地铁列车信号系统的自动维护与预警系统的制作方法

本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种地铁列车信号系统的自动维护与预警系统。

背景技术：

列车控制系统是保障铁路行车安全、提高运输效率的主要设备。车载信号设备是列车运行控制系统的关键设备之一，主要功能为列车保护速度曲线计算以及防护、列车位置计算和列车自动驾驶。车载信号设备的性能是否良好直接关系到行车安全和线路运营的效率。

车载信号设备接口复杂，使用的传感器数量较多，属于故障率相对较高的子系统。为了降低设备的故障率，设备管理部门主要是靠计划性维护和事件性维护对设备状态进行管理。计划性维护主要是靠维护部门按照日计划、月计划、季度计划和年计划等周期性、定期的去执行相关设备的维护和故障排查。计划性维护属于主动维护，维护的成本与维护的频率以及维护的范围成比例。事件性维护主要是在设备发生故障后进行故障排查。计划性维护与事件性维护均需要依靠记录下来的车载信号设备的状态信息进行分析。

目前，国内外的地铁信号系统对车载信号设备的状态信息已有记录，一般是从车载信号设备中独立出一个接口单元来。该接口单元一方面作为车载信号设备与车辆、车载信号设备之间、车载信号设备与地面设备的接口单元使用，一方面对车载信号设备状态相关数据进行了直接记录。

当进行维护和故障分析时，需要维护人员人工把记录着车载信号设备状态信息的日志下载下来并手动对其进行分析。

然而，这种维护方法存在着如下几点缺陷：

1)收集行车日志的过程需要耗费大量人力。维护人员需要登乘列车，使用专门的下载工具与软件进行行车日志下载作业。如果需要进行数据分析的目标列车数量较多，则需要维护人员依次登乘目标列车进行行车日志下载作业，这就大大的增加了维护人员的工作量。

2)分析日志对维护人员的经验要求较高。不同经验的维护人员定位故障的效率大不相同。并且即使对于经验较高的维护人员来说，由于分析日志过程的繁琐，其工作效率也很难再加以提高。

3)因为事件性维护是在设备发生故障后进行故障排查，所以其并不能降低系统的故障率。而计划性维护中，信号设备的维修及更换的周期基本上是结合厂家提供的设备参数以及维护人员的以往经验而定，缺乏实际运行数据的支撑，也忽略了设备的差异性。

如果能提前发现某个设备潜在的故障，在未产生影响运营的故障前将可能故障的设备更换，我们就能够降低设备的故障概率，保证运营的效率。但是，目前对于设备潜在的故障，例如测速传感器性能下降、无线通信质量下降等，我们都需要分析大量的数据对其进行综合比对和故障检测模型建立。

鉴于此，为了提高维护人员的工作效率，降低地铁信号系统的故障率，以上三个问题有待于解决。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地铁列车信号系统的自动维护与预警系统，能够发现设备潜在的故障并给出报警信息，为检修和专项维护提供数据依据，并节省人力资源。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种地铁列车信号系统的自动维护与预警系统，包括：车地无线通信网络、数据处理服务器以及操作终端；其中：

所述车地无线通信网络，用于建立数据处理服务器与列车中的车载日志数据记录单元的通信链路，使得数据处理服务器能够访问指定列车的车载日志数据记录单元；

数据处理服务器，用于实现日志下载与管理、日志解析、数据分析与故障诊断；

操作终端，用于提供人机交互功能供维护人员对数据处理服务器进行操控，并显示日志下载结果、数据分析结果和/或故障诊断结果。

所述车地无线通信网络包括：

车载无线终端，其安装在列车上，通过网络访问列车中的车载日志数据记录单元；

车辆段无线接入点，布设在车辆段中，实现车辆段的无线网络覆盖，当有列车进入车辆段时，车辆段无线接入点与车载无线终端实现无线链接；

无线设备管理器，用于管理车辆段无线接入点，实现和指定的车载无线终端通信，并获取当前在无线范围覆盖内的车载无线终端数量和各车载无线终端的编号，从而获得具备数据下载条件的列车编号。

日志下载与管理包括：当下载操作被激活时，确定下载对象，即对应列车的车载日志数据记录单元，通过登录下载对象的ftp并按不同的输入条件建立下载策略进行日志文件下载，再存储在指定路径中；其中，输入条件包括：列车编号，时间信息与下载模式。

日志解析包括：

下载的日志文件为2进制格式的文件，无法获取有效信息，需要调用解析工具转化为可识别内容的文件，经过解析工具转化完的日志文件内容并不规律，需要根据车载信号设备运行日志模板把解析后的文件内容转化为位置、时间相关的事件序列；

车载信号设备运行日志模板包含信息：列车实际运行速度、列车保护速度、列车位置、列车不确定性、opg速度、opg里程、opg状态以及雷达速度。

数据分析与故障诊断包括：

将同一列车解析后的日志内容按照时间排序生成一个新的日志文件；对于新的日志文件中已经标明的故障信息，按照日期和相应的故障列车进行分类汇总，并生成故障报告；

同时，通过数据分析建立分析策略组合模型对潜在的故障进行预警，通过建立不同的分析策略模型对该新的日志文件进行分析就能诊断出可能潜在的设备故障；

所述的分析策略模型包含基本分析策略中的任意组合，所述的基本分析策略包括：

信息类型：选择需要分析的信息类型，信息类型从车载信号设备运行日志模板的表头获得；

输入目标值作用范围：信息类型确定后，仅分析析选定的信息类型在目标值作用范围内的数据；

选择对目标值的比较策略：等于、不等于、大于、大于或等于、小于，以及，小于或等于；

比较参数值：该比较参数值为选择对目标值的比较策略的输入参数。

数据比较时机：一直比较，或者目标值发生变化时才比较；

数据比较类型：同类信息差异比较、非同类信息差异比较，或者同类信息范围合法性比较；

当建立分析策略模型之后，将新的日志文件导入到分析策略模型中进行分析，得到分析结果，并根据分析结果进行故障诊断，对潜在的故障进行预警。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过无线网络实现车载信号设备日志信息的自动下载，可极大的提高日志信息的收集效率，利用智能数据挖掘和管理方式对车载信号设备信息日志进行分析，建立分析策略模型，能够发现设备潜在的故障并给出报警信息，为检修和专项维护提供数据依据，并节省人力资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种地铁列车信号系统的自动维护与预警系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的日志下载与管理的流程图；

图3为本发明实施例提供的日志下载与管理模块的功能示意图；

图4为本发明实施例提供的日志解析的流程图；

图5为本发明实施例提供的日志文件解析模块的功能示意图；

图6为本发明实施例提供的数据分析与故障诊断的流程图；

图7为本发明实施例提供的数据分析与故障诊断模块的功能示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种地铁列车信号系统的自动维护与预警系统，如图1所述，系统主要包括：车地无线通信网络、数据处理服务器以及操作终端。在车辆段内部署地面无线通信网络，每列车加装无线通信终端。列车回段后，无线终端通过无线通信网络建立与数据处理服务器的车地数据链接，数据处理服务器通过该链接访问车载信号设备的车载日志数据记录单元并寻找需要下载的日志信息。完成所需的日志下载后，数据处理服务器将所下载的日志按照设定的规则存放并对其完成解析和数据分析操作。维护人员可通过操作终端访问数据处理服务器并查看日志分析结果。

下面主要针对车地无线通信网络、数据处理服务器以及操作终端做详细说明。

1、所述车地无线通信网络，用于建立数据处理服务器与列车中的车载日志数据记录单元的通信链路，使得数据处理服务器能够访问指定列车的车载日志数据记录单元。

所述车地无线通信网络主要包括：

1)车载无线终端，其安装在列车上，通过网络访问列车(车载信号设备)中的车载日志数据记录单元。每列列车均可安装该设备，使得所有列车均具备与地面的数据处理服务器进行通信的能力。

2)车辆段无线接入点，布设在车辆段中，通过在车辆段内合理的布置可以实现车辆段的无线网络覆盖，当有列车进入车辆段时，车辆段无线接入点与车载无线终端实现无线链接；

3)无线设备管理器，用于管理车辆段无线接入点，实现和指定的车载无线终端通信，并获取当前在无线范围覆盖内的车载无线终端数量和各车载无线终端的编号，从而获得具备数据下载条件的列车编号。

2、数据处理服务器，用于实现日志下载与管理、日志解析、数据分析与故障诊断。

1)日志下载与管理。为了提高日志下载的效率和减少对数据记录单元存储介质的操作，软件允许按不同输入条件(列车编号，时间信息，下载模式)建立的下载策略进行日志文件的下载。

如图2所示，为日志下载与管理的流程图，步骤如下：当下载操作被激活时，确定下载对象(即对应列车的车载日志数据记录单元)，通过登录下载对象的ftp并按不同的输入条件建立下载策略进行日志文件下载，再存储在指定路径中；其中，输入条件包括：列车编号，时间信息与下载模式。

在具体实现时，可以通过如图3所示的日志下载与管理模块来实现上述流程。

2)日志解析。

下载的日志文件为2进制格式的文件，无法获取有效信息，需要调用解析工具转化为可识别内容的文件，经过解析工具转化完的日志文件内容并不规律，需要根据车载信号设备运行日志模板把解析后的文件内容转化为位置、时间相关的事件序列；

车载信号设备运行日志模板包含信息：列车实际运行速度、列车保护速度、列车位置、列车不确定性、opg速度、opg里程、opg状态以及雷达速度。

如图4所示，为日志解析的流程图，步骤如下：解析操作被激活时，调用转换工具转化日志文件类型；然后，根据车载信号设备运行日志模板把解析后的文件内容转化为位置、时间相关的事件序列，最终转化的日志文件将作为日志文件解析模块的输出文件，并作为数据分析与故障诊断模块的输入文件。

在具体实现时，可以通过如图5所示的日志文件解析模块来实现上述流程。

3)数据分析与故障诊断。

首先，将同一列车解析后的日志内容按照时间排序生成一个新的日志文件；对于新的日志文件中已经标明的故障信息，按照日期和相应的故障列车进行分类汇总，并生成故障报告。例如，btm状态、雷达状态和板卡状态等已经明确的故障信息，可以根据界面输入的故障类型对该类型文件进行遍历，并对其中的故障信息按照日期和故障列车进行分类汇总。

同时，通过数据分析建立分析策略组合模型对潜在的故障进行预警，通过建立不同的分析策略模型对该新的日志文件进行分析就能诊断出可能潜在的设备故障；如opg偶发性的里程不准确，雷达偶发性的里程不准确，无线通信质量偶发性的下降等等。

分析策略是可编辑保存和可组合的。对于已知的故障类型，如雷达测速不准确，使用人员可以采用固定的分析策略组合进行相关的数据分析。使用人员也可以根据经验或者新的故障类型设计新的分析策略组合并保存，从而使得分析过程可有效的利用人工的经验优势。

本发明实施例中，所述的分析策略模型可以包含基本分析策略中的任意组合，所述的基本分析策略包括：

信息类型：选择需要分析的信息类型，信息类型从车载信号设备运行日志模板的表头获得；

目标值作用范围：输入目标值作用范围后，软件仅分析选定的信息类型在目标值作用范围内的数据。该目标值作用范围可以是具体的数值范围，也可以是其他信息类型的取值范围或者多种信息类型取值范围的组合。举例来说，多种信息类型取值范围：在分析移动授权更新时间差时，选择目标值作用范围为：条件1：[0,1000]且条件2：驾驶等级ctc。这样软件只分析驾驶等级为ctc时的，且范围在[0,1000]的移动授权更新时间差数据。

对目标值的比较策略：等于、不等于、大于、大于或等于、小于，以及，小于或等于；

比较参数值：该值为对目标值的比较策略的输入参数。举例来说，若选择对目标值的比较策略为等于，比较参数值为100，则本次分析的比较策略为等于100，最终会筛选出选定信息类型中等于100的数据。

数据比较时机：一直比较，或者目标值发生变化时才比较；

数据比较类型：同类信息差异比较、非同类信息差异比较，或者同类信息范围合法性比较；

通过选择不同的基本分析策略并进行组合，维护人员就可以通过该软件分析不同的故障。对于已知的故障，软件可以编辑固定的输入参数组合生成固定的分析策略。维护人员也可根据需要，随时编辑新的分析策略。数据处理服务器能保存至少10种组合分析策略类型，并可以编辑和保存，且该组合策略的名称也可以编辑和保存。相关分析策略模型的构建过程可以由维护人员通过操作终端实现。

当建立分析策略模型之后，将新的日志文件导入到分析策略模型中进行分析，得到分析结果，并根据分析结果进行故障诊断，对潜在的故障进行预警。

示例性的，以移动授权延时为例运用分析策略模型进行分析。

首先，建立策略组合模型：

信息类型：移动授权更新时间差；

目标值作用范围：条件1：[-∞,+∞]且条件2：驾驶等级ctc；

数据比较类型：同类信息范围合法性比较；

对目标值的比较策略：大于450；

数据比较时机：一直比较；

建立分析策略模型之后，将日志数据导入到该分析策略模型中对进行分析，得到分析结果。数据处理服务器只对驾驶等级为ctc的数据进行分析，并能自动把移动授权延时超过450ms的点筛选出来，并显示相应的时刻，位置和车次。

在分析大量的数据之后，如果某一车次或某一位置出现移动授权延时过大情况的次数或频率超过维护人员设定的阈值，那么数据处理服务器会在最后生成的故障汇总报告中给出报警信息，提示维护人员该无线设备出现问题的次数过多，需要进行维护或者更换。

通过数据处理服务器可以对大量数据进行策略分析的功能，我们可以找到设备发生故障之前的规律，防微杜渐，及时加以维护，这样就消除了出现故障的潜在可能性。

如图6所示，为数据分析与故障诊断的流程图，步骤如下：当分析操作被激活时，首先合并相同类型文件，再根据分析策略模型进行分析并进行故障诊断(对于已经标明的故障信息，则可按照前述方法生成故障报告)，最后，通过操作终端的人机交互界面显示最终结果。

在具体实现时，可以通过如图7所示的数据分析与故障诊断模块来实现上述流程。

3、操作终端，用于提供人机交互功能供维护人员对数据处理服务器进行操控，并显示日志下载结果、数据分析结果和/或故障诊断结果。

在具体实现时，操作终端的具体数量可以根据实际情况来实现，例如，可以设置一个车辆段设备房操作终端作为本地操作终端，还可以设置一个新号楼设备房操作终端来作为远程操作终端，实现远程操控。

本发明实施例的上述方案，通过无线网络实现车载信号设备日志信息的自动下载，可极大的提高日志信息的收集效率，利用智能数据挖掘和管理方式对车载信号设备信息日志进行分析，建立分析策略模型，能够发现设备潜在的故障并给出报警信息，为检修和专项维护提供数据依据，并节省人力资源。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。