基于智慧运维系统的城轨列车运行状态回放功能的研究

(1.中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南 株洲 412001；2.深圳市地铁集团有限公司运营总部车辆中心，广东 深圳 518000)

0 引言

近年来，城市轨道交通得到了迅猛的发展，在发展的同时，对城轨列车的运行安全也提出了更高的要求。城轨列车智慧运维系统已实现对列车运行状态进行实时监控和分析，以保证列车运行的安全。考虑在已经具有列车定位[1]数据的前提下，如何利用好这类数据为业务人员对列车运行状态全过程进行分析提供可视化支持，为列车运行安全提供高品质的保障。基于此，本文对城轨列车运行状态可视化回放功能进行研究，并将此研究应用到智慧运维系统中。

1 基于智慧运维系统的列车运行状态回放功能的研究

1.1 研究难点

此研究用到的现有列车数据包括列车定位数据和列车状态数据，列车定位数据包括时间、信标公里标标识、位移值，列车状态数据包括列车全部重要参数数据，如速度、时间、牵引、制动、温度等。如何将这两类数据关联起来同步绘制回放曲线(数据源不同可能导致数据时间不同)，如何对列车定位数据进行校正和弥补(列车定位数据会出现缺失)成为两大难点。

1.2 列车运行轨迹绘制

1.2.1 线路拟合校正

智慧运维系统在收到列车定位数据后按照解析规则对其进行解析并存入到Hbase中，存储格式为：以接口号+列号+时间为rowkey，字段分别是列号、时间、列车定位、速度、高度等。列车运行轨迹回放模块被触发后(需输入列号)，首先到Hbase中将对应列车的定位数据读取出来，并根据时间先后对数据进行排序，然后根据时间和列车定位绝对位置值在列车线路图上绘制曲线。最后将绘制出的曲线与列车线路进行对比，能够落到列车线路范围内的列车定位值点认为是正确的，落到列车线路范围外部的点认为是有误差的，需对这些有误差的位置值进行校正，对其进行最小值校正后能够落在列车线路内即可。

1.2.2 逐点比较插补法

此时已经形成了列车的运行轨迹，但是由于如网络中断、设备故障等多种原因，可能会出现数据丢失的情况，则会导致曲线是不连续的，那么需要将曲线按照是否连续进行分段。然后利用研究的列车线路差补法对分段后的曲线进行弥补，具体弥补算法见图1所示。具体过程为：第一步是将曲线分段后按照时间大小进行编号，如曲线1、曲线2、曲线3等；第二步是取1和2的相邻两个坐标点，计算这2个坐标点是否在同一条列车线路内，如果是则直接将这两点按照列车线路的轨迹连接起来，如果不是则走第三步，即分别判断两点所处的列车线路，然后判断这2条列车线路如何交汇，并根据交汇轨迹利用逐点比较差补法将2条曲线连接在一起成为一条曲线，以此类推。弥补的最终结果是，使两段不连续的曲线变得连续且保证落在列车线路内，最终形成一条完整的列车运行轨迹曲线。

图1 算法流程图

1.3 列车运行状态回放

同样智慧运维系统在收到列车WTD数据后会对其进行解析并入Hbase中存储，将每列车每个接口的每包数据存为一条记录，rowkey为接口号+列号+车厢号+数据包时间。并根据业务规则将全部SDR数据分为不同的系统类别，在选择要回放的参数时可以按照系统类别对其进行选择，方便业务人员使用和分析。该模块经触发后到Hbase中提取对应条件的参数信息，并按照时间顺序进行排序，然后根据时间和参数情况绘制出回放曲线。针对绘制完毕的回放曲线，用户可以通过鼠标点击的方式选择查看某个时间点的参数值，也可以通过拖拽的方式选择查看某个时间段内的参数值。

1.4 将列车运行轨迹和状态结合回放

当列车运行轨迹和参数变化曲线都绘制完毕后，需要将两者关联起来，实现随着列车运行轨迹同步查看参数变化情况，真正做到城轨列车运行轨迹和参数可视化。最好的办法是按照时间的维度将二者进行匹配关联，即相同时刻将列车运行轨迹数据和参数数据放在一起，从而构成完整列车运行状态曲线。在实际研究和应用过程中，首先对两类数据按照时间顺序进行排序，然后按照就近原则将两者进行匹配关联，即将排序后的两类数据分别按照时间最近规则进行匹配，匹配后列车运行轨迹是完整且相对准确的，但是WTD数据却有可能是不完整的，是由于WTD数据是列车实时运行状态数据，如果出现丢失则比较难预测，暂时不考虑对WTD数据进行校正和弥补，最终形成城轨列车基于运行轨迹的参数可视化功能。

2 实际应用成果

1)此功能可以根据列车定位数据的时间和坐标绘制列车运行轨迹，而且研究并运用基于列车线路的插补法对轨迹进行补充，包括对现有数据的校正和对缺失数据的弥补，并在绘制轨迹曲线时提供多种绘制速度方便业务人员使用。能够快速且准确的在列车线路图上绘制列车运行轨迹，可以与列车运行参数关联供业务人员对列车运行状态进行分析。

2)列车参数回放模块基于列车状态数据，对历史运行参数进行回放，即对参数以绘制曲线的方式生动展示出各个参数的随时间的情况，且与列车定位数据相关联，最终形成列车运行轨迹与参数回放功能。简单、直接、生动的为业务人员展示出各个参数变化情况，为业务人员对列车运行参数变化分析提供最简单明了的基础功能。

3)列车运行轨迹和参数按数据包查询模块实现在对列车运行轨迹和参数变化回放完毕后，可以对每一包数据进行查询，能够直观查看某个或某段时间的列车运行情况。

3 结语

此研究成果功能用模块化设计，将列车定位数据与列车状态数据相关联，可以一边观察列车运行轨迹一边观察列车运行参数变化情况。不仅为对列车运行监控提供保障，也为业务人员对列车进行状态分析提供很好的参考。后续待城轨列车运行线路特征数据接入智慧运维系统后，可以考虑结合线路特征数据完善运行状态回放功能，将城轨列车运行过程中自身状态数据与线路数据关联展示，为业务人员对城轨列车运行状态分析提供更高品质服务。