梁婷LⅠANG Ting

（北京現代通號工程咨詢有限公司，北京 100160）

1 概述

BDZ 型調機自動化系統是一套通過控制臺指揮機車應用于編組站調車機車自動控制的全新智能化系統。針對調機自動化系統開發(fā)的數據維護系統作為主系統的輔助工具，提供豐富的使用方式，盡可能給現場使用和維護人員提供最大的方便，方便了現場工作人員進行系統故障判斷和維護，提高系統使用維護效率，最大限度地減少了維護成本，代替了我們過去利用手動操作的方式，實現了機車錯峰作業(yè)的速度和準確性。程序采用網絡服務方式，以網站形式實現，采用IBM DB2 數據庫，提供并實現以下功能：①車載信息數據查詢：以站場圖顯示道岔、站場信號機等信息實現快速瀏覽全部機車歷史數據，當前機車位置、實際速度、距前方阻擋信號機及停車點距離、當前平調信息指令、系統狀態(tài)等方便操作人員對機車歷史狀態(tài)隨時掌握；②機車故障現象匯總：提供機車歷史故障和當前發(fā)生并未恢復故障的綜合數據顯示；③故障原因分析說明：根據故障現象進行分析，快速全面地提供故障原因及維修方法說明；④實時機車數據顯示：實時顯示全部機車當前狀態(tài)，包括控制狀態(tài)、走行距離、占用區(qū)段、信號機顯示情況、機車是否故障以及機車當前的速度；⑤機車速度、距離曲線生成：根據機車速度、目標速度、限速；機車空閑距離、防護距離、車列軌道占用百分比等數據生成曲線，方便機車狀態(tài)維護；⑥調機自動化系統參數設置：提供包括系統主機地址，地面系統所需各種參數，根據用戶權限，提供修改和查詢功能；⑦調機自動化數據維護工具維護：對數據維護工具所需的如故障分析方法，用戶權限等提供修改功能。調機自動化數據維護系統在使用一段時間后會出現一些嚴重影響系統性能的問題，開始影響用戶的使用，通過反復觀察總結，發(fā)現其中的問題，需要著重對針對該問題出現的原因作出相應的修改和調整。針對以上問題的發(fā)生，技術人員已提出改進：當發(fā)生冒進信號以及超速危險信號時，車載顯示器能夠及時發(fā)出聲音和文字報警的提示；在發(fā)生系統故障時，車載顯示器就能及時發(fā)出提示報警。目前的BDZ 系統采用了無線通信的方式將調車作業(yè)相關的道岔、軌道電路區(qū)段信息及信號傳送到調車機車，并且在車載人機界面單元上實現調車機車信號及站場聯鎖等信息的實時情況顯示，反映調車車列（含單機）的運行條件；同時，通過對調機運行前方信號和車站相關基本信息的處理，實現車站中聯鎖區(qū)域內的調車車列（含單機）速度監(jiān)控；在駝峰推峰作業(yè)中實現駝峰機車遙控。

2 調機自動化數據維護系統鎖等待、 鎖升級引起的性能瓶頸問題闡述

數據維護系統在運行一段時間后，通常會出現系統運行變慢，對于我們最終所使用的交互響應并沒有達到預期中的效果，致使用戶不能完成其所有的工作，尤其在業(yè)務繁忙時更是無法得到及時的交互響應，完成調機自動化數據維護系統指令事務和處理站場查詢及車載信息顯示功能所花費的時間太久。等待、鎖升級引起的性能等應用程序在一段時段內變得逐漸緩慢，系統CPU 使用頻率比較高，數據庫存在大量連接，每個連接都要處理很長時間。

對于要確定調機自動化數據維護系統信息顯示、操作及報警功能所造成問題的根本性原因，必須通過最終用戶來評估當前車載顯示器人機交互界面系統的實際使用情況，并對此進行進一步的分析，找出系統功能及防護解鎖功能資源使用的問題所在。

通過檢查DB2DIAG.LOG，在數據庫診斷日志中發(fā)現表 JB_RIGHT_RC，ROUTE_PACKAGE，SL_PACKAGE 這幾張表經常存在S 鎖升級現象，通過快照監(jiān)控發(fā)現數據庫中存在大量鎖等待：

以上這些都嚴重影響數據庫的性能。

總體上，發(fā)現在通常情況下存在以下幾個性能問題：①事務或查詢的響應時間比預期的要長；②事務吞吐量不足以完成必須的工作負載；③事務的吞吐量減少。

為了達到數據庫應用程序使用的最佳方式，系統使用人員必須經過專業(yè)操作人員的培訓，達到一定標準方可進行操作，其中包括車載設備操作人員、地面設備維護人員及車載設備維護人員等。車載設備操作人員必須具備遙控狀態(tài)下的人工干預能力；地面設備操作人員必須具備基本的計算機使用常識。對此專業(yè)操作人員應根據實際情況制定出一個簡單清晰的計劃用于評估這些系統的性能，同時在出現問題的時候能夠及時準確地對數據修復或調整，來維持數據應用程序的良好運轉。車載設備日常使用時，接班人員應按步驟對設備進行常規(guī)檢查，系統開始運行之后，觀察車載顯示器主程序是否始終保持正常運行狀態(tài)，如有存在異常，這就說明設備配置不匹配，必須記錄故障發(fā)生時間，需要報維修人員進行手動配置。這樣就能夠通過盡早地識別出問題所在，及時地修復并調整使用性能，有效地防止問題的產生，避免對用戶產生不必要的影響。以下便是故障出現情況下常見的幾種操作方法：

①無線通信斷路丟失：

無線通信斷路丟失后，此刻的車載設備處于無法接收地面信號的狀態(tài)，同時車載顯示器主界面上所有的信號機名稱都會閃爍，此時操作人員應注意觀察并確認地面信號，以確保行車安全。

無線通信斷路丟失時，應禁止投入自控。如果在自控狀態(tài)下通信消失，此時的車載設備會自動進入制動狀態(tài)，等待通信恢復之后，如果仍然處于遙控的狀態(tài)，那么系統就會根據當前實時的狀態(tài)來繼續(xù)跟蹤控制。

車地無線通信斷路丟失之后，機車防護功能會導向自動禁用狀態(tài)，此時的操作人員應注意觀察地面信號，保持正常行車。等待車地無線通信恢復正常之后，防護功能便會自動投入工作狀態(tài)。

②定位錯誤：

操作人員在使用系統時，如果發(fā)現定位錯誤，應該及時進行“重新定位”的操作，清除或者手動修改定位。如果定位錯誤的時候正是機車處于自控的狀態(tài)，那么應該必須立即退出自控。同時在定位錯誤的同時禁止使用遙控功能。

清除定位操作是按壓“重新定位”的按鈕，同時點擊“僅清除定位”的按鈕并點擊“確認”按鈕清除機車定位，確認以上操作之后，系統會自動清除當前定位并且重新開始定位計算機車的位置，等待條件滿足之后，會自動對調機進行定位。

手動定位操作是按壓“重新定位”的按鈕，輸入此刻機車前方信號機，并且點擊“確認”的按鈕，重新放置定位。

③站場表示故障：

當地面服務器與CIPS 站場表示服務的連接發(fā)生沖突時，故障發(fā)生，車載顯示器所有的調車信號都會顯示藍燈，沒有進路顯示。此時的車載顯示器信號失效，系統的信息防護以及自控功能都顯示失效狀態(tài)，操作人員必須等待確認地面信號正常之后方可行車。

④系統故障：

當系統發(fā)生故障并且影響到我們正常作業(yè)的時候，應及時關閉車載電源控制器或者車載主機控制開關，強制關閉防護功能。同時也可以采用關機的方式關閉所有系統功能，并及時向工作人員報修。但當機車不在系統控制區(qū)域內運行的時候，即可關機。維護人員應及時根據站內控制區(qū)內的軌道電路分路不良等情況分析進行統計，提交給系統技術人員。由技術人員將軌道電路分路不良區(qū)段導入系統數據庫，及時減輕軌道電路分路不良對系統功能造成的影響。調機自動化數據維護系統考慮到上述因素，根據實際設計采用適當的硬件，在保證較充足的硬件物理資源的同時，在軟件上進行下一步的系統性能優(yōu)化調整。

調機自動化數據維護系統性能調整的方法和過程以傳統的調機自動化系統為基礎，綜合現代調機自動化的需求，BDZ 型調機自動化系統集合了駝峰推峰機車信號、調車作業(yè)信息（包括地面信號、調車計劃等）車上顯示、利用無線通信通道，完成對站場內所有有調車機車日常作業(yè)的監(jiān)控和特定作業(yè)的自控，利用先進的計算機軟件和數據庫技術，從網絡平臺、硬件平臺、軟件平臺以及應用界面幾個方面，將系統與CIPS 系統結合，使系統的一體化程度以及整體的自動化程度都達到了一定的水準，同時也提高了調機自動化數據維護系統對于數據存儲以及讀取的速度。

①性能調整方法：

根據數據維護系統的特殊性能要求，對于調機自動化數據維護性能改進過程可以通過以下幾個方面來考量。

1）首先執(zhí)行下面的初始檢查：

a）獲取直接用戶（即車站信息工區(qū)工作人員）的使用反饋，確定性能改進的目的和范圍；b）獲取性能表示好與壞結果時的操作系統、數據庫以及我們的應用程序統計的信息；c）對數據庫做一次全面健康檢查。

2）制動測試無輸出：

a）首先根據收集的信息進行制動測試，在對應用特性的了解進行單獨制動測試時，如果投入后沒有制動效果，可進行檢查，如果問題不能解決，應該排除操作系統以及硬件資源造成的原因，及時通知維修人員；b）檢查車載主機上的控制開關，此時應處于打開狀態(tài)，因為系統性能的問題也有可能是由于非SQL 部分造成的；c）檢查車載主機上的控制開關下方的保險管是否導通良好。

3）控車測試不能正常控車：進行控車測試時，如果投入后機車沒有按照當前指令執(zhí)行，可以進行相關檢查并通知維修人員提出相應的優(yōu)化措施，并根據用戶需求輕重程度來進行逐一改進并加以實施。

4）檢查車載主機上的控制開關是否處于打開的狀態(tài)，通過操作者與維修工作人員的多次溝通，檢查車載主機上的控制開關以及下方的保險管是否導通良好，以此來驗證測試時反映出的異常問題處理完成之后是否達到了用戶的預期效果。

調整僅能夠對數據維護系統的效率進行一定程度的更改。要考慮投入多少時間和費用來改善系統性能，以及要投入多少額外的時間和費用來幫助系統的用戶。

實際的性能調整需要系統資源間的交易，例如，要提供改進的I/O 性能，可以增加緩沖池的大小。但更大的緩沖池也需要更多的內存，這就可能影響性能的其他方面。

隨著數據維護系統的應用越來越龐大和硬件性能的不斷提高，全面的調整應用逐漸變成代價高昂的行為，在這種情況下，要取得最大的投入/效率比，較好的辦法是調整數據維護系統應用的關鍵部分，使其達到比較高的性能，這樣從總體上來說，整個系統的性能那也是比較高的。這也就是有名的20/80 原則，調整應用的20%（關鍵部分），能解決80%的問題。（如圖1 所示）

圖1 數據處理過程拓撲結構圖

②問題處理過程：

1）首先檢查數據庫配置并進行性能監(jiān)控：

經過查看數據庫的配置參數和數據庫的性能監(jiān)控，發(fā)現數據庫中的鎖內存（LockList）參數為10240，在監(jiān)控數據庫中發(fā)現該值的使用高水位已經達到最大值，所以首先調整該參數，將它調整為20480：

Db2 update db cfg for locomdb using locklist using locklist 20480

調整后繼續(xù)監(jiān)控數據庫，發(fā)現鎖內存的使用高水位仍然達到最大值，所以這個時候懷疑是大量應用沒有釋放鎖才導致即使分配了更多的鎖內存，也仍然無法滿足要求。這種情況下需要考慮從應用程序SQL 語句入手。

2）找出引起鎖等待的SQL 的語句：

執(zhí)行db2 get snapshot for dynamic sql on locomdb |sort-5 +1＞top.sql grep -E“total execution time“top.sql＞time.sql sort -5 +1 time.sql, 發(fā)現一條sql 語句的執(zhí)行時間較高。與應用人員交流，發(fā)現這條SQL 語句的執(zhí)行次數特別多，對該SQL 語句執(zhí)行時間評估；

Db2batch -d locomdb -f l.sql

發(fā)現這條SQL 語句執(zhí)行時間大概在3 秒左右（如果資源緊張，執(zhí)行時間會更長），這條SQL 語句會導致JB_RIGHT_RC,ROUTE_PROPERTY 表發(fā)生鎖升級現象。進而會導致另外的SQL 語句出現等待現象，那么在這條語句出現鎖等待的阻塞后，進而會影響后續(xù)的SQL 語句，這樣，就會出現大量的鎖不釋放，而連接不釋放又導致數據庫連接耗盡。這是造成數據庫問題的根本原因。

③問題總結：

1）在這條SQL 語句后面加上with ur 參數，這樣該SQL 語句再度取得時候就不會在所應用的表上加S 鎖，從而可以把這個問題解決掉。2）對SQL 語句考慮能否優(yōu)化邏輯；3）利用DB2 相關工具為這條SQL 語句生成索引建議；4） 檢 查 并 更 新 數 據 庫 統 計 信 息；5） 檢 查DB2_EVALUNCOMMITTED 注冊表變量。這個設置使DB2不必事先在CS 或者RS 隔離級別鎖住一行才判斷謂詞，這樣在確定這一行滿足謂詞之前，他不會被鎖??；6）檢查DB2_SKIPINSERTED 注冊表變量。這個變量控制未提交的插入在CS 或者RS 隔離級別下是否可以被游標忽略。啟用這個變量會使未提交的插入被當成他們完全沒被插入一樣處理。同樣，這種行為也許可以被接受，也許不能被接受，所以需要了解他的隱含后果。

3 結束語

在數據維護系統中，造成系統處理速度緩慢，響應時間過長的主要原因是存在大量的I/O 等待，而造成I/O 等待的主要原因有兩個：一是因為最初的存儲規(guī)劃設計沒有正確合理的分布數據，二是數據庫中某些不夠簡潔的SQL語句并沒有創(chuàng)建合理的索引。通過以上步驟的調整，基于DB2 數據庫的調機自動化數據維護系統處理速度大大提高，系統響應時間大大減少，目前運轉狀態(tài)正常，可以滿足當前應用需求。

在現今信息化高速發(fā)展的社會，我們必須要及時而充分地利用有效的管理方式和搜集各類信息的資源，對數據庫技術進行必要的科學研究和決策管理。BDZ 型調機自動化系統就是利用管理信息系統采用無限通信的方式將調車作業(yè)相關的軌道電路區(qū)段、信號及道岔的信息通過傳送的方式送到調車機車，并且在車載主機的人機界面上通過實時信號顯示調車機車以及站場連鎖的信息，可以及時地反映出相關道岔、進路準備以及調車車列的當前位置信息等情況，從而進一步提升安全保障能力。