弓行

（北京京港地鐵有限公司，北京 100068）

目前，行業(yè)內(nèi)各信號(hào)系統(tǒng)承包商對(duì)各自的信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維平臺(tái)的技術(shù)開(kāi)發(fā)已較為成熟，在各城市地鐵新建線路中均有較多應(yīng)用，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作中提高設(shè)備穩(wěn)定性及維修質(zhì)量方面起到了較為關(guān)鍵的作用，但信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維平臺(tái)均需隨新線建設(shè)施工同時(shí)搭建，而在成熟線路中信息化改造費(fèi)用較高，性?xún)r(jià)比低下，且成熟線路中的傳統(tǒng)以人為導(dǎo)向的粗放型維護(hù)模式在安全保障、質(zhì)量控制、故障管理、維護(hù)支持等方面已經(jīng)不適應(yīng)新的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。在《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》中指出運(yùn)維是智能服務(wù)的核心內(nèi)容。為實(shí)現(xiàn)降本增效，充分發(fā)揮技術(shù)人員潛力，以企業(yè)文化“Can do”為驅(qū)動(dòng)，深入挖掘信號(hào)日志報(bào)警數(shù)據(jù)信息并通過(guò)海量報(bào)警數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)及定位信號(hào)系統(tǒng)中的各類(lèi)故障，亟待引入信息化技術(shù)，開(kāi)發(fā)一套適用于成熟地鐵線網(wǎng)環(huán)境下的信號(hào)大數(shù)據(jù)智慧型分析運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況及架構(gòu)

本信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)ATS（列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)）工作站僅可查詢(xún)近1個(gè)月的報(bào)警信息，信息直接導(dǎo)出后為.pdf格式，不能進(jìn)行二次編輯，也不具備數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)分析功能。人工解析存在難度大、成本高、效率低等痛點(diǎn)，且易出現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)漏統(tǒng)計(jì)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響分析結(jié)果。NMS（網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)）日志內(nèi)容為.txt格式，以毫秒級(jí)收集全線的數(shù)據(jù)通信信息，數(shù)據(jù)量大，無(wú)法開(kāi)展人工統(tǒng)計(jì)分析。這兩類(lèi)日志中存在較多冗余報(bào)警，無(wú)法通過(guò)人工為現(xiàn)場(chǎng)提供精確判斷各設(shè)備狀態(tài)、隱患的幫助，基于以上痛難點(diǎn)，故開(kāi)發(fā)一套適用于本信號(hào)系統(tǒng)的智能運(yùn)維系統(tǒng)。

ATS詳細(xì)數(shù)據(jù)存于DB（數(shù)據(jù)庫(kù)）服務(wù)器，內(nèi)容為.dlg格式，以32節(jié)字段的數(shù)字代碼呈現(xiàn)。前期通過(guò)核對(duì)ATS報(bào)警信息、回放，分析出DB日志中的某個(gè)字段代碼所代表的具體故障名稱(chēng)，并生成報(bào)警數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)解碼表。通過(guò)采用Navicat Premium數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具，將報(bào)警信息模塊化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通過(guò)永洪BI工具對(duì)報(bào)警信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)用，根據(jù)不同的報(bào)警種類(lèi)及數(shù)量，呈現(xiàn)出全周期可視化的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。如圖1所示，主界面用于大屏展示，集中顯示信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、各類(lèi)設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)，對(duì)重點(diǎn)關(guān)系的故障通過(guò)不同維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)人機(jī)交互界面，展示出ATS工作站、NMS工作站所記錄的ATS、NMS日志中的關(guān)鍵報(bào)警信息，通過(guò)柱狀圖、餅狀圖的方式呈現(xiàn)維護(hù)人員特別關(guān)注的報(bào)警種類(lèi)；以日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表及自由設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的形式統(tǒng)計(jì)報(bào)警類(lèi)型及數(shù)量；用故障占比突出目前急需關(guān)注的某類(lèi)設(shè)備狀態(tài)。通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析及預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，將之前的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為專(zhuān)家維修知識(shí)庫(kù)，通過(guò)點(diǎn)擊某一條報(bào)警信息，即可跳轉(zhuǎn)界面給出相應(yīng)的故障處理策略，基本實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)、主動(dòng)指導(dǎo)維修的功能，實(shí)現(xiàn)一定程度上的智能運(yùn)維功能。

圖1 平臺(tái)主界面

1.1 硬件架構(gòu)

硬件配置如圖2所示，在車(chē)輛段備用控制中心設(shè)立一臺(tái)用于運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的信號(hào)日志服務(wù)器，采用惠普DL388 GEN10存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，信號(hào)日志服務(wù)器通過(guò)TCP/IP協(xié)議與骨干網(wǎng)交換機(jī)連接，經(jīng)由防火墻、骨干網(wǎng)交換機(jī)、核心交換機(jī)訪問(wèn)ATS工作站、NMS工作站和DB服務(wù)器中的日志信息，通過(guò)信號(hào)日志服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再上傳到智能運(yùn)維工作站。后期可通過(guò)視頻矩陣，上傳到工程控制中心大屏全景展示運(yùn)維數(shù)據(jù)。

圖2 硬件配置

全線設(shè)備集中站與非設(shè)備集中站均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)信號(hào)日志服務(wù)器，通過(guò)IE瀏覽器登錄本智能運(yùn)維平臺(tái)。非設(shè)備集中站可通過(guò)通信系統(tǒng)的SDH（同步數(shù)字體系）網(wǎng)絡(luò)采用VPN模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān)用鏈接的方式訪問(wèn)日志服務(wù)器。設(shè)備集中站可通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)，接入骨干網(wǎng)交換機(jī)訪問(wèn)日志服務(wù)器。設(shè)備集中站及非設(shè)備集中站用戶(hù)均可在本地終端選擇其管轄范圍內(nèi)的某一站的某一臺(tái)軌旁設(shè)備運(yùn)維信息，查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信息調(diào)用及訪問(wèn)專(zhuān)家?guī)欤焖佾@取報(bào)警對(duì)應(yīng)的故障處理指導(dǎo)建議。

1.2 軟件架構(gòu)

如圖3所示，本系統(tǒng)由“數(shù)據(jù)接口層”“數(shù)據(jù)處理層”“業(yè)務(wù)應(yīng)用層”及“展示服務(wù)層”4個(gè)層面組成。數(shù)據(jù)接口層包含VOBC（車(chē)載控制器）、道岔、PMI（軌旁聯(lián)鎖）、計(jì)軸設(shè)備、AP（無(wú)線接入點(diǎn)）等設(shè)備信息，所有報(bào)警信息可通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳或使用U盤(pán)導(dǎo)入指定文件夾，為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)處理層結(jié)和報(bào)警解碼表進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)編寫(xiě)kettle腳本，不斷測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性前提下，實(shí)現(xiàn)將日志中關(guān)鍵報(bào)警信息提取出來(lái)，生成數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)表。通過(guò)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、優(yōu)化、緩存和入庫(kù)，并將入口數(shù)據(jù)打包分發(fā)，供上層模塊調(diào)取、處理和分析，如圖4所示。業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含必要的專(zhuān)家維修知識(shí)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、各關(guān)鍵設(shè)備的故障預(yù)測(cè)、分析模型及支持策略導(dǎo)入功能。以上所述軟件層最終實(shí)現(xiàn)“全景展示”“故障統(tǒng)計(jì)”“狀態(tài)檢測(cè)”等功能。且不同用戶(hù)可以根據(jù)用戶(hù)實(shí)際權(quán)限進(jìn)行功能切換，避免非授權(quán)人員對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。

圖3 系統(tǒng)技術(shù)框架

圖4 數(shù)據(jù)分發(fā)邏輯

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 可視化

系統(tǒng)提供對(duì)全線所有信號(hào)設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為用戶(hù)提供頂層運(yùn)維數(shù)據(jù)的全景展示，統(tǒng)計(jì)、展示設(shè)備可靠度、故障占比情況、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)等內(nèi)容以及可自由配置顯示內(nèi)容，提供歷史數(shù)據(jù)的調(diào)取和分析預(yù)測(cè)，并可以統(tǒng)計(jì)表及圖片的形式導(dǎo)出保存。

2.2 大數(shù)據(jù)

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)采集到的大量日志數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中長(zhǎng)期保存，為用戶(hù)提供不同時(shí)間維度的查詢(xún)分析及可靠的數(shù)據(jù)背景進(jìn)行參照，及歷時(shí)數(shù)據(jù)的調(diào)取。提供設(shè)備運(yùn)行規(guī)律分析、充分挖掘日志信息、多子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析、專(zhuān)項(xiàng)主題分析等功能。根據(jù)設(shè)備種類(lèi)（列車(chē)、軌旁、ATS等）按照不同的報(bào)警等級(jí)進(jìn)行分布存儲(chǔ)，分別顯示VOBC、道岔、聯(lián)鎖、計(jì)軸等設(shè)備在當(dāng)天、當(dāng)月、固定時(shí)間段上的所有報(bào)警分布，可下鉆到設(shè)備本月故障報(bào)警分析情況，也可下鉆到具體設(shè)備任意一天報(bào)警分布情況。

2.3 故障預(yù)測(cè)

對(duì)信號(hào)系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)各類(lèi)報(bào)警建立不同維度的日志分析模型，可根據(jù)各類(lèi)報(bào)警采集到的總數(shù)即時(shí)關(guān)聯(lián)分析，通過(guò)對(duì)設(shè)備性能監(jiān)控給出設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)和彈出智能告警。通過(guò)預(yù)留模型導(dǎo)入接口，將預(yù)定的故障模型及設(shè)備前置條件導(dǎo)入系統(tǒng)，通過(guò)匹配可快速檢出設(shè)備異常情況，可以完整復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況和命令執(zhí)行的鏈路信息，對(duì)信息傳遞的內(nèi)容和時(shí)序進(jìn)行分析，準(zhǔn)確給出設(shè)備隱患部位，方便現(xiàn)場(chǎng)人員切入故障點(diǎn)。對(duì)保障設(shè)備全壽命周期內(nèi)的高可靠性與低故障率發(fā)揮著重要作用。

2.4 專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)

專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)對(duì)每一種報(bào)警和故障提出維修建議，并針對(duì)實(shí)際維護(hù)或維修的故障定位和維修步驟對(duì)維修建議進(jìn)行更新優(yōu)化。系統(tǒng)通過(guò)建立針對(duì)典型故障原因和處理建議相關(guān)聯(lián)的專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)來(lái)協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)人員快速處置故障和排除設(shè)備隱患，將實(shí)踐過(guò)程中形成的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模塊化，并用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的驗(yàn)證和迭代，從而形成相應(yīng)的工具模塊，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備故障時(shí)，根據(jù)匹配規(guī)則,自動(dòng)在專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)中查找典型故障案例，向現(xiàn)場(chǎng)人員推送故障原因、故障位置及詳細(xì)的故障處置方案，避免因人員水平參差不齊而導(dǎo)致故障無(wú)法及時(shí)有效的得到解決。

3 系統(tǒng)應(yīng)用舉例

3.1 信標(biāo)丟失故障

如圖5所示，通過(guò)ATS日志解析出列車(chē)的信標(biāo)丟失信息，默認(rèn)按月顯示列車(chē)信標(biāo)丟失狀態(tài)，以列車(chē)編號(hào)為橫坐標(biāo)，計(jì)軸段為縱坐標(biāo)，可直觀明了的得出所有列車(chē)的信標(biāo)丟失程度。且可通過(guò)不同維度的信標(biāo)丟失場(chǎng)景進(jìn)行分析，如按列車(chē)丟標(biāo)分析、按計(jì)軸段分析、按時(shí)期分析、按定位信標(biāo)分析，得出不同列車(chē)與不同信標(biāo)丟標(biāo)相關(guān)性、軌道信標(biāo)性能以及車(chē)載信標(biāo)接收器性能是否有減弱趨勢(shì)的結(jié)論。

現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)給出的處理建議，快速準(zhǔn)確定位到設(shè)備故障部分。以下圖為例，JZD2219（計(jì)軸段）單區(qū)間丟失信標(biāo)次數(shù)較多，36號(hào)車(chē)單列車(chē)丟失信標(biāo)次數(shù)較多，顯而易見(jiàn)的突出列車(chē)及信標(biāo)的故障隱患?，F(xiàn)場(chǎng)人員可按專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)及時(shí)針對(duì)JZD2219的信標(biāo)及36號(hào)車(chē)進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，將列車(chē)丟失信標(biāo)從而導(dǎo)致丟失位置隱患排除。表1列出專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)給出的信標(biāo)丟失故障原因及處理建議。

表1 信標(biāo)丟失專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)

3.2 列車(chē)通信故障

如圖6所示，通過(guò)NMS日志解析出不同列車(chē)的通信丟失次數(shù)、列車(chē)與AP通信中斷時(shí)的相對(duì)位置、離開(kāi)本控區(qū)通信區(qū)域與下一個(gè)控區(qū)建立通信的時(shí)機(jī)，對(duì)三個(gè)維度進(jìn)行分析。充分直觀的描繪出整個(gè)車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和質(zhì)量，并以此發(fā)現(xiàn)故障趨勢(shì)。平臺(tái)有效分析通信中斷故障原因，直接定位到車(chē)載無(wú)線鏈路故障、軌旁AP故障或控區(qū)通信故障。

以圖6為例，JZD5013單區(qū)間通信丟失次數(shù)與其他區(qū)間相比較多，顯然突出此區(qū)間有AP通信不良，需進(jìn)行深入分析某個(gè)AP工作狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)人員可按專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)快速準(zhǔn)確定位到設(shè)備的工作不穩(wěn)定問(wèn)題，將列車(chē)在此區(qū)間造成通信丟失從而引發(fā)緊急制動(dòng)的隱患排除。表2列出專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)給出的通信中斷故障原因及處理建議。

圖6 通信中斷情況

表2 通信中斷專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于篇幅有限，本文未能將所有報(bào)警信息數(shù)據(jù)分析界面一一展示。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，本平臺(tái)已基本滿足地鐵信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)分析從而開(kāi)展智能運(yùn)維的需求，達(dá)到提高信號(hào)設(shè)備可維修性、優(yōu)化既有維修策略、節(jié)約人力成本的目標(biāo)，對(duì)保障信號(hào)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。后期可按需集成車(chē)輛、供電、通信和機(jī)電等其他運(yùn)營(yíng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)維數(shù)據(jù)，提高跨系統(tǒng)的故障分析和維護(hù)指揮能力。