文：何家明|深圳地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司

本文介紹了現(xiàn)代城市軌道交通運(yùn)維場(chǎng)景中，面向城市軌道交通運(yùn)維需求的智能化分析平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。提出了一套符合智慧交通的理念的面向城市軌道交通運(yùn)維需求的智能化分析平臺(tái)，并大致闡述了該平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)，以確保城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，如何智能、高效的實(shí)現(xiàn)軌道交通運(yùn)維需求也愈發(fā)重要。

一、軌道交通運(yùn)維需求分析

在城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中，由于場(chǎng)景復(fù)雜，且各子系統(tǒng)之間信號(hào)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(duì)故障進(jìn)行分析排查。對(duì)于運(yùn)營(yíng)中復(fù)雜場(chǎng)景的故障分析，工作量大、業(yè)務(wù)專業(yè)性要求高。同時(shí)，在運(yùn)營(yíng)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(yùn)行存在一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)，需要定期巡檢。由于信號(hào)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、設(shè)備眾多，對(duì)于信號(hào)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(jìn)行完一輪完整的窮舉分析、檢查，通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間?，F(xiàn)有方法使用文本編輯器對(duì)于信息進(jìn)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(yùn)營(yíng)及維護(hù)人員往往無法獨(dú)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(duì)故障進(jìn)行分析、排查，對(duì)于運(yùn)營(yíng)中復(fù)雜場(chǎng)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(jìn)行維護(hù)、排障的方式需要較多人力，且效率較低。

所以，如何實(shí)現(xiàn)一種方法，使維護(hù)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(tái)研究

為了解決上述問題，可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)面向城市軌道交通的智能化分析平臺(tái)展開研究。該平臺(tái)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(tái)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(yùn)營(yíng)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(chǔ)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(chǔ)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、各類本地參數(shù)和各系統(tǒng)發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)種類較多，數(shù)據(jù)量較大。該平臺(tái)所選取的數(shù)據(jù)采集組件，消耗資源較少，運(yùn)行較為穩(wěn)定，抓取數(shù)據(jù)效率較高。抓取數(shù)據(jù)時(shí)，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(chǔ)在緩存隊(duì)列中；對(duì)于緩存隊(duì)列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，再以正則匹配的方式進(jìn)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(shí)間戳順序存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫的對(duì)應(yīng)索引。

（二）數(shù)據(jù)分析層

該平臺(tái)數(shù)據(jù)分析層的作用是對(duì)規(guī)范化的中間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并將得到的分析結(jié)果也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫的結(jié)果索引中。該平臺(tái)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(duì)于運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息分析，有較高的實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)，需要展示的數(shù)據(jù)也相對(duì)較多，數(shù)據(jù)展示邏輯較為復(fù)雜。因此，該平臺(tái)選取對(duì)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(chǔ)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(shí)時(shí)性和大量數(shù)據(jù)的復(fù)雜展示邏輯。

對(duì)于故障分析，該平臺(tái)根據(jù)不同故障類型定制分析場(chǎng)景，建立智能分析客戶端對(duì)該場(chǎng)景進(jìn)行針對(duì)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(chǔ)。從而定位故障原因或故障范圍，便于維保人員進(jìn)行下一步排障工作。

對(duì)于設(shè)備日常巡檢，該平臺(tái)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)信息輸出至數(shù)據(jù)庫結(jié)果索引中存儲(chǔ)。保證運(yùn)營(yíng)維保人員可以及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，從而提高系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（三）輸出層

該平臺(tái)輸出層的作用是對(duì)日志分析結(jié)果進(jìn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而盡早進(jìn)行排障。該平臺(tái)的輸出層選用了組件重用性高、系統(tǒng)易修改性強(qiáng)、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(tái)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(yùn)營(yíng)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(hào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)內(nèi)的任意一臺(tái)設(shè)備向Web服務(wù)端（前端）發(fā)送請(qǐng)求，查詢對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果信息。

Web服務(wù)端（后臺(tái)）同時(shí)與Web服務(wù)端（前端）和數(shù)據(jù)庫接口。即當(dāng)運(yùn)營(yíng)維保人員在瀏覽器中查詢需求的數(shù)據(jù)時(shí)，Web服務(wù)端（前端）便調(diào)用Web服務(wù)端（后臺(tái)）提供的對(duì)應(yīng)接口，向數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫返回?cái)?shù)據(jù)后，Web服務(wù)端（后臺(tái)）再將對(duì)應(yīng)的處理結(jié)果反饋給Web服務(wù)端（前端）顯示給運(yùn)營(yíng)維保人員。同時(shí)，Web服務(wù)端（后臺(tái)）還將數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的分析結(jié)果進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)警。

三、智能化分析平臺(tái)應(yīng)用

目前本分析平臺(tái)已經(jīng)在部分城市軌道交通項(xiàng)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(duì)有軌電車的運(yùn)營(yíng)效率有很大影響。目前有軌電車在路口多采用信標(biāo)點(diǎn)式通信的方式告知路口優(yōu)先控制器列車的運(yùn)行信息。當(dāng)信標(biāo)出現(xiàn)故障的時(shí)候，有軌電車在路口的正常通行會(huì)受到很大影響，甚至可能影響路口社會(huì)交通的通行。因此針對(duì)路口信標(biāo)可能出現(xiàn)的各類異常情況，該平臺(tái)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(hào)數(shù)據(jù)信息，分別得到每輛車通過每個(gè)路口時(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)結(jié)果索引，以供運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)時(shí)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(duì)應(yīng)結(jié)果索引，以供運(yùn)營(yíng)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(huì)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(zhǎng)時(shí)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(hào)系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間主要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，信號(hào)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(jī)、無線接入點(diǎn)、售票機(jī)、PIS屏等設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)異常，可能會(huì)對(duì)有軌電車的運(yùn)營(yíng)造成不利影。

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

3.早晚點(diǎn)信息分析

有軌電車也需按照每日計(jì)劃運(yùn)營(yíng)，從而保證乘客乘車體驗(yàn)。但作為半獨(dú)立路權(quán)的軌道交通制式，有軌電車的運(yùn)營(yíng)環(huán)境較地鐵更為復(fù)雜，因此更難提高準(zhǔn)點(diǎn)率。針對(duì)這個(gè)痛點(diǎn)，該平臺(tái)建立了早晚點(diǎn)信息智能分析客戶端，協(xié)助運(yùn)營(yíng)人員找到早晚點(diǎn)發(fā)生的原因，從而提高有軌電車的準(zhǔn)點(diǎn)率。

早晚點(diǎn)信息智能分析客戶端將有軌電車整體運(yùn)營(yíng)過程分為站間運(yùn)行和停站作業(yè)兩部分。通過分析列車計(jì)劃到、離站時(shí)間，實(shí)際到、離站信息和各交路的線路信息，計(jì)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(diǎn)，從而分析列車早晚點(diǎn)的具體原因。

列車在站間運(yùn)行時(shí)，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(duì)列車在路口區(qū)域的運(yùn)行信息分析主要包括：優(yōu)先開放時(shí)間分析，路口區(qū)域旅行速度分析，路口等待時(shí)間分析，路口理想請(qǐng)求位置分析。非路口區(qū)域的運(yùn)行信息分析主要為旅行速度分析。列車進(jìn)行停站作業(yè)時(shí)，對(duì)列車作業(yè)信息的分析主要為停站時(shí)間分析。

早晚點(diǎn)信息智能分析客戶端通過這些分析,向運(yùn)營(yíng)人員提供一些提高有軌電車運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)點(diǎn)率的針對(duì)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(yùn)營(yíng)監(jiān)督、車次號(hào)管理、自動(dòng)進(jìn)路控制、列車運(yùn)行調(diào)整及時(shí)刻表管理等。通過ATS子系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)人員能夠監(jiān)控整條有軌電車線路的運(yùn)行情況。部分ATS故障發(fā)生的原因較為復(fù)雜，可能是多個(gè)因素共同作用導(dǎo)致的。這類故障的分析對(duì)故障分析人員有較高的專業(yè)知識(shí)要求，針對(duì)這類故障，該平臺(tái)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(shí)進(jìn)路是否正常自動(dòng)觸發(fā)。如果進(jìn)路沒有自動(dòng)觸發(fā)，就分析并記錄進(jìn)路不能自動(dòng)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(hào)信息，確認(rèn)各列車是否領(lǐng)號(hào)成功。如未領(lǐng)號(hào)成功，則記為列車未自動(dòng)領(lǐng)號(hào)，同時(shí)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(dòng)領(lǐng)號(hào)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(rèn)綜合監(jiān)控子系統(tǒng)和ATS子系統(tǒng)通信狀態(tài)及各強(qiáng)弱電模塊的狀態(tài)。對(duì)各類異常的狀態(tài)信息進(jìn)行告警，同時(shí)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(shí)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(tái)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)信息輸出至數(shù)據(jù)庫結(jié)果索引中存儲(chǔ)。保證運(yùn)營(yíng)維保人員可以及時(shí)干預(yù)，從而提高系統(tǒng)整體運(yùn)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(yùn)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(yùn)營(yíng)維保人員。此外ATS系統(tǒng)深度巡檢智能分析客戶端還能對(duì)第三方軟件，如數(shù)據(jù)庫、殺毒軟件的運(yùn)行日志進(jìn)行分析，對(duì)這類第三軟件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。盡早發(fā)現(xiàn)整個(gè)ATS子系統(tǒng)中存在的各類異常信息，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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