文：何家明|深圳地鐵建設(shè)集團有限公司

本文介紹了現(xiàn)代城市軌道交通運維場景中，面向城市軌道交通運維需求的智能化分析平臺的優(yōu)勢特點。提出了一套符合智慧交通的理念的面向城市軌道交通運維需求的智能化分析平臺，并大致闡述了該平臺的系統(tǒng)架構(gòu)和實際應(yīng)用。

智慧交通是當(dāng)前智慧城市構(gòu)建中極為重要的部分之一，而城市軌道交通作為城市交通的主干道，是智慧交通構(gòu)建中重要的一環(huán)。城市軌道交通建成通車后，需要投入大量人力對整個系統(tǒng)運營維護，以確保城市軌道交通系統(tǒng)的正常運行。因此，如何智能、高效的實現(xiàn)軌道交通運維需求也愈發(fā)重要。

一、軌道交通運維需求分析

在城市軌道交通的信號系統(tǒng)運營中，由于場景復(fù)雜，且各子系統(tǒng)之間信號傳遞信息量大，故一旦出現(xiàn)故障，通常無法通過單一的信息對故障進行分析排查。對于運營中復(fù)雜場景的故障分析，工作量大、業(yè)務(wù)專業(yè)性要求高。同時，在運營過程中，設(shè)備可能出現(xiàn)一些損耗或異常，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運行存在一些潛在的風(fēng)險，需要定期巡檢。由于信號系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、設(shè)備眾多，對于信號系統(tǒng)的巡檢，往往也是非常復(fù)雜的。

以深圳地鐵為例，目前定期巡檢、分析故障常用的方法依然是人工檢查。然而，現(xiàn)有人工檢查的問題在于，進行完一輪完整的窮舉分析、檢查，通常需要較長的時間。現(xiàn)有方法使用文本編輯器對于信息進行人工處理，這種處理方法速度慢，由于涉及到人工部分較多，容易出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致最終結(jié)果不準(zhǔn)確。另一方面采用文本編輯器人工分析的方法，操作步驟多，操作要求高，運營及維護人員往往無法獨立完成故障的分析。并且一旦出現(xiàn)故障，通常無法通過單一的信息對故障進行分析、排查，對于運營中復(fù)雜場景的故障分析，工作量大、業(yè)務(wù)專業(yè)性要求高，傳統(tǒng)的基于人工分析日志，進行維護、排障的方式需要較多人力，且效率較低。

所以，如何實現(xiàn)一種方法，使維護人員快速準(zhǔn)確地檢查系統(tǒng)狀態(tài)信息、分析處理系統(tǒng)故障就變得越來越緊迫。

二、智能化分析平臺研究

為了解決上述問題，可以運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對面向城市軌道交通的智能化分析平臺展開研究。該平臺主要包括輸入層、數(shù)據(jù)分析層、輸出層（圖1）。

圖1 智能化分析平臺架構(gòu)

（一）輸入層

輸入層主要包括數(shù)據(jù)采集組件和城市軌道交通運營過程中的原始數(shù)據(jù)，主要功能是抓取、篩選和清洗原始數(shù)據(jù)，并將清洗后的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。這些原始數(shù)據(jù)包括各系統(tǒng)產(chǎn)生的日志、數(shù)據(jù)庫中存儲的運營數(shù)據(jù)、各類本地參數(shù)和各系統(tǒng)發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)種類較多，數(shù)據(jù)量較大。該平臺所選取的數(shù)據(jù)采集組件，消耗資源較少，運行較為穩(wěn)定，抓取數(shù)據(jù)效率較高。抓取數(shù)據(jù)時，首先通過關(guān)鍵字篩選的方式，初步將符合條件的數(shù)據(jù)信息存儲在緩存隊列中；對于緩存隊列中存儲的數(shù)據(jù)，再以正則匹配的方式進行篩選和清洗，將符合規(guī)則的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為規(guī)范化的格式；最后將規(guī)范化的中間數(shù)據(jù)信息按照時間戳順序存儲在數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)索引。

（二）數(shù)據(jù)分析層

該平臺數(shù)據(jù)分析層的作用是對規(guī)范化的中間數(shù)據(jù)信息進行存儲和分析，并將得到的分析結(jié)果也存儲在數(shù)據(jù)庫的結(jié)果索引中。該平臺的數(shù)據(jù)分析層分為數(shù)據(jù)庫和智能分析客戶端兩部分。

對于運營中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息分析，有較高的實時性要求。同時，需要展示的數(shù)據(jù)也相對較多，數(shù)據(jù)展示邏輯較為復(fù)雜。因此，該平臺選取對數(shù)據(jù)的搜索、查詢、聚合的效率都很高的數(shù)據(jù)庫來存儲中間數(shù)據(jù)信息和分析結(jié)果數(shù)據(jù)，從而滿足數(shù)據(jù)分析的實時性和大量數(shù)據(jù)的復(fù)雜展示邏輯。

對于故障分析，該平臺根據(jù)不同故障類型定制分析場景，建立智能分析客戶端對該場景進行針對性分析。分析完畢后，將分析結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)庫結(jié)果索引中存儲。從而定位故障原因或故障范圍，便于維保人員進行下一步排障工作。

對于設(shè)備日常巡檢，該平臺按照巡檢需求，建立智能分析客戶端。通過分析日志信息，查找出部分系統(tǒng)潛在的運行風(fēng)險，將運行風(fēng)險信息輸出至數(shù)據(jù)庫結(jié)果索引中存儲。保證運營維保人員可以及時進行干預(yù)，從而提高系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性。

（三）輸出層

該平臺輸出層的作用是對日志分析結(jié)果進行可視化展示：以圖形，列表和告警等形式，指引用戶盡早發(fā)現(xiàn)故障或系統(tǒng)潛在的運行風(fēng)險，從而盡早進行排障。該平臺的輸出層選用了組件重用性高、系統(tǒng)易修改性強、可并行開發(fā)的B/S架構(gòu)Web展示界面，Web展示界面的服務(wù)端又分為前端和后臺兩部分。具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 Web展示界面架構(gòu)

Web服務(wù)端（前端）為直接與用戶接口的部分，即圖形化展示界面Broswer的服務(wù)端。運營維保人員無需安裝專用客戶端，只需通過瀏覽器和服務(wù)地址就可以在城市軌道交通信號系統(tǒng)骨干網(wǎng)內(nèi)的任意一臺設(shè)備向Web服務(wù)端（前端）發(fā)送請求，查詢對應(yīng)的分析結(jié)果信息。

Web服務(wù)端（后臺）同時與Web服務(wù)端（前端）和數(shù)據(jù)庫接口。即當(dāng)運營維保人員在瀏覽器中查詢需求的數(shù)據(jù)時，Web服務(wù)端（前端）便調(diào)用Web服務(wù)端（后臺）提供的對應(yīng)接口，向數(shù)據(jù)庫請求對應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫返回數(shù)據(jù)后，Web服務(wù)端（后臺）再將對應(yīng)的處理結(jié)果反饋給Web服務(wù)端（前端）顯示給運營維保人員。同時，Web服務(wù)端（后臺）還將數(shù)據(jù)庫中存儲的分析結(jié)果進行大數(shù)據(jù)分析，對可能發(fā)生的故障進行預(yù)警。

三、智能化分析平臺應(yīng)用

目前本分析平臺已經(jīng)在部分城市軌道交通項目中投入應(yīng)用。

（一）有軌電車日志分析

1.路口異常分析

路口是有軌電車線路中重要的組成部分，平交路口的通行效率對有軌電車的運營效率有很大影響。目前有軌電車在路口多采用信標(biāo)點式通信的方式告知路口優(yōu)先控制器列車的運行信息。當(dāng)信標(biāo)出現(xiàn)故障的時候，有軌電車在路口的正常通行會受到很大影響，甚至可能影響路口社會交通的通行。因此針對路口信標(biāo)可能出現(xiàn)的各類異常情況，該平臺定制了路口信標(biāo)異常分析客戶端。

路口信標(biāo)異常分析客戶端，通過分析路口信標(biāo)發(fā)給路口控制子系統(tǒng)的路口信標(biāo)觸發(fā)信號數(shù)據(jù)信息，分別得到每輛車通過每個路口時所觸發(fā)路口信標(biāo)的信息。通過將該觸發(fā)信標(biāo)信息與路口實際配置信息比較，得到未觸發(fā)的信標(biāo)信息，記為路口信標(biāo)漏讀信息。最后將其保存至數(shù)據(jù)庫對應(yīng)結(jié)果索引，以供運營和維保人員在展示界面查閱。

或者，路口信標(biāo)異常分析客戶端，通過分析路口信標(biāo)發(fā)給路口控制子系統(tǒng)的路口信標(biāo)占用信息，分析路口是否存在路口信標(biāo)被長時間占用的異常情景。如果存在，則將該信息記為路口信標(biāo)異常占用并將其保存至數(shù)據(jù)庫對應(yīng)結(jié)果索引，以供運營和維保人員在展示界面查閱。

又或者路口信標(biāo)異常分析客戶端，通過分析路口控制子系統(tǒng)發(fā)給社會交通控制系統(tǒng)的路口占用信息，分析是否存在路口處于長時間占用狀態(tài)的異常情景。

2.網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)巡檢

有軌電車信號系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間主要通過網(wǎng)絡(luò)進行通信，信號系統(tǒng)骨干網(wǎng)中又包含眾多網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和終端設(shè)備。如果交換機、無線接入點、售票機、PIS屏等設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)異常，可能會對有軌電車的運營造成不利影。

針對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的巡檢，該平臺建立了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)巡檢客戶端，每日運營結(jié)束后，對信號系統(tǒng)骨干網(wǎng)中的各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端設(shè)備進行一次巡檢。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常信息或潛在運行風(fēng)險，則將該信息記錄并將其保存至數(shù)據(jù)庫對應(yīng)結(jié)果索引，以供運營和維保人員在展示界面查閱。

3.早晚點信息分析

有軌電車也需按照每日計劃運營，從而保證乘客乘車體驗。但作為半獨立路權(quán)的軌道交通制式，有軌電車的運營環(huán)境較地鐵更為復(fù)雜，因此更難提高準(zhǔn)點率。針對這個痛點，該平臺建立了早晚點信息智能分析客戶端，協(xié)助運營人員找到早晚點發(fā)生的原因，從而提高有軌電車的準(zhǔn)點率。

早晚點信息智能分析客戶端將有軌電車整體運營過程分為站間運行和停站作業(yè)兩部分。通過分析列車計劃到、離站時間，實際到、離站信息和各交路的線路信息，計算出列車在各交路中的旅行速度，及列車在哪一部分發(fā)生了早晚點，從而分析列車早晚點的具體原因。

列車在站間運行時，又可以根據(jù)線路區(qū)域劃分為路口區(qū)域和非路口區(qū)域。對列車在路口區(qū)域的運行信息分析主要包括：優(yōu)先開放時間分析，路口區(qū)域旅行速度分析，路口等待時間分析，路口理想請求位置分析。非路口區(qū)域的運行信息分析主要為旅行速度分析。列車進行停站作業(yè)時，對列車作業(yè)信息的分析主要為停站時間分析。

早晚點信息智能分析客戶端通過這些分析,向運營人員提供一些提高有軌電車運營準(zhǔn)點率的針對性建議。

（二）地鐵ATS子系統(tǒng)日志分析

1.ATS故障分析

地鐵ATS子系統(tǒng)的主要功能為：列車運營監(jiān)督、車次號管理、自動進路控制、列車運行調(diào)整及時刻表管理等。通過ATS子系統(tǒng)，運營人員能夠監(jiān)控整條有軌電車線路的運行情況。部分ATS故障發(fā)生的原因較為復(fù)雜，可能是多個因素共同作用導(dǎo)致的。這類故障的分析對故障分析人員有較高的專業(yè)知識要求，針對這類故障，該平臺建立了ATS故障智能分析客戶端。

ATS故障智能分析客戶端通過分析道岔控制器發(fā)給車站ATS服務(wù)器的數(shù)據(jù)碼位信息，判斷每列車通過道岔控制器時進路是否正常自動觸發(fā)。如果進路沒有自動觸發(fā)，就分析并記錄進路不能自動觸發(fā)的原因。

ATS故障智能分析客戶端通過分析各列車發(fā)給ATS子系統(tǒng)的列車服務(wù)號信息，確認各列車是否領(lǐng)號成功。如未領(lǐng)號成功，則記為列車未自動領(lǐng)號，同時分析列車發(fā)給ATS子系統(tǒng)的車載狀態(tài)信息和反饋信息，得到列車未自動領(lǐng)號的原因并記錄。

ATS故障智能分析客戶端通過分析綜合監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)給ATS子系統(tǒng)的各類信息，確認綜合監(jiān)控子系統(tǒng)和ATS子系統(tǒng)通信狀態(tài)及各強弱電模塊的狀態(tài)。對各類異常的狀態(tài)信息進行告警，同時分析異常發(fā)生的原因。

2.ATS系統(tǒng)深度巡檢

ATS子系統(tǒng)設(shè)備一般較為分散，軟件?？燧^多，軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。同時ATS子系統(tǒng)作為中心調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，與有軌電車各子系統(tǒng)均有較多信息交互。該平臺建立ATS系統(tǒng)深度巡檢智能分析客戶端。通過分析各類日志信息，查找出ATS子系統(tǒng)中潛在的運行風(fēng)險，將運行風(fēng)險信息輸出至數(shù)據(jù)庫結(jié)果索引中存儲。保證運營維保人員可以及時干預(yù)，從而提高系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性。

ATS系統(tǒng)深度巡檢智能分析客戶端能夠分析各ATS軟件模塊的運行日志，檢索到相關(guān)設(shè)備、軟件的異常信息，查找出各ATS軟硬件模塊、內(nèi)外接口中存在的各類異常狀態(tài)信息，并提示運營維保人員。此外ATS系統(tǒng)深度巡檢智能分析客戶端還能對第三方軟件，如數(shù)據(jù)庫、殺毒軟件的運行日志進行分析，對這類第三軟件的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。盡早發(fā)現(xiàn)整個ATS子系統(tǒng)中存在的各類異常信息，從而提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

面向城市軌道交通運維需求的智能化分析平臺在部分城市軌道交通項目中投入使用，很大程度上緩解了運維人員的工作壓力，大大提高了整體運維效率。