城市轨道交通运维需求智能化分析平台的研究及应用

文：何家明|深圳地铁建设集团有限公司

本文介绍了现代城市轨道交通运维场景中，面向城市轨道交通运维需求的智能化分析平台的优势特点。提出了一套符合智慧交通的理念的面向城市轨道交通运维需求的智能化分析平台，并大致阐述了该平台的系统架构和实际应用。

智慧交通是当前智慧城市构建中极为重要的部分之一，而城市轨道交通作为城市交通的主干道，是智慧交通构建中重要的一环。城市轨道交通建成通车后，需要投入大量人力对整个系统运营维护，以确保城市轨道交通系统的正常运行。因此，如何智能、高效的实现轨道交通运维需求也愈发重要。

一、轨道交通运维需求分析

在城市轨道交通的信号系统运营中，由于场景复杂，且各子系统之间信号传递信息量大，故一旦出现故障，通常无法通过单一的信息对故障进行分析排查。对于运营中复杂场景的故障分析，工作量大、业务专业性要求高。同时，在运营过程中，设备可能出现一些损耗或异常，从而导致系统运行存在一些潜在的风险，需要定期巡检。由于信号系统构成复杂、设备众多，对于信号系统的巡检，往往也是非常复杂的。

以深圳地铁为例，目前定期巡检、分析故障常用的方法依然是人工检查。然而，现有人工检查的问题在于，进行完一轮完整的穷举分析、检查，通常需要较长的时间。现有方法使用文本编辑器对于信息进行人工处理，这种处理方法速度慢，由于涉及到人工部分较多，容易出现误操作，导致最终结果不准确。另一方面采用文本编辑器人工分析的方法，操作步骤多，操作要求高，运营及维护人员往往无法独立完成故障的分析。并且一旦出现故障，通常无法通过单一的信息对故障进行分析、排查，对于运营中复杂场景的故障分析，工作量大、业务专业性要求高，传统的基于人工分析日志，进行维护、排障的方式需要较多人力，且效率较低。

所以，如何实现一种方法，使维护人员快速准确地检查系统状态信息、分析处理系统故障就变得越来越紧迫。

二、智能化分析平台研究

为了解决上述问题，可以运用大数据分析技术对面向城市轨道交通的智能化分析平台展开研究。该平台主要包括输入层、数据分析层、输出层（图1）。

图1 智能化分析平台架构

（一）输入层

输入层主要包括数据采集组件和城市轨道交通运营过程中的原始数据，主要功能是抓取、筛选和清洗原始数据，并将清洗后的数据存储在数据库中。这些原始数据包括各系统产生的日志、数据库中存储的运营数据、各类本地参数和各系统发送的实时数据，数据种类较多，数据量较大。该平台所选取的数据采集组件，消耗资源较少，运行较为稳定，抓取数据效率较高。抓取数据时，首先通过关键字筛选的方式，初步将符合条件的数据信息存储在缓存队列中；对于缓存队列中存储的数据，再以正则匹配的方式进行筛选和清洗，将符合规则的数据信息转换为规范化的格式；最后将规范化的中间数据信息按照时间戳顺序存储在数据库的对应索引。

（二）数据分析层

该平台数据分析层的作用是对规范化的中间数据信息进行存储和分析，并将得到的分析结果也存储在数据库的结果索引中。该平台的数据分析层分为数据库和智能分析客户端两部分。

对于运营中产生的数据信息分析，有较高的实时性要求。同时，需要展示的数据也相对较多，数据展示逻辑较为复杂。因此，该平台选取对数据的搜索、查询、聚合的效率都很高的数据库来存储中间数据信息和分析结果数据，从而满足数据分析的实时性和大量数据的复杂展示逻辑。

对于故障分析，该平台根据不同故障类型定制分析场景，建立智能分析客户端对该场景进行针对性分析。分析完毕后，将分析结果输出至数据库结果索引中存储。从而定位故障原因或故障范围，便于维保人员进行下一步排障工作。

对于设备日常巡检，该平台按照巡检需求，建立智能分析客户端。通过分析日志信息，查找出部分系统潜在的运行风险，将运行风险信息输出至数据库结果索引中存储。保证运营维保人员可以及时进行干预，从而提高系统整体运行的稳定性。

（三）输出层

该平台输出层的作用是对日志分析结果进行可视化展示：以图形，列表和告警等形式，指引用户尽早发现故障或系统潜在的运行风险，从而尽早进行排障。该平台的输出层选用了组件重用性高、系统易修改性强、可并行开发的B/S架构Web展示界面，Web展示界面的服务端又分为前端和后台两部分。具体架构如图2所示。

图2 Web展示界面架构

Web服务端（前端）为直接与用户接口的部分，即图形化展示界面Broswer的服务端。运营维保人员无需安装专用客户端，只需通过浏览器和服务地址就可以在城市轨道交通信号系统骨干网内的任意一台设备向Web服务端（前端）发送请求，查询对应的分析结果信息。

Web服务端（后台）同时与Web服务端（前端）和数据库接口。即当运营维保人员在浏览器中查询需求的数据时，Web服务端（前端）便调用Web服务端（后台）提供的对应接口，向数据库请求对应的数据。当数据库返回数据后，Web服务端（后台）再将对应的处理结果反馈给Web服务端（前端）显示给运营维保人员。同时，Web服务端（后台）还将数据库中存储的分析结果进行大数据分析，对可能发生的故障进行预警。

三、智能化分析平台应用

目前本分析平台已经在部分城市轨道交通项目中投入应用。

（一）有轨电车日志分析

1.路口异常分析

路口是有轨电车线路中重要的组成部分，平交路口的通行效率对有轨电车的运营效率有很大影响。目前有轨电车在路口多采用信标点式通信的方式告知路口优先控制器列车的运行信息。当信标出现故障的时候，有轨电车在路口的正常通行会受到很大影响，甚至可能影响路口社会交通的通行。因此针对路口信标可能出现的各类异常情况，该平台定制了路口信标异常分析客户端。

路口信标异常分析客户端，通过分析路口信标发给路口控制子系统的路口信标触发信号数据信息，分别得到每辆车通过每个路口时所触发路口信标的信息。通过将该触发信标信息与路口实际配置信息比较，得到未触发的信标信息，记为路口信标漏读信息。最后将其保存至数据库对应结果索引，以供运营和维保人员在展示界面查阅。

或者，路口信标异常分析客户端，通过分析路口信标发给路口控制子系统的路口信标占用信息，分析路口是否存在路口信标被长时间占用的异常情景。如果存在，则将该信息记为路口信标异常占用并将其保存至数据库对应结果索引，以供运营和维保人员在展示界面查阅。

又或者路口信标异常分析客户端，通过分析路口控制子系统发给社会交通控制系统的路口占用信息，分析是否存在路口处于长时间占用状态的异常情景。

2.网络状态巡检

有轨电车信号系统各子系统之间主要通过网络进行通信，信号系统骨干网中又包含众多网络通信设备和终端设备。如果交换机、无线接入点、售票机、PIS屏等设备网络状态出现异常，可能会对有轨电车的运营造成不利影。

针对网络状态的巡检，该平台建立了网络状态巡检客户端，每日运营结束后，对信号系统骨干网中的各网络设备和终端设备进行一次巡检。如发现设备存在异常信息或潜在运行风险，则将该信息记录并将其保存至数据库对应结果索引，以供运营和维保人员在展示界面查阅。

3.早晚点信息分析

有轨电车也需按照每日计划运营，从而保证乘客乘车体验。但作为半独立路权的轨道交通制式，有轨电车的运营环境较地铁更为复杂，因此更难提高准点率。针对这个痛点，该平台建立了早晚点信息智能分析客户端，协助运营人员找到早晚点发生的原因，从而提高有轨电车的准点率。

早晚点信息智能分析客户端将有轨电车整体运营过程分为站间运行和停站作业两部分。通过分析列车计划到、离站时间，实际到、离站信息和各交路的线路信息，计算出列车在各交路中的旅行速度，及列车在哪一部分发生了早晚点，从而分析列车早晚点的具体原因。

列车在站间运行时，又可以根据线路区域划分为路口区域和非路口区域。对列车在路口区域的运行信息分析主要包括：优先开放时间分析，路口区域旅行速度分析，路口等待时间分析，路口理想请求位置分析。非路口区域的运行信息分析主要为旅行速度分析。列车进行停站作业时，对列车作业信息的分析主要为停站时间分析。

早晚点信息智能分析客户端通过这些分析,向运营人员提供一些提高有轨电车运营准点率的针对性建议。

（二）地铁ATS子系统日志分析

1.ATS故障分析

地铁ATS子系统的主要功能为：列车运营监督、车次号管理、自动进路控制、列车运行调整及时刻表管理等。通过ATS子系统，运营人员能够监控整条有轨电车线路的运行情况。部分ATS故障发生的原因较为复杂，可能是多个因素共同作用导致的。这类故障的分析对故障分析人员有较高的专业知识要求，针对这类故障，该平台建立了ATS故障智能分析客户端。

ATS故障智能分析客户端通过分析道岔控制器发给车站ATS服务器的数据码位信息，判断每列车通过道岔控制器时进路是否正常自动触发。如果进路没有自动触发，就分析并记录进路不能自动触发的原因。

ATS故障智能分析客户端通过分析各列车发给ATS子系统的列车服务号信息，确认各列车是否领号成功。如未领号成功，则记为列车未自动领号，同时分析列车发给ATS子系统的车载状态信息和反馈信息，得到列车未自动领号的原因并记录。

ATS故障智能分析客户端通过分析综合监控子系统发给ATS子系统的各类信息，确认综合监控子系统和ATS子系统通信状态及各强弱电模块的状态。对各类异常的状态信息进行告警，同时分析异常发生的原因。

2.ATS系统深度巡检

ATS子系统设备一般较为分散，软件模快较多，软件结构较为复杂。同时ATS子系统作为中心调度监控系统，与有轨电车各子系统均有较多信息交互。该平台建立ATS系统深度巡检智能分析客户端。通过分析各类日志信息，查找出ATS子系统中潜在的运行风险，将运行风险信息输出至数据库结果索引中存储。保证运营维保人员可以及时干预，从而提高系统整体运行的稳定性。

ATS系统深度巡检智能分析客户端能够分析各ATS软件模块的运行日志，检索到相关设备、软件的异常信息，查找出各ATS软硬件模块、内外接口中存在的各类异常状态信息，并提示运营维保人员。此外ATS系统深度巡检智能分析客户端还能对第三方软件，如数据库、杀毒软件的运行日志进行分析，对这类第三软件的运行状态进行监控。尽早发现整个ATS子系统中存在的各类异常信息，从而提高系统的运行稳定性。

面向城市轨道交通运维需求的智能化分析平台在部分城市轨道交通项目中投入使用，很大程度上缓解了运维人员的工作压力，大大提高了整体运维效率。