分为具有不同稳定程度的类别，是围岩施工过程中选择施工方法、支护结构等的重要参考依据，隧道围岩专业中将全国分为七大片区，分别是华北、西南、华中、华南、西北、东北以及华东片区，对不同围岩等级和不同的片区围岩预警的情况相差较大。
4.隧道围岩超限情况趋势预测
隧道施工过程中监测是重要的一部分，对于监测数据的分析挖掘，发现其中隐含的规律，对于指导现场施工有着重要的作用，隧道施工中最主要收集的信息是隧道中各个测点的测量信息，每一个测点上一时刻测量的位移量值与下一时刻的位移量值之间存在着内在的联系，时间序列的系统分析理论可以对复杂系统的发展趋势进行拟合预测，尤其对于短时间的预测结果较良好，故将隧道中测点位移量的数据处理结合时间序列的分析理论具有重要的意义，为探索隧道中测点位移量变化趋势提供了一种新的手段。
5.结束语
随着铁路运营里程的不断增加，铁路工程建设也处于高速发展的时期，在越来越多的铁路工程开工建设的同时，铁路安全质量问题也越来越被重视，信息化是对铁路工程建设施工现场的各种情况及时收集并反馈的有效手段，信息化同时也带来了大量的测量数据，仅仅记录数据内容并根据固定阈值进行预警仅仅可以满足对当前施工现场的管控，然而随着数据的不断积累，数据存储的成本不断提高，对于历史积累的数据的应用逐渐变得重要起来。
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