一種基于動態分析的突變和異常波動預警方法

胡軼超，李添驕

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070；3．中國運載火箭技術研究院，北京 100075)

1 概述

2010 年，原中華人民共和國鐵道部運輸局印發的《鐵路信號集中監測系統技術條件》（運基信號[2010]709 號）以及之后補充完善的各個技術條件中，都提出新版集中監測系統應具備能夠對各種模擬量的突變和異常波動進行預警。對于傳統的監測模擬量報警或預警，一般都是針對每個模擬量設置一個閾值，當模擬量超過閾值時，則進行報警或預警。而波動和突變預警需要對模擬量進行動態統計分析，預警條件隨著模擬量數值改變而不斷改變。因此，本文提出一種針對各種模擬量統一的基于動態分析的預警方法。

2 動態分析方法

監測系統中的模擬量可以分為兩大類。一類是無狀態的模擬量，如電源屏電壓這種和站場過車狀態無關的模擬量，這種模擬量在正常情況下應該保持穩定。另一類是帶狀態的模擬量，如軌道電壓，在軌道分路狀態時和軌道調整狀態時的模擬量值差距極大，對于這一類模擬量，只能針對其在某一種狀態下的值進行分析和預警，不同狀態互不相關。通過觀察發現，每一個突變和異常波動預警都可以歸結為對某一模擬量的指定狀態下（無狀態也可以視為一種狀態）的所有有效數據點進行異常檢測，從而將問題進行化簡統一。

為便于說明，本文進行如下定義。

1) 點：每一個采集到的數值稱為一個數據點，簡稱“點”。

2) 過渡點：調整和分路兩個狀態相互轉化時，由于狀態采集和模擬量采集會有不同步的情形，這段不同步的時間范圍內采集到的點被稱為過渡點。

3) 有效數據點：由于過渡點的數據并不是真實狀態的體現，因此一般都會將其濾除。而濾除過渡點之后的指定狀態下的所有數據點稱為有效數據點，即真正參與分析和預警的數據點。

4) 平均值：從當前時刻開始向前取N 個最新采集的有效數據點，用這N 個點計算的算術平均值。其中，N 可配置，其數值應根據模擬量的不同而不同，以保證平均值實時性和穩定性。

5) 合理范圍：由于設備自身性能以及測量精度的不同，因此模擬量都會有一個合理的波動范圍。因此平均值 K%(K 可配置)的范圍內稱為合理范圍。

6) 異常變化：從合理范圍內變化到合理范圍外，之后又從合理范圍外變化到合理范圍內的整個過程，稱為一次異常變化。

報突變預警（可簡稱突變）的條件如下。

1) 當一次異常變化中已經有超過M 個(M 可配置)有效數據點不在合理范圍內，則報突變預警。如圖1 所示。

圖1 第一種類型的突變預警圖示Fig.1 Early warning diagram of the first type of sudden change

2) 在未報過波動預警之前，從任意一個異常變化的起始點開始M 個有效數據點內，出現大于等于一個且少于V 個(V 可配置) 異常變化，則報突變預警。如圖2 所示。

圖2 第二種類型的突變預警圖示Fig.2 Early warning diagram of the second type of sudden change

3) 任意一個異常變化的起始點開始M 個有效數據點內，存在大于等于V 個異常變化，則報異常波動預警。如圖3 所示。為了不重復預警，同一模擬量在報出異常波動預警后，不再報突變報警。

圖3 波動預警圖示Fig.3 Early warning diagram of fluctuation

4) 當持續R 個(R 可配置)有效數據點均在合理范圍內時，則預警恢復。

程序流程如圖4 所示。

3 結論

針對原中華人民共和國鐵道部運輸局印發的《鐵路信號集中監測系統技術條件》中提出的“新版集中監測系統應具備能夠對各種模擬量的突變和異常波動進行預警”，給出一種針對各種模擬量統一的動態分析預警方法。該方法已被應用于北京全路通信信號研究設計院有限公司的2010 版監測程序和智能分析系統中，在多條線的700 余站的現場運行7 年中，收到良好效果，得到用戶認可。

圖4 程序流程圖Fig.4 Program flowchart