基于數(shù)據(jù)挖掘的ATP設(shè)備故障分析方法

曹雙強

(通號工程局集團有限公司，北京 100071)

列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）是列車運行控制系統(tǒng)的核心安全設(shè)備，包括車載主機、無線傳輸單元、應答器信息接收單元、軌道電路信息讀取器（TCR）、測速測距單元、人機交互接口單元（DMI）、列車接口單元（TIU）、司法記錄單元（JRU）等多個子系統(tǒng)。車載主機是車載ATP 的核心處理單元，實現(xiàn)車載ATP 的核心安全控制功能。車載主機綜合列車數(shù)據(jù)、線路描述、行車許可、臨時限速信息，生成動態(tài)速度監(jiān)控曲線，并根據(jù)速度監(jiān)控曲線自動監(jiān)控列車運行狀態(tài)，必要時向列車輸出制動命令，確保行車安全。

1 車載ATP介紹

1.1 ATP控制設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成

以C2 某型號車載設(shè)備為例，ATP 控制設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。將ATP 控制設(shè)備主體連接到以下設(shè)備上，基于地面獲得的信息進行速度控制。

1）車體無熔絲斷路器盤（No Fuse Braker，NFB）面板

圖1 C2某型號車載設(shè)備構(gòu)成示意圖Fig.1 Schematic diagram of a type of CTCS-2 onboard equipment composition

提供ATP 設(shè)備電源的控制開關(guān)。

2）車體操縱器

將車體操縱器（牽引，制動，零位，向前，向后）的信號傳遞給ATP 控制設(shè)備主機。

3）車載人機接口（Driver Machine Interface，DMI）

將速度、顯示信息通過圖像、聲音輸出。并可以輸入模式切換等司機指令。

4）LKJ-2000

在CTCS-0 區(qū)間走行時，作為控制設(shè)備的車輛監(jiān)控設(shè)備。

5）車體配電盤

將ATP 的制動指令傳遞給車體制動控制設(shè)備的設(shè)備。

6）監(jiān)視器（Monitor，MON）

在CRH2 型車上，對車輛運行和車輛搭載機器動作相關(guān)信息集中管理（CRH1 型車不安裝）。

7） 剎 車 控 制 單 元(Brake Control Unit，BCU)

在CRH2 型車上傳遞來自ATP 的速度信號?；谒緳C的制動手柄操作及來自ATP 控制設(shè)備主體的制動指令進行制動控制（CRH1 型車不安裝）。

8）速度傳感器

將車輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為速度脈沖（速度信號），傳給ATP 控制設(shè)備主體。

9）應答器信息傳輸模塊（Balise Transmission Module，BTM）天線

將從Balise 地面應答器接收到的Balise 信號，傳遞給ATP 控制設(shè)備主體。

10）軌道電路讀取器（Track Circuit Receiver Uint，TCR）天線、TCR 接線盒(TCB)

將軌道電路的信號傳送給ATP 控制設(shè)備主體。

1.2 ATP內(nèi)部構(gòu)成

ATP 控制設(shè)備主體內(nèi)部構(gòu)成如圖2 所示。ATP控制設(shè)備主體由以下設(shè)備構(gòu)成。

1）VC1、VC2 單元

以故障—安全原理動作的安全計算機是由雙系VC1、VC2 構(gòu)成的。采用的是冗余結(jié)構(gòu)，即使一個系出現(xiàn)故障，其整體也可以正常工作。通過和BTM間的RS-422 通信輸入Balise 報文，通過和TCR的RS-422 通信輸入軌道電路信息，通過速度分配盤輸入的速度信號，生成速度核查模式，將制動指令輸出給繼電器邏輯單元（Relay Logic Unit，RLU）；通過和DMI 的RS-422 通信，輸入按鍵操作及輸出顯示/聲音/語音指令。

2）數(shù)據(jù)記錄單元（Data Recording Unit，DRU）

DRU 通 過 和VC1、VC2、BTM、LKJ-2000的RS-422 通信，收集各個部分的信息，還有輸入來自RLU 的繼電器接點信息，將各種信息記錄在PC 卡上。

3）RLU 單元

RLU 將來自VC1、VC2 的制動指令、過分相指令經(jīng)繼電器接點中轉(zhuǎn)后輸出給車體。如果VC 單系出現(xiàn)故障，將隔離故障系，從而使ATP 整體工作正常。

4）TCR 單元

解讀TCR 天線收到的軌道電路信號，通過RS-422 向VC1、VC2 發(fā) 送。 利 用 電 波 向LKJ-2000 傳送軌道電路信號。

5）BTM

圖2 車載設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Internal structure diagram of onboard equipment

解 讀BTM（Balise Transmission Module)天線接收到的Balise 信號，將Balise 報文傳送給VC1、VC2、DRU；將載波檢測(Carrier Detect，CD）信號輸出給 VC1、VC2。

6）速度分配盤

將速度傳感器輸出的速度信號分配給VC1、VC2、BCU、MON。

7）ATP 隔離開關(guān)

ATP 隔離開關(guān)將來自ATP 設(shè)備的制動指令（ATP 制動指令）、過分相相關(guān)信號進行隔離。

8）LKJR

LKJR 繼電器對來自ATP 設(shè)備的制動指令（ATP 制動指令）和來自LKJ 的制動指令（LKJ制動指令）進行切換。另外，LKJR 繼電器在RLU 上的名字是LKJOAR，LKJOBR。

9）風扇

風扇用來對ATP 控制設(shè)備內(nèi)部進行強行制冷，通過DRU讀取風扇故障信號可進行監(jiān)控。

10）濾波器盤

DC 110 V 輸入電源用的噪聲過濾器。

11）風扇電源

DC 110 V 生成風扇用的供電電源。

2 數(shù)據(jù)挖掘分析車載設(shè)備故障

2.1 數(shù)據(jù)挖掘介紹

在車載運維過程中，存在許多監(jiān)控工具，在每天產(chǎn)生紛繁復雜的告警數(shù)據(jù)中，存在大量的冗余告警信息，它們之間隱藏著一些具有強關(guān)聯(lián)性的告警規(guī)則，也就是說某些設(shè)施的指標告警是由于別的指標告警引起的。不同類型的設(shè)備之間，設(shè)備的指標之間，都存在這樣的關(guān)系，只有找到產(chǎn)生告警的根本原因，才能快速、有效地排除故障，確保業(yè)務系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。告警關(guān)聯(lián)分析通過融合并轉(zhuǎn)化多條有聯(lián)系的告警，將它們轉(zhuǎn)換成一條或幾條包含更多故障信息的告警，以此達到降低活動告警的種類和數(shù)目，減輕運維人員的工作壓力，提高故障精確定位效率，使系統(tǒng)運行快速恢復正常。

2.2 數(shù)據(jù)挖掘故障分析

VC1、VC2 的OPE 基板LED 顯示與故障查找列表，如表1 所示。

如表1 所示，利用LED 等來判斷故障種類非常多并且不能定位到精確原件故障，必須通過運維人員進行判斷，決定如何采取措施來解決問題。

表1 VC1、VC2的OPE基板的LED顯示與故障查找Tab.1 LED display and trouble shooting of OPE baseplate of VC1 and VC2

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)有規(guī)律可循。如果多個變量的取值之間存在某種規(guī)律性，則稱之為關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)中項集之間的相關(guān)聯(lián)系。

在車載設(shè)備的眾多報警和故障信息表中，如果利用數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)分析方法，可以迅速簡化告警信息，定位故障點，如表1 中19 種故障點背后可能存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以迅速定位故障，不用再通過人工查找和分析，提高效率，恢復故障更加快速。

3 結(jié)論

數(shù)據(jù)挖掘中關(guān)聯(lián)分析的目的是找出數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)中項集之間的相關(guān)聯(lián)系。使用告警關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，使用數(shù)據(jù)挖掘方法，快速找到數(shù)據(jù)背后所包含的各種故障告警，縮短維護人員尋找故障的時間，使故障系統(tǒng)快速回復正常工作狀態(tài)。