王紅旗 張立國(guó)

摘 要：針對(duì)某地鐵列車車載狀態(tài)數(shù)據(jù)，闡述了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取和可視化的構(gòu)成要素和實(shí)現(xiàn)策略，基于VC++和MATLAB聯(lián)合編程，解決了大容量車載數(shù)據(jù)快速解碼問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了交互性全數(shù)據(jù)報(bào)表化，特性參數(shù)圖形化表達(dá)等功能，以列車車載數(shù)據(jù)為例詳細(xì)分析了列車故障提取、狀態(tài)分析的應(yīng)用，為地鐵列車服役狀態(tài)的詳細(xì)分析和數(shù)據(jù)掘挖提供了重要手段。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；數(shù)據(jù)后處理；可視化；狀態(tài)分析

列車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄是分析列車運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警、實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)估的重要手段，以某地鐵為例，車載數(shù)據(jù)記錄儀每200ms以串行通信方式獲取一次列車狀態(tài)信息包，容量可達(dá)700小時(shí)的列車狀態(tài)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)處理軟件主要針對(duì)不同專業(yè)的單一功能，較少涉及系統(tǒng)狀態(tài)分析，有必要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)專用數(shù)據(jù)處理軟件以挖掘車載數(shù)據(jù)信息，為列車狀態(tài)評(píng)估分析服務(wù)。

1 可視化分析軟件架構(gòu)與功能模塊

1.1 車載數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)可視化過(guò)程是實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)以直觀的，圖形化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)于用戶[1]，是連接用戶與原數(shù)據(jù)的中間環(huán)節(jié)，因此數(shù)據(jù)可視化分析需結(jié)合用戶實(shí)際需求及數(shù)據(jù)特征：即建立全面的數(shù)據(jù)管理體系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)列車狀態(tài)監(jiān)控；城軌列車的故障通常會(huì)以不同部件相同形式或同一形式由不同部件故障組合而成，因此需要能夠?qū)崿F(xiàn)高度自由的可視化以排查故障；實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障時(shí)刻數(shù)據(jù)的智能化處理，如故障的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和分類。圖1為基于用戶需求分析的功能框圖。

圖1 軟件功能框圖

1.2 軟件功能模塊

基于上述數(shù)據(jù)解碼及可視化策略，軟件架構(gòu)如圖2。軟件輸入為存儲(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，由解碼器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工并形成三種輸出形式：參數(shù)可視化輸出模塊、故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)。其中：軟件解碼模塊及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由MFC平臺(tái)搭建，繪圖模塊由matlab函數(shù)實(shí)現(xiàn)并編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)使模塊和核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊對(duì)接。故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊以及全數(shù)據(jù)報(bào)表生成采用OLE操作實(shí)現(xiàn)Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖表繪制，該方法是建立一OLE對(duì)象，并通過(guò)設(shè)定該對(duì)象的屬性和調(diào)用該對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)Excel操作。

圖2 軟件架構(gòu)

1.2.1 參數(shù)可視化輸出模塊。該模塊實(shí)現(xiàn)共6節(jié)編組列車全部88個(gè)參數(shù)的自由選擇繪圖，由于色差過(guò)于接近會(huì)導(dǎo)致曲線無(wú)法識(shí)別，因此限制最多可在一張圖中繪制17條曲線。根據(jù)不同的研究需求，數(shù)據(jù)時(shí)間軸能夠設(shè)定為日期和計(jì)時(shí)兩種模式。此外，為了調(diào)節(jié)顯示效果，可以調(diào)整線寬和背景顏色?？梢暬敵瞿K的設(shè)置界面如圖3所示。根據(jù)數(shù)據(jù)解碼器生成的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可將可視化數(shù)據(jù)分為三類：時(shí)間參數(shù)、列車局部參數(shù)和列車整體參數(shù)。其中列車整體參數(shù)為描述整個(gè)編組列車的某一狀態(tài)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可表征該編組列車六節(jié)車輛的某一狀態(tài)：如牽引制動(dòng)級(jí)位，該狀態(tài)信息為司控機(jī)發(fā)出的牽引/制動(dòng)信號(hào)，因此每節(jié)車具有相同的數(shù)據(jù)。另一方面列車局部參數(shù)為對(duì)應(yīng)的編組，全部車輛具有不同值的某一狀態(tài)數(shù)據(jù)，如制動(dòng)缸壓力值、軸速等。該數(shù)據(jù)需車輛編號(hào)與狀態(tài)信息配合來(lái)指定某一參數(shù)。

圖3 輸出模塊設(shè)置界面

1.2.2 故障統(tǒng)計(jì)功能模塊。故障統(tǒng)計(jì)模塊的功能是統(tǒng)計(jì)由傳感器得到并通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧熊嚑顟B(tài)故障以及通過(guò)數(shù)學(xué)判據(jù)算法得到的故障信息數(shù)據(jù)，由于該數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行可視化輸出，因此將該類數(shù)據(jù)由統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行輸出。在解碼模塊中，根據(jù)用戶選定對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理，其流程如圖4所示。

圖4 故障輸出流程

2 基于軟件的列車狀態(tài)分析

2.1 列車狀態(tài)信息可視化分析

通常一個(gè)數(shù)據(jù)文件包含20000個(gè)數(shù)據(jù)包，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期為200ms，因此一個(gè)數(shù)據(jù)包包含的列車狀態(tài)信息長(zhǎng)度為4000s，以時(shí)間跨度為2013年11月19日8點(diǎn)29分39秒至2013年11月19日9點(diǎn)36分19秒數(shù)據(jù)文件為例，對(duì)該文件進(jìn)行解碼和分析。以列車制動(dòng)系統(tǒng)分析為例，在繪圖模塊中選取局部參數(shù)選取A1車和B1車（一拖一動(dòng)）電制動(dòng)指令值和制動(dòng)缸壓力值，整體參數(shù)選取牽引制動(dòng)級(jí)位和列車防滑參考速度。圖5為列車運(yùn)行中制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)曲線一次出站進(jìn)站狀態(tài)信息。

圖5 實(shí)例所示列車狀態(tài)信息分析

由圖5，列車最高運(yùn)行速度78km/h，運(yùn)行正常。列車牽引、制動(dòng)級(jí)位在牽引時(shí)表現(xiàn)平穩(wěn)，而在制動(dòng)時(shí)級(jí)位變化較多，與列車制動(dòng)系統(tǒng)的控制防滑策略有關(guān)?？疾炝熊囍苿?dòng)時(shí)的狀態(tài)，可見(jiàn)該制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)策略為以電制動(dòng)為優(yōu)先、空氣制動(dòng)補(bǔ)充的制動(dòng)形式。列車高速段制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力幾乎完全為電制動(dòng)力，而列車速度小于5km/h時(shí)，電制動(dòng)失效，制動(dòng)缸壓力上升，制動(dòng)力由空氣制動(dòng)產(chǎn)生。基于列車狀態(tài)信息的參數(shù)可視化不僅可以對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)判，掌握列車運(yùn)營(yíng)健康狀況，還可以對(duì)列車關(guān)鍵系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)策略和算法進(jìn)行研究。

2.2 列車故障快速查找

列車故障信息主要依托列車各子系統(tǒng)上安裝的傳感器以及通過(guò)相關(guān)的判據(jù)算法得到。因?yàn)橥ㄟ^(guò)解碼器對(duì)于相關(guān)信息的提取和加工，能夠根據(jù)用戶需求快速得到列車故障信息。以相同的數(shù)據(jù)文件為例，對(duì)于該文件進(jìn)行解碼分析。如圖6所示，故障信息通過(guò)快速定位以列表形式展示，所列故障信息可以輸出成數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于MFC平臺(tái)和matlab混合編程，開(kāi)發(fā)以某地鐵為對(duì)象的列車車載數(shù)據(jù)可視化后處理軟件，有助于進(jìn)一步掌握編組列車運(yùn)行規(guī)律，輔助編組列車運(yùn)用維護(hù)。（1）基于面向?qū)ο蟮某擒壛熊囘\(yùn)行數(shù)據(jù)可視分析終端滿足了準(zhǔn)確、全面地對(duì)列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控管理與分析的需求，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)段內(nèi)任意時(shí)刻的列車運(yùn)行狀態(tài)信息查詢，任意狀態(tài)信息組合輸出顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)列車健康狀況輔助分析。（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)列車故障信息進(jìn)行快速查找和定位，根據(jù)用戶需求統(tǒng)計(jì)并顯示列車設(shè)備故障。

參考文獻(xiàn)

[1]高斌.面向?qū)ο筌浖y(cè)試模型研究[J].信息技術(shù)與信息化，2008（3）：74-75.

[2]燕延，馬增強(qiáng)，楊明.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理軟件編程技巧[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005（5）：153-155.

[3]李國(guó)厚，馮啟高.虛擬儀器技術(shù)及其開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2002：23（7）：4-6.