石 琦 梁 奕 華寅飛

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高級工程師）

軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中智能報警功能的實現(xiàn)

石 琦 梁 奕 華寅飛

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高級工程師）

介紹了一種綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能報警的實現(xiàn)方法。它主要是通過對報警信號進行分類處理，提取有用的故障報警信息，將短時間內(nèi)連續(xù)發(fā)生、有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的一組事件信息進行綜合推理判斷，產(chǎn)生1條新的更有意義的報警；同時利用專家知識庫提供的事故處理方法可以實現(xiàn)事故的快速定位和處理。該方法可減輕值班員的負擔，對提高工作效率、減少事故的危害性、提高系統(tǒng)安全運行有重要意義。

軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；智能報警；專家系統(tǒng)

First-author'saddressNARI Technology Development Co.，Ltd.，210061，Nanjing，China

隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以及設(shè)備裝備水平的提高和監(jiān)控自動化技術(shù)的發(fā)展與應用，軌道交通領(lǐng)域的自動化程度越來越高，信息量也越來越大；相應地，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的要求，尤其是對報警信息處理能力的要求也越來越高。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一的軟硬件平臺、統(tǒng)一的人機交互界面，實現(xiàn)資源共享、互聯(lián)互通，可提高地鐵整體的運營調(diào)度管理水平［1］。然而，從目前已經(jīng)實施的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)來看，有一項很重要的工作沒有做。即：現(xiàn)場設(shè)備的所有信號已通過自動化系統(tǒng)采集上來，信息量足夠豐富，但沒有進行進一步的加工處理［2］。由于各種信號動作頻繁，致使值班員監(jiān)控任務較重，因此很容易遺漏重要告警信號。而延誤處理就會造成事故。一旦發(fā)生事故，動作的事件記錄又很多，值班員勢必眼花繚亂，無所適從，很難抓住重點，因而會影響事故的正確處理。為此，本文介紹了綜合監(jiān)控系統(tǒng)中智能報警的一種實現(xiàn)方式。

1 智能報警功能模塊及功能

專家系統(tǒng)是人工智能應用研究的主要領(lǐng)域，是一個具有大量的專門知識與實際經(jīng)驗的程序系統(tǒng)。它應用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬專家的決策過程，以便解決那些需要專家處理的復雜問題。專家系統(tǒng)一般可劃分為解釋型、診斷型、設(shè)計型、預測型、規(guī)劃型、監(jiān)視型、控制型、調(diào)試型、教學型、修理型、決策型及管理型等。本文中的專家系統(tǒng)是診斷型專家系統(tǒng)。

智能報警功能是綜合監(jiān)控系統(tǒng)報警功能的高級應用，有利于值班員及時找到發(fā)生故障的原因并采取有效措施。該智能報警功能采用模塊化設(shè)計思路，由定義、智能報警推理、處理報告等3個程序組成，具有實時性、實用性、易用性及開發(fā)性等特點。智能報警模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

智能報警功能模塊主要是通過對報警信號進行分類處理，提取有用的故障報警信息，將短時間內(nèi)連續(xù)發(fā)生、有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的1組事件信息進行綜合推理判斷。智能報警系統(tǒng)中的知識庫保存有各專業(yè)系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R。這些知識包括各類事故發(fā)生的原因以及處理措施。當短時間內(nèi)發(fā)生的一系列報警事件滿足事先定義的推理條件后，報警窗中的“推理報警”頁面上發(fā)出1條綜合的推理報警；通過該推

理報警可以查看事故發(fā)生過程及處理方案。該智能報警功能模塊不僅可以減輕值班員的工作量，而且還可以提高事故異常處理的準確性和快速性，保障系統(tǒng)的安全運行。該智能報警功能模塊可以用于軌道交通領(lǐng)域、電解鋁等多個行業(yè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)上。

圖1 智能報警功能模塊的結(jié)構(gòu)框圖

2 智能報警功能模塊主要技術(shù)特點及實現(xiàn)

2.1 技術(shù)特點

該智能報警功能模塊是在現(xiàn)有的綜合監(jiān)控平臺上開發(fā)的，實現(xiàn)了與原有報警子系統(tǒng)的完美融合；同時支持在線修改和增加新的智能報警，不會影響綜合監(jiān)控系統(tǒng)的正常運營。該智能報警功能模塊具有以下特點。

1）完善的跨平臺支撐軟件：Qt是一套跨平臺的界面庫，屏蔽了絕大部分與特定操作系統(tǒng)相關(guān)的接口；CORBA組件保證了網(wǎng)絡調(diào)用與平臺的無關(guān)性；采用標準C++語言，面向?qū)ο蠹夹g(shù)。標準C++的移植性很好，在不同操作系統(tǒng)下都具有良好的兼容性，與操作系統(tǒng)相關(guān)的操作（比如文件操作、目錄操作、繪圖操作、網(wǎng)絡通信等）均被封裝在公共的模塊庫中，對上層軟件來說是透明的、不關(guān)心的。這樣實現(xiàn)的一套軟件代碼，可在不同平臺上各自進行編譯。

2）消息總線：采用基于“發(fā)布/訂閱”模型的消息總線，實現(xiàn)在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下數(shù)據(jù)的可靠傳送。消息總線支持一個事件驅(qū)動模型，消息產(chǎn)生者和使用者都參與消息的傳遞。產(chǎn)生者發(fā)布事件，而使用者訂閱感興趣的事件，并使用事件。產(chǎn)生者將消息和一個特定的主題（Channel）連在一起，消息系統(tǒng)根據(jù)使用者注冊的興趣，將消息傳給使用者。

3）邏輯判斷和公式計算：智能報警推理中可以定義若干個觸發(fā)條件。通過這些觸發(fā)條件之間的邏輯運算結(jié)果可得出相應結(jié)論。智能報警推理中除了簡單的邏輯判斷條件以外，還有使用腳本語言來描述復雜的觸發(fā)條件。智能報警推理后臺服務封裝了lua腳本引擎模塊。該模塊可以訪問實時庫。也就是說，lua腳本可以以實時庫中的數(shù)據(jù)作為操作數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果判斷是否滿足智能報警推理中的觸發(fā)條件［3-4］。

4）推理技術(shù)：智能報警功能模塊采用人工智能的推理機技術(shù)。推理機針對當前問題的條件或已知信息，反復匹配知識庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問題求解結(jié)果。推理方式可以有正向和反向推理兩種：正向推理從條件匹配到結(jié)論；反向推理則先假設(shè)一個結(jié)論成立，然后再看它的條件有沒有得到滿足。在一個“短時間”內(nèi)，系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生多個事故或告警信號。這些連續(xù)發(fā)生信號是一個存在關(guān)聯(lián)的有機整體，稱為一個“綜合事件”。這個“綜合事件”必然是由某個事故或異常引起的。推理邏輯根據(jù)發(fā)生的“綜合事件”推理出發(fā)生了何種異常和事故，給出一個綜合的判斷和處理方案。智能報警功能模塊設(shè)定一個時間窗，是考慮現(xiàn)場信號經(jīng)自動化系統(tǒng)傳送到智能報警后臺服務存在時間上的偏差，即現(xiàn)場同時發(fā)生的幾個信號在智能報警后臺服務中接收的時序上是存在一定偏差的。這個時間窗就是解決躲過自動化系統(tǒng)信息處理時間，但又不能太長，否則沒有關(guān)聯(lián)的信號也會被并入這一“綜合事件”。時間窗一般可以整定為3～10 s，并可以根據(jù)現(xiàn)場運行情況靈活調(diào)整。

5）知識庫：知識庫用于存放專家提供的知識。智能報警功能模塊的問題求解過程是通過知識庫中的知識來模擬專家的思維方式。知識庫與智能報警功能模塊程序是相互獨立的，可以通過改變、完善知識庫中的知識內(nèi)容來提高其性能。智能報警功能模塊可提供完善知識庫的友好、簡潔維護界面。

6）關(guān)聯(lián)處理方案：智能報警功能模塊必須包含各個系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R，擁有類似人類專家思維的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。系統(tǒng)具備在較短的時間內(nèi)收集所有與事故異常相關(guān)的重要信號，推理出該異常事故，并關(guān)聯(lián)到該事故的處理方法，協(xié)助監(jiān)控人員及時進行準確分析、處理，并削弱事故對系統(tǒng)的影響，減少異常的危害性。智能報警功能模塊提供的事故異常處理方案可作為值班員良好的技術(shù)指導教材，與現(xiàn)場設(shè)備緊密結(jié)合，便于監(jiān)控人員熟悉設(shè)備、熟悉回路、熟悉事故及異常處理的方法。

2.2 程序流程

智能報警服務的推理過程如圖2所示。該服務

進程有一個線程接收消息總線的消息，當收到定義的推理報警中的任何一個觸發(fā)條件時就啟動推理流程：首先，從推理結(jié)果表中查找該信號可能會產(chǎn)生哪些推理結(jié)果；然后，依次針對每條推理結(jié)果，從消息緩存隊列中查找最近的記錄，看能否找到滿足本條推理結(jié)果需要的其他條件；如果不滿足則直接進行下一條推理，如果滿足則給出推理結(jié)果。如果推理條件中含有公式，在滿足所有除公式外的條件后再調(diào)用公式計算該條件是否滿足，公式計算條件也滿足后再給出推理結(jié)果。推理結(jié)果出來后并不表示推理結(jié)束，還需要繼續(xù)下一條推理，因為1個信號可能影響多條推理。

圖2 智能報警服務的推理過程

2.3 應用舉例

假設(shè)某綜合監(jiān)控系統(tǒng)中定義電力監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的“變壓器故障”，發(fā)生該事故的判斷條件包括：①相鄰開關(guān)分閘；②保護信號動作；③變壓器油溫Ⅰ＞80℃或油溫Ⅱ＞80℃。

上述條件①、②由普通的數(shù)字量點信號表示，在定義時直接定義各自的目標值就可以了；條件③是一個模擬量點信號描述的條件，需要通過公式來定義。該公式有2個輸入?yún)?shù)（In［1］為輸入油溫Ⅰ、In［2］為輸入油溫Ⅱ）。定義公式如下：

該智能報警推理中，當收到條件①或②的信號時啟動推理流程，當條件①或②都滿足后再調(diào)用公式計算條件③是否滿足；當條件③也滿足后，報警窗上將出現(xiàn)1條推理報警，即“變壓器故障”。點擊該報警可以查看該推理報警的詳細報告，其中記錄了相關(guān)事故發(fā)生的過程，同時列出該推理報警的處理措施。

3 結(jié)語

該智能報警功能模塊是在國產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)RT21-ISCS平臺上實現(xiàn)的。RT21-ISCS平臺已經(jīng)應用在南京地鐵2號線、北京地鐵房山線、北京地鐵9號線和6號線、重慶地鐵3號線等多個城市軌道交通項目上。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能報警功能模塊的建立和完善，不僅可以減輕值班員的負擔，而且當事故發(fā)生時可以實現(xiàn)事故的快速定位，同時利用專家知識庫為維修人員處理事故提供了有利條件。這對提高工作效率、減少事故的危害性，對系統(tǒng)安全運行有著重要的意義［5］。

［1］ 王開滿，張慎明，江平.軌道交通自動化監(jiān)控系統(tǒng)的特點及其發(fā)展趨勢［J］.城市軌道交通研究，2006（2）：1.

［2］ 楊帆，蕭德云.智能報警管理若干研究問題［J］.計算機與應用化學，2011（12）：1485.

［3］ Ierusalimschy R.Lua程序設(shè)計［M］.2版.周惟迪，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［4］ Ierusalimschy R，F(xiàn)igueiredo L H，Celes W.LUA：An extensible extension language［J］.Software：Practice& Experience，1996（6）：635.

［5］ 郭偉.電力系統(tǒng)調(diào)度自動化智能報警探討［J］.機械管理開發(fā)，2010（1）：64.

［6］ 葛鑫，蔡金，徐俊杰，等.城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動功能的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.城市軌道交通研究，2012（9）：122.

Implementation of Intelligent Alarm Function in URT Integrated Supervisory and Control System

Shi Qi，Liang Yi，Hua Yinfei

An intelligent alarm method in integrated supervisory and control system is introduced，which mainly classifys the alarm signals to extract useful information，then analyzes the correlative and intrinsic data within a short period of time to produce a more meaningful alarm.At the same time，this alarm method could achieve the rapid positioning and processing of accidents by using accident treatment methods provided by expert knowledge database，thus to reduce the attendant burden，improve the working efficiency and minimize the harm accident.In a word，this method has an important significance for the safety operation of the alarm system.

rail transit；integrated supervisory and control system（ISCS）；intelligent alarm；expert system

U 29-39

2013-02-30）