基于Hadoop技術(shù)的列車健康診斷及專家支持系統(tǒng)

姜喜民 王川 顧佳

摘 要：本文基于Hadoop平臺(tái)的大數(shù)據(jù)技術(shù)采集和分析動(dòng)車位置、狀態(tài)等數(shù)據(jù)，對(duì)列車進(jìn)行故障快速預(yù)警和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)行健康監(jiān)測(cè)。對(duì)列車數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)參數(shù)級(jí)故障預(yù)測(cè)，為預(yù)測(cè)性維修管理打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：預(yù)測(cè)性維修;健康診斷;動(dòng)車組;事件中心;監(jiān)控中心

中圖分類號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0044-02

近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路飛速發(fā)展，動(dòng)車組在為人們出行提供方便的同時(shí)，也對(duì)車輛運(yùn)用檢修部門提出了新的要求?！邦A(yù)測(cè)性維修”是通過(guò)對(duì)列車運(yùn)行現(xiàn)狀的監(jiān)控和分析，進(jìn)行有針對(duì)性、預(yù)測(cè)性維修。列車的“預(yù)測(cè)性維修”是未來(lái)列車運(yùn)營(yíng)保障的發(fā)展方向[1]。預(yù)測(cè)性維修可以降低維修成本，減少維修時(shí)間，提高列車運(yùn)營(yíng)的效率，同時(shí)避免重大惡性事故發(fā)生，是現(xiàn)有維修服務(wù)體系的創(chuàng)新。

1 項(xiàng)目總體目標(biāo)

初步構(gòu)建基于hadoop技術(shù)的企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用列車車載和地面數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析挖掘模型，實(shí)現(xiàn)部分典型故障的預(yù)測(cè)和預(yù)判，構(gòu)建列車典型部件故障診斷和故障預(yù)測(cè)模型，為維修人員提供故障解決方案[2]。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)故障數(shù)據(jù)整合利用，對(duì)故障信息和履歷信息提供針對(duì)性推送，為故障診斷提供有效依據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)急處理知識(shí)關(guān)聯(lián)推送。

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)分為PC版本、大屏展示以及移動(dòng)端（pad和手機(jī)）三大版本。PC版本負(fù)責(zé)全部的后臺(tái)數(shù)據(jù)采集、處理以及前臺(tái)展示功能;大屏展示提供全景監(jiān)控中心、事件監(jiān)控中心和資源監(jiān)控中心三大前端功能板塊;移動(dòng)端提供面向pad和手機(jī)的前端業(yè)務(wù)展示功能。

平臺(tái)采用Hadoop+Spark+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的混搭技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)列車健康狀況的實(shí)時(shí)展現(xiàn)和分析挖掘。系統(tǒng)基于Hadoop技術(shù)完成數(shù)據(jù)的采集、解析、處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用。系統(tǒng)集群總體上通過(guò)Yarn進(jìn)行資源管理協(xié)調(diào);通過(guò)Zookeeper進(jìn)行集群內(nèi)部通信協(xié)調(diào)管理。首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集解析程序，實(shí)時(shí)采集原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行協(xié)議解析;解析后的數(shù)據(jù)消息流傳輸?shù)終afka進(jìn)行消息流序列化，然后將實(shí)時(shí)消息流傳輸?shù)絊park-streaming進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算處理，將處理結(jié)果配合Redis應(yīng)用，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)列車健康狀況信息;將最終處理結(jié)果寫入Hadoop分布式文件系統(tǒng)HDFS中，為后續(xù)批量查詢、分析挖掘提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)支撐應(yīng)用頁(yè)面展現(xiàn);通過(guò)Hbase進(jìn)行大批量歷史數(shù)據(jù)查詢操作，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘。

平臺(tái)主要功能主要分為三大功能區(qū)域，分別是全景監(jiān)控中心、事件中心和資源中心。

（1）全景監(jiān)控中心。全景監(jiān)控中心采用數(shù)字化、結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)及專業(yè)的GIS地理信息處理技術(shù)，在動(dòng)態(tài)的大屏幕GIS地圖上展示動(dòng)車組的整體運(yùn)行情況，目前包括了四方股份所有交付的動(dòng)車組。全景監(jiān)控中心可以直觀顯示所有列車所在運(yùn)行位置、列號(hào)車、當(dāng)前狀態(tài)，并可通過(guò)點(diǎn)擊或查詢列號(hào)車直接顯示目標(biāo)選項(xiàng)，包含：?jiǎn)瘟辛熊囆畔ⅰ?dāng)前故障查詢、歷史故障查詢。監(jiān)控中心整合MRO（車輛運(yùn)營(yíng)故障系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)，展示所有列車運(yùn)行狀態(tài)和配屬情況。監(jiān)控中心功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）事件中心。事件中心是系統(tǒng)的核心監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控列車運(yùn)行故障，是日常工作中主要關(guān)注的內(nèi)容。當(dāng)動(dòng)車組發(fā)生故障時(shí)，事件中心會(huì)同步顯示，以便指揮中心的診斷工程師第一時(shí)間掌握故障信息。事件中心功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

事件中心監(jiān)控分為兩個(gè)主要功能：1）三級(jí)實(shí)時(shí)展示列車故障，提供關(guān)注故障功能，方便檢修人員對(duì)關(guān)注故障進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控;2）數(shù)據(jù)規(guī)則模型生成事件，在車輛達(dá)到故障狀態(tài)前盡早發(fā)現(xiàn)異常趨勢(shì)，做到預(yù)防檢查和處理，降低故障發(fā)生幾率。

（3）資源中心。資源中心主要為故障分析提供信息支持。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)可通過(guò)資源中心獲取全面的支撐信息。資源中心提供事件詳情、MRO一車一檔信息、車輛健康評(píng)估、高級(jí)修預(yù)測(cè)功能[3]。事件詳情，此功能為檢修人員對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及對(duì)故障或事件進(jìn)行處置指導(dǎo)提供基礎(chǔ)保障。具體分為四個(gè)部分：1）車輛工況實(shí)時(shí)展示;2）事件詳情包括故障具體內(nèi)容及判定邏輯等信息，包括事件內(nèi)容、模型可視、MON彈屏類型;3）關(guān)聯(lián)信息展示列車履歷信息和最近一次高級(jí)修信息，支持基于MRO的一車一檔查看功能;4）處置措施展示故障對(duì)應(yīng)的處置措施，包括途中應(yīng)急處置措施、遠(yuǎn)程監(jiān)控措施、車輛回庫(kù)后檢查處置措施。

一車一檔中的信息是通過(guò)與MRO做接口集成獲取到的，分別展示了每一列車設(shè)計(jì)之初的靜態(tài)參數(shù)、歷史的配屬、運(yùn)用信息、故障信息是否閉環(huán)、技術(shù)改造是否閉環(huán)、檢修信息，歷史的裝車信息。車輛集群健康評(píng)估關(guān)注的是列車運(yùn)用一天整個(gè)車輛集群的健康狀況，不僅能評(píng)價(jià)動(dòng)車組一天的運(yùn)營(yíng)品質(zhì)，還能通過(guò)分析結(jié)果指導(dǎo)列車回庫(kù)檢修，對(duì)于存在問(wèn)題的車，可以通過(guò)事件詳情來(lái)判定該列車的當(dāng)前狀態(tài)。高級(jí)修預(yù)測(cè)，通過(guò)整合列車運(yùn)用信息，累計(jì)里程、高級(jí)修等信息，將動(dòng)車組全年的入修計(jì)劃按照不同維度進(jìn)行分析，使檢修人員能夠?qū)S修物料和工藝進(jìn)行提前準(zhǔn)備，用最短的時(shí)間保質(zhì)保量的完成維修作業(yè)，將健康車輛配屬回運(yùn)用路局。

3 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了基于hadoop技術(shù)的列車健康診斷及專家支持系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)關(guān)鍵功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)提供故障解決方案，實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)急處理知識(shí)關(guān)聯(lián)推送，為故障遠(yuǎn)程診斷維修決策提供了支持保障，提高了故障分析處置的效率，保障了四方平臺(tái)動(dòng)車組穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。通過(guò)建立大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建列車典型部件故障診斷和故障預(yù)測(cè)模型，降低維修成本，減少維修時(shí)間，提升工作效能和零部件使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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