基于智慧運維系統的城軌列車運行狀態回放功能的研究

(1.中車株洲電力機車有限公司產品研發中心，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展，在發展的同時，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已實現對列車運行狀態進行實時監控和分析，以保證列車運行的安全。考慮在已經具有列車定位[1]數據的前提下，如何利用好這類數據為業務人員對列車運行狀態全過程進行分析提供可視化支持，為列車運行安全提供高品質的保障。基于此，本文對城軌列車運行狀態可視化回放功能進行研究，并將此研究應用到智慧運維系統中。

1 基于智慧運維系統的列車運行狀態回放功能的研究

1.1 研究難點

此研究用到的現有列車數據包括列車定位數據和列車狀態數據，列車定位數據包括時間、信標公里標標識、位移值，列車狀態數據包括列車全部重要參數數據，如速度、時間、牽引、制動、溫度等。如何將這兩類數據關聯起來同步繪制回放曲線(數據源不同可能導致數據時間不同)，如何對列車定位數據進行校正和彌補(列車定位數據會出現缺失)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

智慧運維系統在收到列車定位數據后按照解析規則對其進行解析并存入到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后(需輸入列號)，首先到Hbase中將對應列車的定位數據讀取出來，并根據時間先后對數據進行排序，然后根據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行對比，能夠落到列車線路范圍內的列車定位值點認為是正確的，落到列車線路范圍外部的點認為是有誤差的，需對這些有誤差的位置值進行校正，對其進行最小值校正后能夠落在列車線路內即可。

1.2.2 逐點比較插補法

此時已經形成了列車的運行軌跡，但是由于如網絡中斷、設備故障等多種原因，可能會出現數據丟失的情況，則會導致曲線是不連續的，那么需要將曲線按照是否連續進行分段。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的相鄰兩個坐標點，計算這2個坐標點是否在同一條列車線路內，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。彌補的最終結果是，使兩段不連續的曲線變得連續且保證落在列車線路內，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 列車運行狀態回放

同樣智慧運維系統在收到列車WTD數據后會對其進行解析并入Hbase中存儲，將每列車每個接口的每包數據存為一條記錄，rowkey為接口號+列號+車廂號+數據包時間。并根據業務規則將全部SDR數據分為不同的系統類別，在選擇要回放的參數時可以按照系統類別對其進行選擇，方便業務人員使用和分析。該模塊經觸發后到Hbase中提取對應條件的參數信息，并按照時間順序進行排序，然后根據時間和參數情況繪制出回放曲線。針對繪制完畢的回放曲線，用戶可以通過鼠標點擊的方式選擇查看某個時間點的參數值，也可以通過拖拽的方式選擇查看某個時間段內的參數值。

1.4 將列車運行軌跡和狀態結合回放

當列車運行軌跡和參數變化曲線都繪制完畢后，需要將兩者關聯起來，實現隨著列車運行軌跡同步查看參數變化情況，真正做到城軌列車運行軌跡和參數可視化。最好的辦法是按照時間的維度將二者進行匹配關聯，即相同時刻將列車運行軌跡數據和參數數據放在一起，從而構成完整列車運行狀態曲線。在實際研究和應用過程中，首先對兩類數據按照時間順序進行排序，然后按照就近原則將兩者進行匹配關聯，即將排序后的兩類數據分別按照時間最近規則進行匹配，匹配后列車運行軌跡是完整且相對準確的，但是WTD數據卻有可能是不完整的，是由于WTD數據是列車實時運行狀態數據，如果出現丟失則比較難預測，暫時不考慮對WTD數據進行校正和彌補，最終形成城軌列車基于運行軌跡的參數可視化功能。

2 實際應用成果

1)此功能可以根據列車定位數據的時間和坐標繪制列車運行軌跡，而且研究并運用基于列車線路的插補法對軌跡進行補充，包括對現有數據的校正和對缺失數據的彌補，并在繪制軌跡曲線時提供多種繪制速度方便業務人員使用。能夠快速且準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關聯供業務人員對列車運行狀態進行分析。

2)列車參數回放模塊基于列車狀態數據，對歷史運行參數進行回放，即對參數以繪制曲線的方式生動展示出各個參數的隨時間的情況，且與列車定位數據相關聯，最終形成列車運行軌跡與參數回放功能。簡單、直接、生動的為業務人員展示出各個參數變化情況，為業務人員對列車運行參數變化分析提供最簡單明了的基礎功能。

3)列車運行軌跡和參數按數據包查詢模塊實現在對列車運行軌跡和參數變化回放完畢后，可以對每一包數據進行查詢，能夠直觀查看某個或某段時間的列車運行情況。

3 結語

此研究成果功能用模塊化設計，將列車定位數據與列車狀態數據相關聯，可以一邊觀察列車運行軌跡一邊觀察列車運行參數變化情況。不僅為對列車運行監控提供保障，也為業務人員對列車進行狀態分析提供很好的參考。后續待城軌列車運行線路特征數據接入智慧運維系統后，可以考慮結合線路特征數據完善運行狀態回放功能，將城軌列車運行過程中自身狀態數據與線路數據關聯展示，為業務人員對城軌列車運行狀態分析提供更高品質服務。