軌道交通綜合監控系統中智能報警功能的實現

石 琦 梁 奕 華寅飛

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高級工程師）

軌道交通綜合監控系統中智能報警功能的實現

石 琦 梁 奕 華寅飛

（國電南瑞科技股份有限公司，210061，南京∥第一作者，高級工程師）

介紹了一種綜合監控系統智能報警的實現方法。它主要是通過對報警信號進行分類處理，提取有用的故障報警信息，將短時間內連續發生、有內在關聯的一組事件信息進行綜合推理判斷，產生1條新的更有意義的報警；同時利用專家知識庫提供的事故處理方法可以實現事故的快速定位和處理。該方法可減輕值班員的負擔，對提高工作效率、減少事故的危害性、提高系統安全運行有重要意義。

軌道交通；綜合監控系統；智能報警；專家系統

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

隨著計算機技術和通信技術的迅速發展，以及設備裝備水平的提高和監控自動化技術的發展與應用，軌道交通領域的自動化程度越來越高，信息量也越來越大；相應地，對綜合監控系統的要求，尤其是對報警信息處理能力的要求也越來越高。通過綜合監控系統統一的軟硬件平臺、統一的人機交互界面，實現資源共享、互聯互通，可提高地鐵整體的運營調度管理水平［1］。然而，從目前已經實施的軌道交通綜合監控系統來看，有一項很重要的工作沒有做。即：現場設備的所有信號已通過自動化系統采集上來，信息量足夠豐富，但沒有進行進一步的加工處理［2］。由于各種信號動作頻繁，致使值班員監控任務較重，因此很容易遺漏重要告警信號。而延誤處理就會造成事故。一旦發生事故，動作的事件記錄又很多，值班員勢必眼花繚亂，無所適從，很難抓住重點，因而會影響事故的正確處理。為此，本文介紹了綜合監控系統中智能報警的一種實現方式。

1 智能報警功能模塊及功能

專家系統是人工智能應用研究的主要領域，是一個具有大量的專門知識與實際經驗的程序系統。它應用人工智能技術和計算機技術，根據某領域多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬專家的決策過程，以便解決那些需要專家處理的復雜問題。專家系統一般可劃分為解釋型、診斷型、設計型、預測型、規劃型、監視型、控制型、調試型、教學型、修理型、決策型及管理型等。本文中的專家系統是診斷型專家系統。

智能報警功能是綜合監控系統報警功能的高級應用，有利于值班員及時找到發生故障的原因并采取有效措施。該智能報警功能采用模塊化設計思路，由定義、智能報警推理、處理報告等3個程序組成，具有實時性、實用性、易用性及開發性等特點。智能報警模塊的結構框圖如圖1所示。

智能報警功能模塊主要是通過對報警信號進行分類處理，提取有用的故障報警信息，將短時間內連續發生、有內在關聯的1組事件信息進行綜合推理判斷。智能報警系統中的知識庫保存有各專業系統領域專家的大量知識。這些知識包括各類事故發生的原因以及處理措施。當短時間內發生的一系列報警事件滿足事先定義的推理條件后，報警窗中的“推理報警”頁面上發出1條綜合的推理報警；通過該推

理報警可以查看事故發生過程及處理方案。該智能報警功能模塊不僅可以減輕值班員的工作量，而且還可以提高事故異常處理的準確性和快速性，保障系統的安全運行。該智能報警功能模塊可以用于軌道交通領域、電解鋁等多個行業的綜合監控系統上。

圖1 智能報警功能模塊的結構框圖

2 智能報警功能模塊主要技術特點及實現

2.1 技術特點

該智能報警功能模塊是在現有的綜合監控平臺上開發的，實現了與原有報警子系統的完美融合；同時支持在線修改和增加新的智能報警，不會影響綜合監控系統的正常運營。該智能報警功能模塊具有以下特點。

1）完善的跨平臺支撐軟件：Qt是一套跨平臺的界面庫，屏蔽了絕大部分與特定操作系統相關的接口；CORBA組件保證了網絡調用與平臺的無關性；采用標準C++語言，面向對象技術。標準C++的移植性很好，在不同操作系統下都具有良好的兼容性，與操作系統相關的操作（比如文件操作、目錄操作、繪圖操作、網絡通信等）均被封裝在公共的模塊庫中，對上層軟件來說是透明的、不關心的。這樣實現的一套軟件代碼，可在不同平臺上各自進行編譯。

2）消息總線：采用基于“發布/訂閱”模型的消息總線，實現在復雜網絡環境下數據的可靠傳送。消息總線支持一個事件驅動模型，消息產生者和使用者都參與消息的傳遞。產生者發布事件，而使用者訂閱感興趣的事件，并使用事件。產生者將消息和一個特定的主題（Channel）連在一起，消息系統根據使用者注冊的興趣，將消息傳給使用者。

3）邏輯判斷和公式計算：智能報警推理中可以定義若干個觸發條件。通過這些觸發條件之間的邏輯運算結果可得出相應結論。智能報警推理中除了簡單的邏輯判斷條件以外，還有使用腳本語言來描述復雜的觸發條件。智能報警推理后臺服務封裝了lua腳本引擎模塊。該模塊可以訪問實時庫。也就是說，lua腳本可以以實時庫中的數據作為操作數，根據計算結果判斷是否滿足智能報警推理中的觸發條件［3-4］。

4）推理技術：智能報警功能模塊采用人工智能的推理機技術。推理機針對當前問題的條件或已知信息，反復匹配知識庫中的規則，獲得新的結論，以得到問題求解結果。推理方式可以有正向和反向推理兩種：正向推理從條件匹配到結論；反向推理則先假設一個結論成立，然后再看它的條件有沒有得到滿足。在一個“短時間”內，系統連續發生多個事故或告警信號。這些連續發生信號是一個存在關聯的有機整體，稱為一個“綜合事件”。這個“綜合事件”必然是由某個事故或異常引起的。推理邏輯根據發生的“綜合事件”推理出發生了何種異常和事故，給出一個綜合的判斷和處理方案。智能報警功能模塊設定一個時間窗，是考慮現場信號經自動化系統傳送到智能報警后臺服務存在時間上的偏差，即現場同時發生的幾個信號在智能報警后臺服務中接收的時序上是存在一定偏差的。這個時間窗就是解決躲過自動化系統信息處理時間，但又不能太長，否則沒有關聯的信號也會被并入這一“綜合事件”。時間窗一般可以整定為3～10 s，并可以根據現場運行情況靈活調整。

5）知識庫：知識庫用于存放專家提供的知識。智能報警功能模塊的問題求解過程是通過知識庫中的知識來模擬專家的思維方式。知識庫與智能報警功能模塊程序是相互獨立的，可以通過改變、完善知識庫中的知識內容來提高其性能。智能報警功能模塊可提供完善知識庫的友好、簡潔維護界面。

6）關聯處理方案：智能報警功能模塊必須包含各個系統領域專家的大量知識，擁有類似人類專家思維的推理能力，并能用這些知識來解決實際問題。系統具備在較短的時間內收集所有與事故異常相關的重要信號，推理出該異常事故，并關聯到該事故的處理方法，協助監控人員及時進行準確分析、處理，并削弱事故對系統的影響，減少異常的危害性。智能報警功能模塊提供的事故異常處理方案可作為值班員良好的技術指導教材，與現場設備緊密結合，便于監控人員熟悉設備、熟悉回路、熟悉事故及異常處理的方法。

2.2 程序流程

智能報警服務的推理過程如圖2所示。該服務

進程有一個線程接收消息總線的消息，當收到定義的推理報警中的任何一個觸發條件時就啟動推理流程：首先，從推理結果表中查找該信號可能會產生哪些推理結果；然后，依次針對每條推理結果，從消息緩存隊列中查找最近的記錄，看能否找到滿足本條推理結果需要的其他條件；如果不滿足則直接進行下一條推理，如果滿足則給出推理結果。如果推理條件中含有公式，在滿足所有除公式外的條件后再調用公式計算該條件是否滿足，公式計算條件也滿足后再給出推理結果。推理結果出來后并不表示推理結束，還需要繼續下一條推理，因為1個信號可能影響多條推理。

圖2 智能報警服務的推理過程

2.3 應用舉例

假設某綜合監控系統中定義電力監控與數據采集系統的“變壓器故障”，發生該事故的判斷條件包括：①相鄰開關分閘；②保護信號動作；③變壓器油溫Ⅰ＞80℃或油溫Ⅱ＞80℃。

上述條件①、②由普通的數字量點信號表示，在定義時直接定義各自的目標值就可以了；條件③是一個模擬量點信號描述的條件，需要通過公式來定義。該公式有2個輸入參數（In［1］為輸入油溫Ⅰ、In［2］為輸入油溫Ⅱ）。定義公式如下：

該智能報警推理中，當收到條件①或②的信號時啟動推理流程，當條件①或②都滿足后再調用公式計算條件③是否滿足；當條件③也滿足后，報警窗上將出現1條推理報警，即“變壓器故障”。點擊該報警可以查看該推理報警的詳細報告，其中記錄了相關事故發生的過程，同時列出該推理報警的處理措施。

3 結語

該智能報警功能模塊是在國產綜合監控系統RT21-ISCS平臺上實現的。RT21-ISCS平臺已經應用在南京地鐵2號線、北京地鐵房山線、北京地鐵9號線和6號線、重慶地鐵3號線等多個城市軌道交通項目上。

綜合監控系統智能報警功能模塊的建立和完善，不僅可以減輕值班員的負擔，而且當事故發生時可以實現事故的快速定位，同時利用專家知識庫為維修人員處理事故提供了有利條件。這對提高工作效率、減少事故的危害性，對系統安全運行有著重要的意義［5］。

［1］ 王開滿，張慎明，江平.軌道交通自動化監控系統的特點及其發展趨勢［J］.城市軌道交通研究，2006（2）：1.

［2］ 楊帆，蕭德云.智能報警管理若干研究問題［J］.計算機與應用化學，2011（12）：1485.

［3］ Ierusalimschy R.Lua程序設計［M］.2版.周惟迪，譯.北京：電子工業出版社，2008.

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

［5］ 郭偉.電力系統調度自動化智能報警探討［J］.機械管理開發，2010（1）：64.

［6］ 葛鑫，蔡金，徐俊杰，等.城市軌道交通綜合監控系統聯動功能的設計與實現［J］.城市軌道交通研究，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）