轨道交通综合监控系统中智能报警功能的实现

石 琦 梁 奕 华寅飞

（国电南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高级工程师）

轨道交通综合监控系统中智能报警功能的实现

石 琦 梁 奕 华寅飞

（国电南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高级工程师）

介绍了一种综合监控系统智能报警的实现方法。它主要是通过对报警信号进行分类处理，提取有用的故障报警信息，将短时间内连续发生、有内在关联的一组事件信息进行综合推理判断，产生1条新的更有意义的报警；同时利用专家知识库提供的事故处理方法可以实现事故的快速定位和处理。该方法可减轻值班员的负担，对提高工作效率、减少事故的危害性、提高系统安全运行有重要意义。

轨道交通；综合监控系统；智能报警；专家系统

First-author'saddressNARI Technology Development Co.，Ltd.，210061，Nanjing，China

随着计算机技术和通信技术的迅速发展，以及设备装备水平的提高和监控自动化技术的发展与应用，轨道交通领域的自动化程度越来越高，信息量也越来越大；相应地，对综合监控系统的要求，尤其是对报警信息处理能力的要求也越来越高。通过综合监控系统统一的软硬件平台、统一的人机交互界面，实现资源共享、互联互通，可提高地铁整体的运营调度管理水平［1］。然而，从目前已经实施的轨道交通综合监控系统来看，有一项很重要的工作没有做。即：现场设备的所有信号已通过自动化系统采集上来，信息量足够丰富，但没有进行进一步的加工处理［2］。由于各种信号动作频繁，致使值班员监控任务较重，因此很容易遗漏重要告警信号。而延误处理就会造成事故。一旦发生事故，动作的事件记录又很多，值班员势必眼花缭乱，无所适从，很难抓住重点，因而会影响事故的正确处理。为此，本文介绍了综合监控系统中智能报警的一种实现方式。

1 智能报警功能模块及功能

专家系统是人工智能应用研究的主要领域，是一个具有大量的专门知识与实际经验的程序系统。它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以便解决那些需要专家处理的复杂问题。专家系统一般可划分为解释型、诊断型、设计型、预测型、规划型、监视型、控制型、调试型、教学型、修理型、决策型及管理型等。本文中的专家系统是诊断型专家系统。

智能报警功能是综合监控系统报警功能的高级应用，有利于值班员及时找到发生故障的原因并采取有效措施。该智能报警功能采用模块化设计思路，由定义、智能报警推理、处理报告等3个程序组成，具有实时性、实用性、易用性及开发性等特点。智能报警模块的结构框图如图1所示。

智能报警功能模块主要是通过对报警信号进行分类处理，提取有用的故障报警信息，将短时间内连续发生、有内在关联的1组事件信息进行综合推理判断。智能报警系统中的知识库保存有各专业系统领域专家的大量知识。这些知识包括各类事故发生的原因以及处理措施。当短时间内发生的一系列报警事件满足事先定义的推理条件后，报警窗中的“推理报警”页面上发出1条综合的推理报警；通过该推

理报警可以查看事故发生过程及处理方案。该智能报警功能模块不仅可以减轻值班员的工作量，而且还可以提高事故异常处理的准确性和快速性，保障系统的安全运行。该智能报警功能模块可以用于轨道交通领域、电解铝等多个行业的综合监控系统上。

图1 智能报警功能模块的结构框图

2 智能报警功能模块主要技术特点及实现

2.1 技术特点

该智能报警功能模块是在现有的综合监控平台上开发的，实现了与原有报警子系统的完美融合；同时支持在线修改和增加新的智能报警，不会影响综合监控系统的正常运营。该智能报警功能模块具有以下特点。

1）完善的跨平台支撑软件：Qt是一套跨平台的界面库，屏蔽了绝大部分与特定操作系统相关的接口；CORBA组件保证了网络调用与平台的无关性；采用标准C++语言，面向对象技术。标准C++的移植性很好，在不同操作系统下都具有良好的兼容性，与操作系统相关的操作（比如文件操作、目录操作、绘图操作、网络通信等）均被封装在公共的模块库中，对上层软件来说是透明的、不关心的。这样实现的一套软件代码，可在不同平台上各自进行编译。

2）消息总线：采用基于“发布/订阅”模型的消息总线，实现在复杂网络环境下数据的可靠传送。消息总线支持一个事件驱动模型，消息产生者和使用者都参与消息的传递。产生者发布事件，而使用者订阅感兴趣的事件，并使用事件。产生者将消息和一个特定的主题（Channel）连在一起，消息系统根据使用者注册的兴趣，将消息传给使用者。

3）逻辑判断和公式计算：智能报警推理中可以定义若干个触发条件。通过这些触发条件之间的逻辑运算结果可得出相应结论。智能报警推理中除了简单的逻辑判断条件以外，还有使用脚本语言来描述复杂的触发条件。智能报警推理后台服务封装了lua脚本引擎模块。该模块可以访问实时库。也就是说，lua脚本可以以实时库中的数据作为操作数，根据计算结果判断是否满足智能报警推理中的触发条件［3-4］。

4）推理技术：智能报警功能模块采用人工智能的推理机技术。推理机针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配知识库中的规则，获得新的结论，以得到问题求解结果。推理方式可以有正向和反向推理两种：正向推理从条件匹配到结论；反向推理则先假设一个结论成立，然后再看它的条件有没有得到满足。在一个“短时间”内，系统连续发生多个事故或告警信号。这些连续发生信号是一个存在关联的有机整体，称为一个“综合事件”。这个“综合事件”必然是由某个事故或异常引起的。推理逻辑根据发生的“综合事件”推理出发生了何种异常和事故，给出一个综合的判断和处理方案。智能报警功能模块设定一个时间窗，是考虑现场信号经自动化系统传送到智能报警后台服务存在时间上的偏差，即现场同时发生的几个信号在智能报警后台服务中接收的时序上是存在一定偏差的。这个时间窗就是解决躲过自动化系统信息处理时间，但又不能太长，否则没有关联的信号也会被并入这一“综合事件”。时间窗一般可以整定为3～10 s，并可以根据现场运行情况灵活调整。

5）知识库：知识库用于存放专家提供的知识。智能报警功能模块的问题求解过程是通过知识库中的知识来模拟专家的思维方式。知识库与智能报警功能模块程序是相互独立的，可以通过改变、完善知识库中的知识内容来提高其性能。智能报警功能模块可提供完善知识库的友好、简洁维护界面。

6）关联处理方案：智能报警功能模块必须包含各个系统领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际问题。系统具备在较短的时间内收集所有与事故异常相关的重要信号，推理出该异常事故，并关联到该事故的处理方法，协助监控人员及时进行准确分析、处理，并削弱事故对系统的影响，减少异常的危害性。智能报警功能模块提供的事故异常处理方案可作为值班员良好的技术指导教材，与现场设备紧密结合，便于监控人员熟悉设备、熟悉回路、熟悉事故及异常处理的方法。

2.2 程序流程

智能报警服务的推理过程如图2所示。该服务

进程有一个线程接收消息总线的消息，当收到定义的推理报警中的任何一个触发条件时就启动推理流程：首先，从推理结果表中查找该信号可能会产生哪些推理结果；然后，依次针对每条推理结果，从消息缓存队列中查找最近的记录，看能否找到满足本条推理结果需要的其他条件；如果不满足则直接进行下一条推理，如果满足则给出推理结果。如果推理条件中含有公式，在满足所有除公式外的条件后再调用公式计算该条件是否满足，公式计算条件也满足后再给出推理结果。推理结果出来后并不表示推理结束，还需要继续下一条推理，因为1个信号可能影响多条推理。

图2 智能报警服务的推理过程

2.3 应用举例

假设某综合监控系统中定义电力监控与数据采集系统的“变压器故障”，发生该事故的判断条件包括：①相邻开关分闸；②保护信号动作；③变压器油温Ⅰ＞80℃或油温Ⅱ＞80℃。

上述条件①、②由普通的数字量点信号表示，在定义时直接定义各自的目标值就可以了；条件③是一个模拟量点信号描述的条件，需要通过公式来定义。该公式有2个输入参数（In［1］为输入油温Ⅰ、In［2］为输入油温Ⅱ）。定义公式如下：

该智能报警推理中，当收到条件①或②的信号时启动推理流程，当条件①或②都满足后再调用公式计算条件③是否满足；当条件③也满足后，报警窗上将出现1条推理报警，即“变压器故障”。点击该报警可以查看该推理报警的详细报告，其中记录了相关事故发生的过程，同时列出该推理报警的处理措施。

3 结语

该智能报警功能模块是在国产综合监控系统RT21-ISCS平台上实现的。RT21-ISCS平台已经应用在南京地铁2号线、北京地铁房山线、北京地铁9号线和6号线、重庆地铁3号线等多个城市轨道交通项目上。

综合监控系统智能报警功能模块的建立和完善，不仅可以减轻值班员的负担，而且当事故发生时可以实现事故的快速定位，同时利用专家知识库为维修人员处理事故提供了有利条件。这对提高工作效率、减少事故的危害性，对系统安全运行有着重要的意义［5］。

［1］ 王开满，张慎明，江平.轨道交通自动化监控系统的特点及其发展趋势［J］.城市轨道交通研究，2006（2）：1.

［2］ 杨帆，萧德云.智能报警管理若干研究问题［J］.计算机与应用化学，2011（12）：1485.

［3］ Ierusalimschy R.Lua程序设计［M］.2版.周惟迪，译.北京：电子工业出版社，2008.

［4］ Ierusalimschy R，Figueiredo L H，Celes W.LUA：An extensible extension language［J］.Software：Practice& Experience，1996（6）：635.

［5］ 郭伟.电力系统调度自动化智能报警探讨［J］.机械管理开发，2010（1）：64.

［6］ 葛鑫，蔡金，徐俊杰，等.城市轨道交通综合监控系统联动功能的设计与实现［J］.城市轨道交通研究，2012（9）：122.

Implementation of Intelligent Alarm Function in URT Integrated Supervisory and Control System

Shi Qi，Liang Yi，Hua Yinfei

An intelligent alarm method in integrated supervisory and control system is introduced，which mainly classifys the alarm signals to extract useful information，then analyzes the correlative and intrinsic data within a short period of time to produce a more meaningful alarm.At the same time，this alarm method could achieve the rapid positioning and processing of accidents by using accident treatment methods provided by expert knowledge database，thus to reduce the attendant burden，improve the working efficiency and minimize the harm accident.In a word，this method has an important significance for the safety operation of the alarm system.

rail transit；integrated supervisory and control system（ISCS）；intelligent alarm；expert system

U 29-39

2013-02-30）