基于狀態(tài)驅(qū)動的鐵路信號設(shè)備數(shù)據(jù)分析診斷平臺研究

張巍

摘 要：本論文在我國鐵路信息化建設(shè)的大背景下，結(jié)合我國高速鐵路信號集中監(jiān)測（CSM）的業(yè)務(wù)需求及功能項點，提出鐵路信號設(shè)備智能運維管理平臺研究。通過建設(shè)電務(wù)設(shè)備數(shù)據(jù)分析診斷平臺，將電務(wù)各子系統(tǒng)的維護信息進行有效組織利用和整合，對電務(wù)設(shè)備和相關(guān)子系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、測量和分析診斷，為全電務(wù)設(shè)備實現(xiàn)透明化監(jiān)督、遠程監(jiān)測、遠程診斷，督導(dǎo)消除電務(wù)故障隱患、壓縮故障延時，提高電務(wù)設(shè)備集中監(jiān)測系統(tǒng)的效益，實現(xiàn)狀態(tài)修提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路信號;狀態(tài)驅(qū)動;診斷平臺

0 引言

如何提高信號設(shè)備的維護管理水平，確保鐵路信號設(shè)備的安全，已成為當(dāng)前信號專業(yè)面臨的重大問題。為了滿足電務(wù)跨越式發(fā)展的更高要求，需要通過收集、整理、建立信息平臺集中存儲、分析和診斷決策，加強數(shù)據(jù)分析的通信系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)警和早期智能故障診斷，提高整體電務(wù)維護工作，推動信息技術(shù)的發(fā)展。

1 高速鐵路信號集中監(jiān)測功能項點

1.1 站機模塊

車站負責(zé)對所有采集器采集的原始數(shù)據(jù)進行采集和存儲，并接收從其他信號設(shè)備系統(tǒng)接收到的部分信息?；灸K由通信庫、外部接口、通信管理庫和站機模塊組成。

通信庫是通過通信庫提供串口和網(wǎng)絡(luò)通信接入，實現(xiàn)與服務(wù)器、附近工作站和外部接口的通信;外部接口是通過外部接口提供數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換。通信管理庫是通過通信管理庫提供外部接口庫管理和數(shù)據(jù)分發(fā);站機模塊是通過站機模塊提供各種數(shù)據(jù)邏輯處理、存儲和顯示。

1.2 終端模塊

終端模塊應(yīng)具備以下功能：（1）站運行狀態(tài)圖顯示。（2）道岔實時狀態(tài)顯示。（3）模擬量歷史曲線。（4）報警顯示。（5）電臺播放。（6）統(tǒng)計報表查詢。（7）CAN采集分機通信狀態(tài)監(jiān)控。（8）CSM及各子系統(tǒng)通信狀態(tài)監(jiān)控。（9）CSM及其子系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)控。

1.3 服務(wù)器模塊

服務(wù)器模塊的主要功能如下：（1）實時數(shù)據(jù)傳輸，包括交換次數(shù)的變化、各種報警/恢復(fù)等，服務(wù)器模塊實時接收數(shù)據(jù)，并立即進行相應(yīng)的處理，如保存并轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的終端等。（2）服務(wù)器模塊實時接收和處理定時數(shù)據(jù)，包括所有的開關(guān)量。（3）響應(yīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，如各種日報，服務(wù)器根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)上傳策略向站機發(fā)送數(shù)據(jù)上傳命令，并接收和處理站機發(fā)送的數(shù)據(jù)。

1.4 系統(tǒng)維護模塊

系統(tǒng)維護模塊的功能包括：（1）實時顯示系統(tǒng)各軟件模塊之間的通信和連接狀態(tài)。（2）遠程維護站點或其他終端。（3）實時顯示系統(tǒng)各軟件模塊的工作狀態(tài)。

2 信號設(shè)備數(shù)據(jù)分析診斷平臺設(shè)計

2.1 平臺整體架構(gòu)設(shè)計

2.1.1 平臺整體組成

該平臺由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、分析診斷應(yīng)用服務(wù)器、接口服務(wù)器、綜合分析診斷終端、綜合維護工作站、集中告警終端、防火墻、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。該系統(tǒng)的另一個核心設(shè)備位于電務(wù)處的中央計算機房。根據(jù)用戶需求，可以將各種業(yè)務(wù)終端部署在電務(wù)處、電務(wù)段等不同業(yè)務(wù)部門。

2.1.2 平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電務(wù)調(diào)度指揮及數(shù)據(jù)分析中心系統(tǒng)是由電務(wù)調(diào)度指揮中心系統(tǒng)和電務(wù)數(shù)據(jù)分析診斷中心系統(tǒng)緊密集成，進行數(shù)據(jù)分析診斷，建立接口信號集中監(jiān)控中心系統(tǒng)和移動設(shè)備監(jiān)控中心系統(tǒng)，統(tǒng)一平臺中心與四大中心系統(tǒng)有機結(jié)合。四個中心系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲和備份系統(tǒng)，但有獨立的應(yīng)用服務(wù)器和管理服務(wù)器。

2.2 平臺軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 功能規(guī)劃

該系統(tǒng)具有電務(wù)監(jiān)控檢測子系統(tǒng)（信號集中監(jiān)控系統(tǒng)、機車信號遠程監(jiān)控系統(tǒng)、TDCS/CTC系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、LAIS系統(tǒng)、DMS系統(tǒng)、電動動力測試車系統(tǒng)）設(shè)備運行狀態(tài)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的集中存取和存儲方式。具有集中報警功能;具有設(shè)備運行數(shù)據(jù)對比分析和歷史分析功能。具有對設(shè)備故障進行異常分析診斷的功能，對本局管轄范圍內(nèi)的設(shè)備運行質(zhì)量狀況趨勢進行預(yù)警的功能。

2.2.2 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流程圖

目前，該平臺系統(tǒng)主要由接口業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、應(yīng)用業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)、終端子系統(tǒng)和綜合維護子系統(tǒng)五大子系統(tǒng)組成。

2.2.3 接口服務(wù)子系統(tǒng)

主要實現(xiàn)以下功能：（1）配置管理：配置管理模塊實現(xiàn)系統(tǒng)中配置文件的管理功能。（2）通信管理：通信管理模塊實現(xiàn)接口服務(wù)器與子系統(tǒng)之間的連接，并記錄連接信息。（3）協(xié)議解析：協(xié)議解析是根據(jù)子系統(tǒng)的 接口協(xié)議，對接口發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進行分析和組織。（4）數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)收發(fā)模塊包括對接接收到的接口數(shù)據(jù)，根據(jù)不同類型的分析，組織發(fā)送數(shù)據(jù)包的命令類型。（5）接口管理：接口管理包括查看接口工作狀態(tài)和設(shè)置接口功能。（6）日志管理：日志管理包括設(shè)置接口日志輸出參數(shù)和查詢接口日志歷史。

2.2.4 應(yīng)用服務(wù)子系統(tǒng)

主要功能如下：（1）實時信息轉(zhuǎn)發(fā)：實時信息轉(zhuǎn)發(fā)模塊包括報警信息、機車信息和終端信息的實時轉(zhuǎn)發(fā)。（2）狀態(tài)查詢服務(wù)：狀態(tài)查詢服務(wù)模塊包括系統(tǒng)狀態(tài)、地面設(shè)備狀態(tài)、車輛狀態(tài)。（3）報警查詢服務(wù)：報警查詢服務(wù)模塊包括歷史報警查詢和報警統(tǒng)計查詢。（4）報警分析服務(wù)：報警分析服務(wù)模塊包括報警類型關(guān)聯(lián)設(shè)置、報警分析流程設(shè)置、報警分析處理。（5）趨勢預(yù)警服務(wù)：趨勢預(yù)警服務(wù)模塊包括趨勢預(yù)警設(shè)置和趨勢預(yù)警處理。（6）節(jié)點管理：節(jié)點管理包括系統(tǒng)節(jié)點的連接狀態(tài)和工作狀態(tài)的管理。（7）用戶權(quán)限管理：用戶權(quán)限管理模塊，包括用戶登錄、角色權(quán)限管理。（8）數(shù)據(jù)字典管理：數(shù)據(jù)字典管理模塊是對系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)配置的維護和管理。（9）減容用戶操作管理：用戶操作管理模塊管理系統(tǒng)各終端用戶的操作。（10）信息輸出服務(wù)：信息輸出服務(wù)模塊實現(xiàn)向其他系統(tǒng)提供信息的功能。

2.2.5 終端子系統(tǒng)

主要功能如下：（1）集中報警：集中報警模塊根據(jù)管理范圍，包括各子系統(tǒng)的實時報警信息和最新的報警信息。（2）電子地圖：電子地圖包括地圖信息的檢索定位、實時報警信息以及機車信息在電子地圖上的顯示。（3）狀態(tài)監(jiān)測：狀態(tài)監(jiān)測包括對系統(tǒng)狀態(tài)、地面系統(tǒng)狀態(tài)和車載系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測。（4）報警查詢：歷史報警查詢包括標(biāo)準(zhǔn)查詢、高級查詢和自定義查詢。（5）告警統(tǒng)計：告警統(tǒng)計包括地面系統(tǒng)、車載系統(tǒng)按不同告警類型的統(tǒng)計、系統(tǒng)按不同子系統(tǒng)的告警統(tǒng)計。（6）告警分析：告警分析包括地面設(shè)備告警分析和車載設(shè)備告警分析。（7）系統(tǒng)維護：系統(tǒng)維護包括系統(tǒng)的節(jié)點管理、數(shù)據(jù)管理和用戶權(quán)限管理。

2.2.6 綜合維護子系統(tǒng)

部署集成維護子系統(tǒng)集成維護工作站，它提供了每個節(jié)點的運行狀態(tài)監(jiān)控和遠程維護電務(wù)數(shù)據(jù)分析和診斷中心系統(tǒng)，以及整個系統(tǒng)的基本信息的管理功能，并設(shè)置系統(tǒng)的一些功能系統(tǒng)。

3 信號設(shè)備數(shù)據(jù)分析診斷平臺的實現(xiàn)

電子數(shù)據(jù)分析診斷平臺系統(tǒng)具有用戶登錄、電子地圖、查詢定位、報警顯示、報警監(jiān)測、車載監(jiān)測和日常調(diào)閱等功能。

3.1 用戶登錄

連接到應(yīng)用服務(wù)器后，輸入用戶名和密碼來驗證用戶信息。選擇“自動登錄”以重新啟動程序，并以當(dāng)前用戶身份登錄。該用戶名只能允許一個終端同時登錄。

3.2 電子地圖

在電子地圖上，可以看到各條線路和車站的空間布局，以及每輛車的實時位置（站間位置）。電子地圖的常用功能有放大、縮小、還原、漫游、查詢、定位、報警顯示等。

3.3 查詢定位

根據(jù)具體查詢，可以在電子地圖上顯示站位查詢和位置的功能，并以黑體閃動藍點的方式顯示被查詢的站位。在電子地圖上顯示查詢車號的位置功能，并設(shè)置藍色閃爍圈，突出顯示查詢車號。

3.4 報警顯示

當(dāng)車站地面設(shè)備報警時，車站的位置用閃爍的紅點表示。

3.5 報警監(jiān)測

（1）實時報警集中顯示，可選擇各電務(wù)子系統(tǒng)查看相應(yīng)系統(tǒng)的實時報警信息。（2）最新報警時間，可根據(jù)管理邊界范圍查看各站的最新報警時間，方便用戶從宏觀上了解各站歷史報警的時間分布。（3）最新報警詳情：在報警詳情窗口，方便用戶了解報警詳情，包括時間、類型、來源、設(shè)備信息、報警描述等。通過“報警監(jiān)控”的“實時報警”菜單項進入實時報警窗口，您可以選擇最新實時報警的站點進行檢查。

3.6 車載監(jiān)測

車載實時監(jiān)控界面顯示機車實時運行信息，可根據(jù)機車類型、機車號、DTU號進行選擇。顯示機車實時信息，包括：運行、道路、公里標(biāo)志、上下游、信號、燈光位置、頻移信息、車載主機狀態(tài)、車載系統(tǒng)報警、機車前方運行信息等。

在循環(huán)回放頁面，選擇所屬機車和時間范圍，點擊“報警查詢”按鈕，即可查詢該車報警信息。點擊“查詢”，將顯示該車的歷史回放信息。

在告警查詢界面中，選擇一條告警。雙擊車載設(shè)備報警，可自動關(guān)聯(lián)機車車載信息監(jiān)控窗口，通過關(guān)聯(lián)報警時間回放機車運行信息。

在區(qū)域界面中，可根據(jù)線路、運行方向、km范圍、時間范圍回放機車在某一運行區(qū)域內(nèi)的歷史運行信息。在這個地區(qū)運行的機車顯示在下面的頁面上，以查看它們自己的歷史信息。

3.7 日常調(diào)閱

（1）可設(shè)置自動登錄用戶，方便每次啟動系統(tǒng)登錄應(yīng)用服務(wù)器。（2）用戶可根據(jù)自己的區(qū)域，調(diào)整電子地圖的顯示比例和位置、實時報警信息窗口和報警設(shè)置窗口的顯示位置和大小，并使用快捷鍵Ctrl+D對系統(tǒng)進行個性化設(shè)置，每次登錄后自動應(yīng)用，設(shè)置如下：①用戶可以在電子地圖上觀察自己管理的區(qū)域是否有報警，如果有報警，進行報警分析，如果沒有報警，進行其他調(diào)整;②用戶可選擇“實時報警”查看最新報警并進行報警分析;③用戶可選擇“報警查詢”查詢并分析值班期間的報警。用戶可以自定義常用的報警查詢條件，簡化查看步驟。用戶可選擇車載監(jiān)控的“實時運行”、“單車回放”和“區(qū)域回放”，查看機車運行信息。

4 結(jié)論

本文研究并設(shè)計了一種基于狀態(tài)驅(qū)動的信號設(shè)備數(shù)據(jù)分析與診斷平臺。每個系統(tǒng)的信息進行集中存儲，分區(qū)管理，有效集成，深入挖掘，閉環(huán)處理，匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)，綜合分析，實現(xiàn)鐵路電務(wù)設(shè)備的透明監(jiān)管設(shè)備、安全監(jiān)控、生產(chǎn)組織、應(yīng)急指揮、遠程監(jiān)控、遠程診斷、監(jiān)測、減少和消除隱患和故障處理延遲，電務(wù)設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)對于提高效率具有重要意義，對目前電務(wù)設(shè)備的維護和專業(yè)維護具有重要意義。

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