城市交通信息采集系统故障诊断技术研究

张小平 ，李 亚 ，崔道江 ，禅锦玉 ，郭 玉

（1.新疆轻工职业技术学院信息与软件分院，新疆乌鲁木齐830021；2.新疆教育考试院，新疆乌鲁木齐830000）

城市交通信息采集系统故障诊断技术研究

张小平1，李 亚2，崔道江1，禅锦玉1，郭 玉1

（1.新疆轻工职业技术学院信息与软件分院，新疆乌鲁木齐830021；2.新疆教育考试院，新疆乌鲁木齐830000）

传统的故障修复方法已经无法满足现代城市复杂的交通信息采集系统的需求，由于技术的不成熟性，导致大量信息数据的丢失，而且还存在故障排查的不准确性与低效性等问题。为此，提出城市交通信息采集系统故障诊断技术研究。首先对设备本身和系统本身出现的故障性分析构建出了诊断技术的硬件框图；然后根据诊断软件的流程图以及故障诊断的可信度函数对系统的软件保障进行了分析；最后对信息采集系统的故障诊断技术的可信度为实验目的进行了探究。实验结果证明，城市交通信息采集系统的故障诊断技术的设计非常的合理，能够利用系统分解的方法将繁琐的信息问题分解成若干个相对简单的信息单元，从而高效合理的诊断故障发生的原因，该技术会为交通的日常维护以及设备管理等方面带来巨大的效益。

城市交通；信息采集；系统故障；诊断技术

城市交通信息采集系统的复杂程度决定着故障诊断技术的水平，传统的故障诊断技术已经无法满足现代城市复杂的交通信息采集背景，缺乏一定的准确率和一定的安全性能[1-2]。故障诊断技术系统是一个动态的分布式求解的系统，不仅能够实时的将信息进行安全性分析，还能使全局的系统处在一个安全性能的范围内[3-4]。信息融合作为故障诊断的一种信息处理过程，能够将来自不同体系的知识源进行自动分析综合，并完成信息采集系统所必须的决策与估量[5]。虽然故障诊断技术融入到信息采集系统的时日并不长，还存在着交通领域知识性缺乏、知识获取难度大等问题，但是却为交通信息采集庞大的数据信息与诊断机理的综合利用提供了一条方便的途径。

在城市交通的信息采集系统中，通过控制设备进行全面的监视，对诊断技术的硬件配置要得当[6-7]。通过使用ECS系统对交通环境进行管理，确保每一个信息采集设备处于节能、高校的状态之中，利用故障诊断技术的在线功能对系统的各个硬件配置进行诊断，充分发挥各个设备硬件应有的功能。故障诊断技术的管理软件，包含了可信度函数对软件的诊断以及专家的系统诊断，能够及时的发现传感器与控制系统存在的安全隐患，进行报警并及时的维修。

文献[8]中提出了基于Agent的信息融合技术，通过对设备故障的诊断技术可以有效的解决人工查阅信息采集对异常情况检测的问题；文献[9]中Feighbaum教授提出了基于专家系统的交通信息故障诊断的技术，促使人们意识到故障诊断的重要性；文献[10]中提出了基于贝叶斯网络的交通信息故障的诊断技术，来推理不确定的信息数据，并与图像理论进行融合。

1 故障诊断技术研究

在城市的道路岔口存在着许多信息采集的设备，不仅设备的数量庞大，而且设备的内部系统的各种组成部分之间都存在着复杂的关系。根据不同地点的信息采集数量也大不相同，因此需要对信息采集系统的本身以及设备的本身进行故障的诊断。设备本身的故障主要是系统内的传感器、控制器出现的故障，应该及时检测有关系统的参数设置及状态。而系统的本身缺乏较完善的检测功能，应该实时的检测信息采集的有关数据。根据故障的原因，对系统进行故障诊断的时候应该考虑硬件配置与软件保证的问题。

1.1 硬件配置

城市交通信息采集设备的选择上，应该建立多方位的诊断技术。交通的信息采集数据需要根据制度进行简单的故障诊断。硬件配置的重要组成部分选用的是某国内的最新品牌，在新一代的最高指标产品的环控作为主要的硬件配置设备，该设备的最大特点就是所有的组件都自备电源，并且在组件的时候使用的是DCS的系统准则作为主导理念。

针对每一个组件都设置一个IO的通道来进行独立的组态，在高性能处理器对系统的运作基础上实时的监视每一个通道的状态。通过处理器监视的IO模板反映出来的现象，可以准确的对故障的位置进行定位。

1.1.1 故障诊断技术的在线功能

设备中配有PLC的工具，可以方便的对网上进行信息的读取，并向各个的PLC下载相对应的程序，并对PLC程序进行在线故障诊断技术的编辑，并对程序语言进行优化。如果出现小的错误，工程师可立刻进行修改，以至于不影响PLC的正常工作。

对于组件的配置，特别是连接信息采集的钛网设备，必须采用的是具有光纤环的网络，并利用组件内部的网络进行传输，其速度可在500 ms以内就能快速的做出决定，使城市交通信息采集系统保持畅通。在道路交叉口采用是UPS对信息采集系统进行监视，如果出现了信息不采集的情况，就要进行自动报警，以及时的发现故障的原因，并快速的使用诊断技术进行故障修复。

1.1.2 故障诊断功能

利用信息采集的故障诊断技术的在线功能对PLC进行进行诊断。目的就是能够查找故障发生的原因，主要功能包括:

1）应用PLC工具对电源组件进行在线诊断；

2）对信息采集现实IO模板进行在线诊断；

3）每一个通道的组件进行内部诊断。

1.1.3 基于在线诊断功能的硬件配置

基于在线诊断功能的硬件配置主要包括的是推理与控制的策略。推理策略研究的是信息采集出现的故障征兆与组件之间复杂的逻辑关系，一般包括的是演绎的推理与归纳的推理；而控制策略研究的是整个信息采集故障诊断的控制策略，一般包括的是正向推理的策略与反向推理的策略。由此推断出信息采集故障诊断的硬件框图。

1.2 软件保障

每一个交通口都要专门设置一个信息采集系统，因此，故障诊断的工作量就会变得非常的大。在设置软件编程的时候，应充分考虑报警的功能，如果出现信息采集故障的问题，后备的操作装置立刻启动报警的功能，准备接受来自后备面板的指控的命令，来维持系统的基本运行。故障诊断软件的流程图如图2所示。

图1 信息采集故障诊断的硬件框图

图2 故障诊断的软件流程图

信息采集的软件出现问题，需要遵循如下算法:设c1c2分别为同一个信息识别框架上的2个不同的故障诊断可信度函数的分配，其焦元分别为:

由此可得出可信度的函数为:

当λk=β时，c(λk)=0，其中:

其中q表示的是λi1与λj2的所有可信度的乘积之合，如果λi1与λj2在信息识别框架中不同时出现，那么就不会发生故障的问题。

2 实验结果与分析

为了验证城市交通信息采集系统的故障诊断技术的合理性，进行了实验。数据来自于德国科学家Petri的数学模型，以信息采集系统中的目标故障为源头，进行组件之间的实验构建。当信息采集的过程出现问题的时候，该系统能够准确对出现故障的地方进行诊断。

2.1 实验步骤

针对城市交通信息采集系统故障诊断技术研究的实验设置参数。设W为信息采集的框架，β为空集，Q为W内的假设命题，函数T在[1,2]区间的范围内，满足:

公式（4）表示的是:当β的信息采集的系统故障诊断可信度满足所有假设命题的时候，其诊断的可信度为1；

当采集的系统故障诊断为空集的时候，其诊断的可信度为0。

在一定周期内，假设多个命题进行技术诊断的实验，可以获得可信度的分配情况，用Tab(Qk)来表示。那么第a个命题中的可信度表示的是在周期b内的命题Qk的后验故障诊断的可信度。其中，b=1,2,3,…,i；a=1,2,3,…,n；k=1,2,3,…,n。根据上述参数，具体实验步骤如下:

将每一个诊断周期所获得的各自命题进行信息融合，经过验证其可信度分配表示为:

其中，

根据公式（5）（6）可以得到信息融合后的可信度:

其中，

由上述的实验步骤获得城市交通信息采集系统故障原因的数据，如表1所示。

2.2 实验结果

根据上述的实验步骤中的表3可知信息融合后的大量数据，由此对数据进行组合。首先将T11T12T13T14进行组合，得到的周期命题为Q1的结果是:

表1 信息融合后的可信度数据

然后使用同样的方法，得出命题Q2的结果是:

由此方法进行组合得出的Q3和p的结果分别为:0.34、0.27。利用相关的实验步骤可得到个命题的可信度结果如表2所示。

表2 信息融合后的可信度结果

表3 每一个诊断周期的可信度结果

由表2、3得出的各命题信息融合后的可信度结论:根据表2，若T1的可信度为0.520，大于T2T3和p的可信度值，那么系统故障的原因可能是系统连接线损坏。因此，城市交通信息采集系统的故障诊断技术的设计非常的合理，日后该技术必然会成为城市交通信息采集系统诊断以及设备日常维护的重要技术。

3 结束语

城市交通信息采集系统的升级与故障诊断技术是密不可分的。在复杂的交通情况下，对信息采集的故障诊断技术是至关重要的，如果不能及时的排查，就会导致系统瘫痪，大部分数据就会丢失，严重影响城市交通的管制。因此，通过系统分解的方法将繁琐的信息问题分解成若干个相对简单的信息单元，从而高效合理的诊断故障发生的原因。故障诊断技术的理论依据来自于信息融合的技术，构建出了城市交通信息采集故障诊断系统，并建立了信息储存的知识库以备用，不但可以保存实际信息采集系统运营的全部信息，还可以不断的丰富知识库，相信在不久的将来，该技术会为交通的日常维护以及设备管理等方面提供有力的诊断工具，对系统安全的运行具有较大的作用。

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The research of the fault diagnosis of urban traffic information acquisition system

ZHANG Xiao-ping1，LI Ya2，CUI Dao-jiang1，CHAN Jin-yu1，GUO Yu1
（1.Department of Information and Software，Xinjiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi830021，China；2.Xinjiang Education Examination Institute，Urumqi830000，China）

Traditional fault repair methods have been unable to meet the demand of the modern urban complex traffic information collection system，as a result of the technology is not maturity，lead to the loss of a large number of information data，but also the existence of inaccuracy and inefficiency of troubleshooting problems.This paper puts forward the research on the fault diagnosis of urban traffic information acquisition system.First，the hardware block diagram of the diagnostic technology was constructed by the fault analysis of the device itself and the system itself.Then the software assurance of the system was analyzed according to the flowchart of the diagnostic software and the reliability function of the fault diagnosis.Finally，the reliability of the fault diagnosis technique of the information acquisition system is studied.The experimental results show that the urban traffic information collection system of fault diagnosis technology of the design is very reasonable，can use the system decomposition methods will trival information problem is decomposed into several relatively simple information unit，thus effective reasonable diagnose the cause of the failure，the technology will be for the daily maintenance of transportation and equipment management bring great benefits.

urban traffic；information acquisition；system failure；diagnostic techniques

TM727

A

1674-6236（2017）23-0169-04

2017-06-15稿件编号：201706101

张小平（1982—），女，陕西汉中人，硕士，讲师。研究方向：移动应用开发。