基于智慧運維系統(tǒng)的城軌列車運行狀態(tài)回放功能的研究

(1.中車株洲電力機車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，湖南 株洲 412001；2.深圳市地鐵集團有限公司運營總部車輛中心，廣東 深圳 518000)

0 引言

近年來，城市軌道交通得到了迅猛的發(fā)展，在發(fā)展的同時，對城軌列車的運行安全也提出了更高的要求。城軌列車智慧運維系統(tǒng)已實現(xiàn)對列車運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和分析，以保證列車運行的安全。考慮在已經(jīng)具有列車定位[1]數(shù)據(jù)的前提下，如何利用好這類數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)人員對列車運行狀態(tài)全過程進(jìn)行分析提供可視化支持，為列車運行安全提供高品質(zhì)的保障。基于此，本文對城軌列車運行狀態(tài)可視化回放功能進(jìn)行研究，并將此研究應(yīng)用到智慧運維系統(tǒng)中。

1 基于智慧運維系統(tǒng)的列車運行狀態(tài)回放功能的研究

1.1 研究難點

此研究用到的現(xiàn)有列車數(shù)據(jù)包括列車定位數(shù)據(jù)和列車狀態(tài)數(shù)據(jù)，列車定位數(shù)據(jù)包括時間、信標(biāo)公里標(biāo)標(biāo)識、位移值，列車狀態(tài)數(shù)據(jù)包括列車全部重要參數(shù)數(shù)據(jù)，如速度、時間、牽引、制動、溫度等。如何將這兩類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來同步繪制回放曲線(數(shù)據(jù)源不同可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)時間不同)，如何對列車定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和彌補(列車定位數(shù)據(jù)會出現(xiàn)缺失)成為兩大難點。

1.2 列車運行軌跡繪制

1.2.1 線路擬合校正

智慧運維系統(tǒng)在收到列車定位數(shù)據(jù)后按照解析規(guī)則對其進(jìn)行解析并存入到Hbase中，存儲格式為：以接口號+列號+時間為rowkey，字段分別是列號、時間、列車定位、速度、高度等。列車運行軌跡回放模塊被觸發(fā)后(需輸入列號)，首先到Hbase中將對應(yīng)列車的定位數(shù)據(jù)讀取出來，并根據(jù)時間先后對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，然后根據(jù)時間和列車定位絕對位置值在列車線路圖上繪制曲線。最后將繪制出的曲線與列車線路進(jìn)行對比，能夠落到列車線路范圍內(nèi)的列車定位值點認(rèn)為是正確的，落到列車線路范圍外部的點認(rèn)為是有誤差的，需對這些有誤差的位置值進(jìn)行校正，對其進(jìn)行最小值校正后能夠落在列車線路內(nèi)即可。

1.2.2 逐點比較插補法

此時已經(jīng)形成了列車的運行軌跡，但是由于如網(wǎng)絡(luò)中斷、設(shè)備故障等多種原因，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，則會導(dǎo)致曲線是不連續(xù)的，那么需要將曲線按照是否連續(xù)進(jìn)行分段。然后利用研究的列車線路差補法對分段后的曲線進(jìn)行彌補，具體彌補算法見圖1所示。具體過程為：第一步是將曲線分段后按照時間大小進(jìn)行編號，如曲線1、曲線2、曲線3等；第二步是取1和2的相鄰兩個坐標(biāo)點，計算這2個坐標(biāo)點是否在同一條列車線路內(nèi)，如果是則直接將這兩點按照列車線路的軌跡連接起來，如果不是則走第三步，即分別判斷兩點所處的列車線路，然后判斷這2條列車線路如何交匯，并根據(jù)交匯軌跡利用逐點比較差補法將2條曲線連接在一起成為一條曲線，以此類推。彌補的最終結(jié)果是，使兩段不連續(xù)的曲線變得連續(xù)且保證落在列車線路內(nèi)，最終形成一條完整的列車運行軌跡曲線。

圖1 算法流程圖

1.3 列車運行狀態(tài)回放

同樣智慧運維系統(tǒng)在收到列車WTD數(shù)據(jù)后會對其進(jìn)行解析并入Hbase中存儲，將每列車每個接口的每包數(shù)據(jù)存為一條記錄，rowkey為接口號+列號+車廂號+數(shù)據(jù)包時間。并根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則將全部SDR數(shù)據(jù)分為不同的系統(tǒng)類別，在選擇要回放的參數(shù)時可以按照系統(tǒng)類別對其進(jìn)行選擇，方便業(yè)務(wù)人員使用和分析。該模塊經(jīng)觸發(fā)后到Hbase中提取對應(yīng)條件的參數(shù)信息，并按照時間順序進(jìn)行排序，然后根據(jù)時間和參數(shù)情況繪制出回放曲線。針對繪制完畢的回放曲線，用戶可以通過鼠標(biāo)點擊的方式選擇查看某個時間點的參數(shù)值，也可以通過拖拽的方式選擇查看某個時間段內(nèi)的參數(shù)值。

1.4 將列車運行軌跡和狀態(tài)結(jié)合回放

當(dāng)列車運行軌跡和參數(shù)變化曲線都繪制完畢后，需要將兩者關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)隨著列車運行軌跡同步查看參數(shù)變化情況，真正做到城軌列車運行軌跡和參數(shù)可視化。最好的辦法是按照時間的維度將二者進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)，即相同時刻將列車運行軌跡數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)放在一起，從而構(gòu)成完整列車運行狀態(tài)曲線。在實際研究和應(yīng)用過程中，首先對兩類數(shù)據(jù)按照時間順序進(jìn)行排序，然后按照就近原則將兩者進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)，即將排序后的兩類數(shù)據(jù)分別按照時間最近規(guī)則進(jìn)行匹配，匹配后列車運行軌跡是完整且相對準(zhǔn)確的，但是WTD數(shù)據(jù)卻有可能是不完整的，是由于WTD數(shù)據(jù)是列車實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)丟失則比較難預(yù)測，暫時不考慮對WTD數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和彌補，最終形成城軌列車基于運行軌跡的參數(shù)可視化功能。

2 實際應(yīng)用成果

1)此功能可以根據(jù)列車定位數(shù)據(jù)的時間和坐標(biāo)繪制列車運行軌跡，而且研究并運用基于列車線路的插補法對軌跡進(jìn)行補充，包括對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的校正和對缺失數(shù)據(jù)的彌補，并在繪制軌跡曲線時提供多種繪制速度方便業(yè)務(wù)人員使用。能夠快速且準(zhǔn)確的在列車線路圖上繪制列車運行軌跡，可以與列車運行參數(shù)關(guān)聯(lián)供業(yè)務(wù)人員對列車運行狀態(tài)進(jìn)行分析。

2)列車參數(shù)回放模塊基于列車狀態(tài)數(shù)據(jù)，對歷史運行參數(shù)進(jìn)行回放，即對參數(shù)以繪制曲線的方式生動展示出各個參數(shù)的隨時間的情況，且與列車定位數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，最終形成列車運行軌跡與參數(shù)回放功能。簡單、直接、生動的為業(yè)務(wù)人員展示出各個參數(shù)變化情況，為業(yè)務(wù)人員對列車運行參數(shù)變化分析提供最簡單明了的基礎(chǔ)功能。

3)列車運行軌跡和參數(shù)按數(shù)據(jù)包查詢模塊實現(xiàn)在對列車運行軌跡和參數(shù)變化回放完畢后，可以對每一包數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，能夠直觀查看某個或某段時間的列車運行情況。

3 結(jié)語

此研究成果功能用模塊化設(shè)計，將列車定位數(shù)據(jù)與列車狀態(tài)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，可以一邊觀察列車運行軌跡一邊觀察列車運行參數(shù)變化情況。不僅為對列車運行監(jiān)控提供保障，也為業(yè)務(wù)人員對列車進(jìn)行狀態(tài)分析提供很好的參考。后續(xù)待城軌列車運行線路特征數(shù)據(jù)接入智慧運維系統(tǒng)后，可以考慮結(jié)合線路特征數(shù)據(jù)完善運行狀態(tài)回放功能，將城軌列車運行過程中自身狀態(tài)數(shù)據(jù)與線路數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)展示，為業(yè)務(wù)人員對城軌列車運行狀態(tài)分析提供更高品質(zhì)服務(wù)。