巫宜國(guó)

（深圳地鐵運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司,廣東 深圳 518040）

0 引言

軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和故障處理中，常常要分析各種日志信息，但傳統(tǒng)的人工分析日志效率比較低下、故障診斷不及時(shí)，同時(shí)維護(hù)成本也比較高[1]。無(wú)法充分挖掘日志規(guī)律性價(jià)值，從而不可提前預(yù)知可能存在的隱患；日志分析過(guò)程人為經(jīng)驗(yàn)依賴程度高，分析效率較低，無(wú)法快速高效完成故障排查[2]。

針對(duì)上述問(wèn)題，該文結(jié)合設(shè)備維護(hù)日志分析中積累的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了一套日志分析系統(tǒng)。通過(guò)這一系統(tǒng)能更簡(jiǎn)單、便捷地分析日志，得到列車運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，有效地指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表編制，掌握設(shè)備的運(yùn)行性能，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的隱患，在實(shí)際運(yùn)用中取得良好效果。

1 信號(hào)系統(tǒng)日志簡(jiǎn)介

1.1 日志的種類

信號(hào)系統(tǒng)日志主要用于記錄系統(tǒng)的運(yùn)行中人員操作、系統(tǒng)操作、系統(tǒng)響應(yīng)和列車運(yùn)行記錄、報(bào)警信息和各系統(tǒng)接口間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等，這些信息便于軟件設(shè)計(jì)人員、維護(hù)人員掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行中出現(xiàn)的各種異常。據(jù)統(tǒng)計(jì)，部分故障還呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。對(duì)于此類問(wèn)題，若不能及時(shí)進(jìn)行分析處理，可能造成重大安全隱患甚至影響列車運(yùn)行，不利于軌道交通的安全、高效運(yùn)營(yíng)和乘客出行。

信號(hào)系統(tǒng)的日志主要有：ATS日志，記錄了ATS系統(tǒng)運(yùn)行期間人員/系統(tǒng)操作記錄、列車運(yùn)行狀態(tài)日志、接口數(shù)據(jù)日志、報(bào)警日志等；NMS日志，記錄了全線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息等；聯(lián)鎖系統(tǒng)（PMI）日志，記錄了進(jìn)路觸發(fā)、操岔、通信狀態(tài)、重啟、故障報(bào)警等；車載運(yùn)行日志，記錄了列車運(yùn)行中接收到的移動(dòng)授權(quán)、運(yùn)行速度、加速度、制動(dòng)率的運(yùn)行狀態(tài)信息和系統(tǒng)報(bào)警數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄儀（DR）日志，記錄了通過(guò)接入交換機(jī)系統(tǒng)之間收發(fā)的所有數(shù)據(jù)包；還有交換機(jī)日志、計(jì)軸日志等。

1.2 常規(guī)日志分析方法和缺陷

系統(tǒng)供應(yīng)商提供了常規(guī)的日志分析工具，供維護(hù)人員查看系統(tǒng)報(bào)警，人員操作、進(jìn)路觸發(fā)等各類系統(tǒng)運(yùn)行信息，輔助故障的分析處理。也可以統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間周期內(nèi)，某個(gè)報(bào)警信息的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備故障隱患，及時(shí)進(jìn)行處理，避免故障的發(fā)生，如每天運(yùn)營(yíng)期間統(tǒng)計(jì)列車通信丟失和信標(biāo)丟失的數(shù)量，對(duì)丟失數(shù)量多的設(shè)備進(jìn)行處理。但該工具也有一些不足，如篩選報(bào)警信息時(shí)間周期不能太長(zhǎng)，也不能對(duì)篩選的結(jié)果輸出文件進(jìn)行保存和進(jìn)一步分類統(tǒng)計(jì)，無(wú)法遠(yuǎn)程分析和查看。

對(duì)于一些日志數(shù)據(jù)，如NMS日志，無(wú)法用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的日志分析工具，日志分析存在較大的困難。通常是使用記事本或者notepad++打開(kāi)后，查找關(guān)鍵字，或者使用Excel導(dǎo)入文件，利用篩選工具和Excel公式進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。但這些操作較為繁瑣，分析效率低，特別當(dāng)日志文件太大、行數(shù)超過(guò)一百萬(wàn)行的也不便導(dǎo)入，且Excel處理速度變得非常緩慢。

2 日志分析工具的研制

2.1 需求分析

結(jié)合日常維護(hù)中日志分析需求，日志分析工具實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

（1）分析列車運(yùn)行期間，每個(gè)站的到站和發(fā)車時(shí)間，列車ATO模式下區(qū)間運(yùn)行速度等級(jí)。得出列車不同速度等級(jí)下的區(qū)間旅行時(shí)間，優(yōu)化調(diào)整時(shí)刻表的參數(shù)。

（2）統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)各類報(bào)警的數(shù)量，針對(duì)不同列車、不同控區(qū)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，便于掌握系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生的一些沒(méi)有立即影響行車的異常信息，定期分析和處理這些異常，掌握系統(tǒng)運(yùn)行的趨勢(shì)。

（3）分析全線車地通信質(zhì)量。根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)通信測(cè)試記錄，分析列車在該時(shí)間內(nèi)的丟包率，列車在每個(gè)站臺(tái)的丟包情況以及丟包時(shí)與列車通信的AP，發(fā)現(xiàn)通信質(zhì)量較差的區(qū)段和可能存在問(wèn)題的AP，并進(jìn)行處理，減少發(fā)生通信故障影響行車。

（4）統(tǒng)計(jì)分析NMS日志中設(shè)備端口報(bào)警和AP與列車關(guān)聯(lián)通信的次數(shù)等，判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否存在工作不穩(wěn)定的情況。

（5）在漫游測(cè)試AP信號(hào)強(qiáng)度后，分析AP信號(hào)強(qiáng)度是否正常。

（6）在設(shè)備更換后，能對(duì)設(shè)備相關(guān)的MAC地址等參數(shù)進(jìn)行維護(hù)。

（7）分析PMI故障日志，找出故障代碼，通過(guò)查詢功能查詢故障日志的含義及處理建議。PMI是信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)，在設(shè)備運(yùn)行中，故障率較高，需要通過(guò)對(duì)PMI日志進(jìn)行分析查明故障原因，再通過(guò)維護(hù)手冊(cè)，查明故障的具體原因和故障排除建議。

2.2 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇

Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種當(dāng)前比較流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，有大量功能強(qiáng)大的第三方包支持，簡(jiǎn)單易學(xué)，適合非計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的設(shè)備維護(hù)人員。它大量用于數(shù)據(jù)分析、人工智能等領(lǐng)域。軟件移植性良好，可以安裝到任何系統(tǒng)的電腦，因此該文選用了Python語(yǔ)言作為軟件編寫語(yǔ)言。

2.3 軟件功能的設(shè)計(jì)

日志分析軟件主要需實(shí)現(xiàn)對(duì)指定日志進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。首先打開(kāi)指定文件路徑的日志文件，查找出日志文件記錄的關(guān)鍵詞，再提取出這一行中需要的信息，提取出的信息經(jīng)過(guò)一定的邏輯判斷和分類存儲(chǔ)，輸出分析結(jié)果，即可實(shí)現(xiàn)大部分的功能，軟件流程圖如圖1所示。Python使用“in”語(yǔ)句查找關(guān)鍵字所在的行，找到該行數(shù)據(jù)均可使用“split”語(yǔ)句分拆后提取需要的信息。

圖1 日志分析基本流程

tkinter模塊是Python常用的一款人機(jī)界面設(shè)計(jì)模塊，使用該模塊的窗口、菜單（Menu）、按鈕（Button）、標(biāo)簽（Label）等控件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，圖2所示為該軟件主界面。

圖2 軟件的界面

pandas模塊是一款功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析模塊，可用于ATS報(bào)警數(shù)量的分類匯總統(tǒng)計(jì)，同時(shí)也可以用于讀取日志文件和輸出分析結(jié)果。

軟件日志記錄功能的設(shè)計(jì)：Python使用logger包可以方便實(shí)現(xiàn)日志的記錄功能，便于掌握軟件設(shè)計(jì)期間的調(diào)試和軟件使用期間出現(xiàn)異常的分析。

2.4 軟件功能的實(shí)現(xiàn)

不同系統(tǒng)廠家的日志也必然有所不同，需要針對(duì)需求，找到需要的日志文件和關(guān)鍵詞，設(shè)計(jì)邏輯實(shí)現(xiàn)需要的功能。以下介紹深圳地鐵9號(hào)線信號(hào)日志分析系統(tǒng)的功能。

2.4.1 列車運(yùn)行性能分析功能

通過(guò)分析一段時(shí)間的列車運(yùn)行日志數(shù)據(jù)，可以得出這段時(shí)間所有列車的到發(fā)站時(shí)間，同時(shí)可以知道列車在區(qū)間運(yùn)行的速度等級(jí)和列車運(yùn)行的模式，其中列車到站的關(guān)鍵字為“arrival at Platform”，發(fā)車時(shí)間的關(guān)鍵字為“to MOVING”，速度等級(jí)的關(guān)鍵字為“SpeedProfileType”，速度等級(jí)要針對(duì)“Exit ATO”進(jìn)行排除，結(jié)合站臺(tái)編號(hào)，將記錄下的每個(gè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，得出分析結(jié)果。如表1所示為某次測(cè)試的部分結(jié)果。

表1 分析結(jié)果（不同速度等級(jí)下的區(qū)間旅行時(shí)間）

通過(guò)列車性能分析功能，可以快速知道不同等級(jí)下不同列車在不同區(qū)間的旅行時(shí)間，為時(shí)刻表編制提供依據(jù)。

2.4.2 車地通信質(zhì)量分析

車地通信質(zhì)量分析，在現(xiàn)有的信號(hào)系統(tǒng)日志里面缺少實(shí)時(shí)測(cè)試車地通信質(zhì)量的日志，需要另外編制一個(gè)小程序，持續(xù)ping列車，并記錄ping包測(cè)試結(jié)果，結(jié)果需包含時(shí)間戳，結(jié)合NMS日志（記錄列車通信時(shí)關(guān)聯(lián)的AP）和列車運(yùn)行日志的數(shù)據(jù)，綜合分析，得出列車運(yùn)行測(cè)試期間的總丟包率、在?？空九_(tái)的丟包率和通信丟包關(guān)聯(lián)的AP等數(shù)據(jù)，如表2所示為6月25日測(cè)試的站臺(tái)中丟包率較高的幾個(gè)。

表2 分析結(jié)果（站臺(tái)丟包率）

以上結(jié)果可以得出各個(gè)站臺(tái)的丟包率情況，需要對(duì)丟包率高的站臺(tái)進(jìn)行整改，減少站臺(tái)丟失通信產(chǎn)生的故障。

2.4.3 其他日志統(tǒng)計(jì)分析

ATS日志、NMS日志中記錄了大量不影響行車的報(bào)警信息，AP信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)列車漫游測(cè)試，記錄AP的信號(hào)強(qiáng)度日志文件。通過(guò)使用panda工具包，可以快捷地實(shí)現(xiàn)日志文件讀取，分類統(tǒng)計(jì)分析，并將結(jié)果以總、分方式統(tǒng)計(jì)，輸出到電子表格。

2.4.4 PMI日志查詢分析

故障日志分析是通過(guò)聯(lián)鎖設(shè)備重啟時(shí)出現(xiàn)重啟的關(guān)鍵詞，找到特定行的報(bào)警信息，進(jìn)行提取，然后將該行關(guān)鍵信息輸出，完成日志的分析。將設(shè)備維護(hù)手冊(cè)里的報(bào)警日志含義和處理建議進(jìn)行整理，保存到一個(gè)文件里。在分析故障日志后，可以復(fù)制其中的關(guān)鍵詞，進(jìn)行查詢。再通過(guò)查詢功能，查詢報(bào)警信息行里面的關(guān)鍵字進(jìn)行查詢，得出故障排除的建議。圖3為軟件操作界面，下半部分可以導(dǎo)入日志文件分析，上半部分可查詢?nèi)罩局嘘P(guān)鍵詞的含義及故障排除建議。

圖3 PMI日志分析界面及結(jié)果

3 日志分析系統(tǒng)應(yīng)用成果

通過(guò)對(duì)列車運(yùn)行性能分析，方便地收集到列車在各個(gè)區(qū)間運(yùn)行準(zhǔn)確的旅行時(shí)間，利用這些旅行時(shí)間對(duì)時(shí)刻表進(jìn)行了調(diào)整，減少了原來(lái)預(yù)估時(shí)間不準(zhǔn)導(dǎo)致的預(yù)報(bào)站不準(zhǔn)的問(wèn)題，大大提高了廣播預(yù)報(bào)站的準(zhǔn)確性。也可以根據(jù)地鐵高峰期和非高峰期的特點(diǎn)，在非高峰期乘客少，上下車時(shí)間明顯比高峰期的少。組織人員測(cè)試高峰期與非高峰期乘客上下車的時(shí)間，大部分車站均可壓縮5～10 s的停站時(shí)間，通過(guò)適當(dāng)壓縮停站時(shí)間，將減少的停站時(shí)間，根據(jù)測(cè)試到不同區(qū)間不同等級(jí)的運(yùn)行時(shí)間調(diào)整到區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，讓更多的區(qū)間運(yùn)行在低的速度等級(jí)下。實(shí)現(xiàn)在不降低全線旅行速度的前提下，優(yōu)化時(shí)刻表，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目標(biāo)。

通過(guò)每月對(duì)ATS報(bào)警信息的統(tǒng)計(jì)分析，持續(xù)跟蹤不同報(bào)警的數(shù)量發(fā)展情況，發(fā)現(xiàn)了部分區(qū)段車地通信的丟失報(bào)警較多、部分列車丟失信標(biāo)較多等問(wèn)題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行處理，減少了故障的發(fā)生率。通過(guò)對(duì)車地通信質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)并解決了梅景上行站臺(tái)、深圳灣公園站下行站臺(tái)、怡海上行站臺(tái)列車通信丟包率高的問(wèn)題，消除了這些站臺(tái)車地通信丟失導(dǎo)致軌道關(guān)閉的故障隱患。

通過(guò)NMS日志分析和AP信號(hào)強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)了個(gè)別AP與列車關(guān)聯(lián)次數(shù)正常和信號(hào)不強(qiáng)等問(wèn)題，進(jìn)行及時(shí)重啟或更換，保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

PMI日志查詢分析工具的使用，一線工班的維護(hù)人員也可以快速判斷出設(shè)備故障的原因和故障處理的建議，及時(shí)正確處理PMI聯(lián)鎖故障。

4 結(jié)論

Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，有大量第三方工具包可以直接使用，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)過(guò)程。對(duì)于非計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)專業(yè)的設(shè)備維護(hù)人員也能快速上手，將設(shè)備維護(hù)中積累的日志分析經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)編寫軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)日志分析的自動(dòng)化，提高日志分析效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障隱患，減少設(shè)備故障數(shù)量，更好地保障設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。也可以利用計(jì)算機(jī)處理速度的優(yōu)勢(shì)，深度挖掘大量日志數(shù)據(jù)中有用的數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)提供服務(wù)。