城市交通信息采集系統故障診斷技術研究

張小平 ，李 亞 ，崔道江 ，禪錦玉 ，郭 玉

（1.新疆輕工職業技術學院信息與軟件分院，新疆烏魯木齊830021；2.新疆教育考試院，新疆烏魯木齊830000）

城市交通信息采集系統故障診斷技術研究

張小平1，李 亞2，崔道江1，禪錦玉1，郭 玉1

（1.新疆輕工職業技術學院信息與軟件分院，新疆烏魯木齊830021；2.新疆教育考試院，新疆烏魯木齊830000）

傳統的故障修復方法已經無法滿足現代城市復雜的交通信息采集系統的需求，由于技術的不成熟性，導致大量信息數據的丟失，而且還存在故障排查的不準確性與低效性等問題。為此，提出城市交通信息采集系統故障診斷技術研究。首先對設備本身和系統本身出現的故障性分析構建出了診斷技術的硬件框圖；然后根據診斷軟件的流程圖以及故障診斷的可信度函數對系統的軟件保障進行了分析；最后對信息采集系統的故障診斷技術的可信度為實驗目的進行了探究。實驗結果證明，城市交通信息采集系統的故障診斷技術的設計非常的合理，能夠利用系統分解的方法將繁瑣的信息問題分解成若干個相對簡單的信息單元，從而高效合理的診斷故障發生的原因，該技術會為交通的日常維護以及設備管理等方面帶來巨大的效益。

城市交通；信息采集；系統故障；診斷技術

城市交通信息采集系統的復雜程度決定著故障診斷技術的水平，傳統的故障診斷技術已經無法滿足現代城市復雜的交通信息采集背景，缺乏一定的準確率和一定的安全性能[1-2]。故障診斷技術系統是一個動態的分布式求解的系統，不僅能夠實時的將信息進行安全性分析，還能使全局的系統處在一個安全性能的范圍內[3-4]。信息融合作為故障診斷的一種信息處理過程，能夠將來自不同體系的知識源進行自動分析綜合，并完成信息采集系統所必須的決策與估量[5]。雖然故障診斷技術融入到信息采集系統的時日并不長，還存在著交通領域知識性缺乏、知識獲取難度大等問題，但是卻為交通信息采集龐大的數據信息與診斷機理的綜合利用提供了一條方便的途徑。

在城市交通的信息采集系統中，通過控制設備進行全面的監視，對診斷技術的硬件配置要得當[6-7]。通過使用ECS系統對交通環境進行管理，確保每一個信息采集設備處于節能、高校的狀態之中，利用故障診斷技術的在線功能對系統的各個硬件配置進行診斷，充分發揮各個設備硬件應有的功能。故障診斷技術的管理軟件，包含了可信度函數對軟件的診斷以及專家的系統診斷，能夠及時的發現傳感器與控制系統存在的安全隱患，進行報警并及時的維修。

文獻[8]中提出了基于Agent的信息融合技術，通過對設備故障的診斷技術可以有效的解決人工查閱信息采集對異常情況檢測的問題；文獻[9]中Feighbaum教授提出了基于專家系統的交通信息故障診斷的技術，促使人們意識到故障診斷的重要性；文獻[10]中提出了基于貝葉斯網絡的交通信息故障的診斷技術，來推理不確定的信息數據，并與圖像理論進行融合。

1 故障診斷技術研究

在城市的道路岔口存在著許多信息采集的設備，不僅設備的數量龐大，而且設備的內部系統的各種組成部分之間都存在著復雜的關系。根據不同地點的信息采集數量也大不相同，因此需要對信息采集系統的本身以及設備的本身進行故障的診斷。設備本身的故障主要是系統內的傳感器、控制器出現的故障，應該及時檢測有關系統的參數設置及狀態。而系統的本身缺乏較完善的檢測功能，應該實時的檢測信息采集的有關數據。根據故障的原因，對系統進行故障診斷的時候應該考慮硬件配置與軟件保證的問題。

1.1 硬件配置

城市交通信息采集設備的選擇上，應該建立多方位的診斷技術。交通的信息采集數據需要根據制度進行簡單的故障診斷。硬件配置的重要組成部分選用的是某國內的最新品牌，在新一代的最高指標產品的環控作為主要的硬件配置設備，該設備的最大特點就是所有的組件都自備電源，并且在組件的時候使用的是DCS的系統準則作為主導理念。

針對每一個組件都設置一個IO的通道來進行獨立的組態，在高性能處理器對系統的運作基礎上實時的監視每一個通道的狀態。通過處理器監視的IO模板反映出來的現象，可以準確的對故障的位置進行定位。

1.1.1 故障診斷技術的在線功能

設備中配有PLC的工具，可以方便的對網上進行信息的讀取，并向各個的PLC下載相對應的程序，并對PLC程序進行在線故障診斷技術的編輯，并對程序語言進行優化。如果出現小的錯誤，工程師可立刻進行修改，以至于不影響PLC的正常工作。

對于組件的配置，特別是連接信息采集的鈦網設備，必須采用的是具有光纖環的網絡，并利用組件內部的網絡進行傳輸，其速度可在500 ms以內就能快速的做出決定，使城市交通信息采集系統保持暢通。在道路交叉口采用是UPS對信息采集系統進行監視，如果出現了信息不采集的情況，就要進行自動報警，以及時的發現故障的原因，并快速的使用診斷技術進行故障修復。

1.1.2 故障診斷功能

利用信息采集的故障診斷技術的在線功能對PLC進行進行診斷。目的就是能夠查找故障發生的原因，主要功能包括:

1）應用PLC工具對電源組件進行在線診斷；

2）對信息采集現實IO模板進行在線診斷；

3）每一個通道的組件進行內部診斷。

1.1.3 基于在線診斷功能的硬件配置

基于在線診斷功能的硬件配置主要包括的是推理與控制的策略。推理策略研究的是信息采集出現的故障征兆與組件之間復雜的邏輯關系，一般包括的是演繹的推理與歸納的推理；而控制策略研究的是整個信息采集故障診斷的控制策略，一般包括的是正向推理的策略與反向推理的策略。由此推斷出信息采集故障診斷的硬件框圖。

1.2 軟件保障

每一個交通口都要專門設置一個信息采集系統，因此，故障診斷的工作量就會變得非常的大。在設置軟件編程的時候，應充分考慮報警的功能，如果出現信息采集故障的問題，后備的操作裝置立刻啟動報警的功能，準備接受來自后備面板的指控的命令，來維持系統的基本運行。故障診斷軟件的流程圖如圖2所示。

圖1 信息采集故障診斷的硬件框圖

圖2 故障診斷的軟件流程圖

信息采集的軟件出現問題，需要遵循如下算法:設c1c2分別為同一個信息識別框架上的2個不同的故障診斷可信度函數的分配，其焦元分別為:

由此可得出可信度的函數為:

當λk=β時，c(λk)=0，其中:

其中q表示的是λi1與λj2的所有可信度的乘積之合，如果λi1與λj2在信息識別框架中不同時出現，那么就不會發生故障的問題。

2 實驗結果與分析

為了驗證城市交通信息采集系統的故障診斷技術的合理性，進行了實驗。數據來自于德國科學家Petri的數學模型，以信息采集系統中的目標故障為源頭，進行組件之間的實驗構建。當信息采集的過程出現問題的時候，該系統能夠準確對出現故障的地方進行診斷。

2.1 實驗步驟

針對城市交通信息采集系統故障診斷技術研究的實驗設置參數。設W為信息采集的框架，β為空集，Q為W內的假設命題，函數T在[1,2]區間的范圍內，滿足:

公式（4）表示的是:當β的信息采集的系統故障診斷可信度滿足所有假設命題的時候，其診斷的可信度為1；

當采集的系統故障診斷為空集的時候，其診斷的可信度為0。

在一定周期內，假設多個命題進行技術診斷的實驗，可以獲得可信度的分配情況，用Tab(Qk)來表示。那么第a個命題中的可信度表示的是在周期b內的命題Qk的后驗故障診斷的可信度。其中，b=1,2,3,…,i；a=1,2,3,…,n；k=1,2,3,…,n。根據上述參數，具體實驗步驟如下:

將每一個診斷周期所獲得的各自命題進行信息融合，經過驗證其可信度分配表示為:

其中，

根據公式（5）（6）可以得到信息融合后的可信度:

其中，

由上述的實驗步驟獲得城市交通信息采集系統故障原因的數據，如表1所示。

2.2 實驗結果

根據上述的實驗步驟中的表3可知信息融合后的大量數據，由此對數據進行組合。首先將T11T12T13T14進行組合，得到的周期命題為Q1的結果是:

表1 信息融合后的可信度數據

然后使用同樣的方法，得出命題Q2的結果是:

由此方法進行組合得出的Q3和p的結果分別為:0.34、0.27。利用相關的實驗步驟可得到個命題的可信度結果如表2所示。

表2 信息融合后的可信度結果

表3 每一個診斷周期的可信度結果

由表2、3得出的各命題信息融合后的可信度結論:根據表2，若T1的可信度為0.520，大于T2T3和p的可信度值，那么系統故障的原因可能是系統連接線損壞。因此，城市交通信息采集系統的故障診斷技術的設計非常的合理，日后該技術必然會成為城市交通信息采集系統診斷以及設備日常維護的重要技術。

3 結束語

城市交通信息采集系統的升級與故障診斷技術是密不可分的。在復雜的交通情況下，對信息采集的故障診斷技術是至關重要的，如果不能及時的排查，就會導致系統癱瘓，大部分數據就會丟失，嚴重影響城市交通的管制。因此，通過系統分解的方法將繁瑣的信息問題分解成若干個相對簡單的信息單元，從而高效合理的診斷故障發生的原因。故障診斷技術的理論依據來自于信息融合的技術，構建出了城市交通信息采集故障診斷系統，并建立了信息儲存的知識庫以備用，不但可以保存實際信息采集系統運營的全部信息，還可以不斷的豐富知識庫，相信在不久的將來，該技術會為交通的日常維護以及設備管理等方面提供有力的診斷工具，對系統安全的運行具有較大的作用。

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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稿件編號：201706101

張小平（1982—），女，陜西漢中人，碩士，講師。研究方向：移動應用開發。