基于数据挖掘的地铁ats系统的优化与应用

汪 璐

（南京地铁运营有限责任公司 江苏 南京 210018）

1 引言

ats系统是列车运行的监控中心，他通过接收列车上传来的信号对不同状态下的列车进行指挥调度，并向调度员提供列车运行的信息，为调度司机提供部分路况的运行图等。ats在使用的过程中存在很多设计缺陷，当系统设备发生故障时，整个列车运行过程处于瘫痪状态，由于列车调度需要的步骤繁多，导致操作界面复杂紊乱等。基于数据的挖掘，指出了ats系统上存在的问题并加以优化。

2 基于数据挖掘的地铁ats系统工作原理

2.1 数据挖掘原理分析

地铁ats控制系统是地铁信号自动控制列车运行系统，分为中心级和车站级控制两个等级，其中中心级主要包括列车自动监控系统，车站及控制包括列车自动防护系统和列车自动运行系统。三个系统紧密相连，形成了调度指挥中心，对列车进行一系列的指挥调度，确保列车能够安全稳定运行。关于信号系统国内常采用西门子公司设备，ats监控系统常采用分布式的微型监控结构，通过对不同的列车进行定位、测速，通过ats子系统把列车实时运行的情况以及该段路况情况传递给调度指挥中心，当调度指挥中心接收到紧急刹车命令时能够及时对列车进行紧急制动，防止人工控制不当不能自动刹车发生安全事故[1]。ats系统连接着控制调度员和设备指挥中心，当没有外界因素干扰时，可以自动对列车运行状态进行调整，确保列车安全稳定运行。

2.2 基于数据挖掘的地铁ats系统工作过程

ats系统常采用数据冗余技术，采用了磁盘叠加的方式，将不同车站级的磁盘进行分类排放储存相当于一个大磁盘，减少了磁盘空间，提高了磁盘的读取效率[2]。地铁磁盘常采用两种磁盘形式RAID1磁盘和RAID5磁盘阵列。RAID1具有较高的冗余备份能力，读取速度远远大于RAID5磁盘阵列，常用于中心级。

RAID1在读取数据过程中，通过镜像的方法在不影响其他设备的工作情况下复制原有文件，最大限度地保证了系统数据的准确性，当其中一块磁盘发生故障时，系统会通过镜像形成的备份磁盘进行正常工作忽略原有的硬盘，调度员可以在此时进行数据的检查检修。RAID5磁盘阵列由多个数据块组成，由于设计灵活，读取的数据较少，具有较高的工作效率，在读取数据信息时，可以高速率地对数据进行数据筛选分析，若一块硬盘出现损坏时，其他的五块硬盘可以重复操作[3]。

3 ats系统原理

3.1 ats子系统的作用和功能要求

ats操作系统主要由分布式计算机系统组成，地铁的中心级是ats对所有车站级的整体控制，车站级是对各站台经过列车的控制。ats在设计时要充分考虑磁盘的冗余性，当列车出现错误数据时，ats要启用列车追踪状态对列车进行监督管理，根据列车运行情况绘制出列车状态图和列车路线图，最终显示在ats用户端上。ats具有列车自动调整功能，他将乘务员从复杂的操作中解放出来，根据时刻表进行列车速度的自动调整，并根据时间间隔以及各个车站级提供的车辆到站信息在无人操控的情况下进行自动进路排列实现联锁。

3.2 ats系统中所存在的设计缺陷

列车的发车间隔是人工排列的，系统设备发生故障时，列车只能以固定的模式进行行车，ats功能将起不到任何作用。ats优化设计主要是当列车服务器发生故障时在不失真的情况下能够自动进行列车排列、自动调整等功能。 RAID1磁盘镜像读取数据的方法是绝对安全的，但同时也会面临着一些缺陷，由于需要镜像成数据，磁盘的利用率只能达到50%，当第二块硬盘损坏时，磁盘将失去冗余功能，需要维修人员的定期更换，相对成本较高，因此ats系统需要采用不同的磁盘排列方案进行冗余设计。

操作界面也存在很多问题，当数据发生故障时会触发ats系统的报警功能，由于数据的突变性，报警时间短，检查人员未及时观察到，易造成列车运行图的变化，应该将界面停留在报警状态，方便检查人员对异常数据进行处理。每辆列车都有专属车次号，一旦调度人员操作失误，所有列车运行都将发生改变，最好通过设备保证列车的运营取消车次号的设置。列车的轨道图是用灯光来设置的，红灯代表该车道有列车占用，绿灯代表该车道可行，应改变传统的方式，采用ats判断出列车的运行模式和运行位置等信息，从操作界面直观图来判断列车应该在何时减速能在规定范围内停车。

4 ats子系统功能优化设计

4.1 ats系统的硬件结构优化设计

ats硬件设备包括调度操作台、后台主机和网管系统，采用脉冲编码调制经过抽样、量化、编码通过多路复用的方式将模拟信号转化为pcm信号。数字操作台主要由数字调度主机、操作台和集中维护管理系统组成，数字调度主机主要功能是进行呼叫处理和各种通信业务的综合接入，为调度人员和ats系统提供调度指挥的数字交换设备。操作台是连接调度员与值班人员的终端设备，通过COM服务器对列车位置信息进行收集，方便列车控制服务器故障处理，备用服务器进行接管，无任何时间差错。集中维护管理系统是对中心级和车站级进行维护管理及监控，实现对调度主机的各种交换网络以及接口的控制管理和信令的管理。

当ats系统无法正常运行时，启用后备数据，没有能够替代ats系统的站级设备，需要重新设计ats系统硬件部分，需在主干线上增设两套设备，本地车辆排路设备（TRC）和本地时刻表处理设备(TTP)，本地车辆排路设备具有追踪监视功能，能够对本地的列车运行情况和车次号进行排列相应的进路，减少了人工计算，使列车能够正常有序地运行。本地时刻表处理设备主要实现对列车发车时间与实际到达时间的计算，当列车偏离运行时间时，本地时刻表处理设备会提醒司机进行加速或减速，以保证列车能够准时到达该站点。

4.2 ats子系统功能实现

列车ats子系统主要是列车路径上行与下行路径设计运行线。运行线主要包括列车运行的路径、道岔的方向改变情况以及列车自排的触发点。根据ats系统上的日志和显示数据，系统感知的异常数据变成攻击编码模式存储在磁盘中，通过RAID5磁盘阵列将异常数据进行检测，通过计算机分布式排列展现出系统的径路排路，根据列车的车次号依次给列车进行排列进路，采用2M环的方式进行组网，2M数字环通道一端连接中心级另一端连接各个车站的分级依次串接，形成2M自愈环网。当分车站通讯线路从某一点中断时，从断点将数据传送到中心级的末端，进行环状组网，尽可能扩大两车之间的间距，减小危险系数。

5 基于数据挖掘的地铁ats系统应用效果分析

列车自动监控系统采用冗余方式，由主备用两个服务器，当主用服务器发生故障时，对系统列车的运营没有任何影响ats界面会显示报警信息，当出现极端的情况时，整个系统的信号将处于瘫痪状态，行车时间将产生巨大的延误，采用了车辆排路设备和本地时刻表处理设备，维持了列车的排列进路，增加了对冗余设备的紧急制动。磁盘叠加的方式加快了数据的传输速率，加快了本地时刻表设备对数据监控的实时性，进一步提高列车运行的安全性。

6 结语

本文通过对地铁ats系统数据分析，提出了ats在设计过程中后备系统故障时列车无法运行、RAID1具有较高的冗余备份能力但成本太高、车次号不能自排等缺陷，并对系统的硬件结构进行了优化设计，增加了本地车辆排路设备和本地时刻表处理设备，简化了操作界面，方便调度员的操作，降低了运营成本，提高了运营效率，确保了列车能够在距离很小的通道下产生间隔安全高效的运行。