基于數(shù)據(jù)挖掘的地鐵ats系統(tǒng)的優(yōu)化與應(yīng)用

汪 璐

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210018）

1 引言

ats系統(tǒng)是列車運行的監(jiān)控中心，他通過接收列車上傳來的信號對不同狀態(tài)下的列車進(jìn)行指揮調(diào)度，并向調(diào)度員提供列車運行的信息，為調(diào)度司機提供部分路況的運行圖等。ats在使用的過程中存在很多設(shè)計缺陷，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時，整個列車運行過程處于癱瘓狀態(tài)，由于列車調(diào)度需要的步驟繁多，導(dǎo)致操作界面復(fù)雜紊亂等。基于數(shù)據(jù)的挖掘，指出了ats系統(tǒng)上存在的問題并加以優(yōu)化。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的地鐵ats系統(tǒng)工作原理

2.1 數(shù)據(jù)挖掘原理分析

地鐵ats控制系統(tǒng)是地鐵信號自動控制列車運行系統(tǒng)，分為中心級和車站級控制兩個等級，其中中心級主要包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)，車站及控制包括列車自動防護(hù)系統(tǒng)和列車自動運行系統(tǒng)。三個系統(tǒng)緊密相連，形成了調(diào)度指揮中心，對列車進(jìn)行一系列的指揮調(diào)度，確保列車能夠安全穩(wěn)定運行。關(guān)于信號系統(tǒng)國內(nèi)常采用西門子公司設(shè)備，ats監(jiān)控系統(tǒng)常采用分布式的微型監(jiān)控結(jié)構(gòu)，通過對不同的列車進(jìn)行定位、測速，通過ats子系統(tǒng)把列車實時運行的情況以及該段路況情況傳遞給調(diào)度指揮中心，當(dāng)調(diào)度指揮中心接收到緊急剎車命令時能夠及時對列車進(jìn)行緊急制動，防止人工控制不當(dāng)不能自動剎車發(fā)生安全事故[1]。ats系統(tǒng)連接著控制調(diào)度員和設(shè)備指揮中心，當(dāng)沒有外界因素干擾時，可以自動對列車運行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，確保列車安全穩(wěn)定運行。

2.2 基于數(shù)據(jù)挖掘的地鐵ats系統(tǒng)工作過程

ats系統(tǒng)常采用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，采用了磁盤疊加的方式，將不同車站級的磁盤進(jìn)行分類排放儲存相當(dāng)于一個大磁盤，減少了磁盤空間，提高了磁盤的讀取效率[2]。地鐵磁盤常采用兩種磁盤形式RAID1磁盤和RAID5磁盤陣列。RAID1具有較高的冗余備份能力，讀取速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RAID5磁盤陣列，常用于中心級。

RAID1在讀取數(shù)據(jù)過程中，通過鏡像的方法在不影響其他設(shè)備的工作情況下復(fù)制原有文件，最大限度地保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)其中一塊磁盤發(fā)生故障時，系統(tǒng)會通過鏡像形成的備份磁盤進(jìn)行正常工作忽略原有的硬盤，調(diào)度員可以在此時進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢查檢修。RAID5磁盤陣列由多個數(shù)據(jù)塊組成，由于設(shè)計靈活，讀取的數(shù)據(jù)較少，具有較高的工作效率，在讀取數(shù)據(jù)信息時，可以高速率地對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選分析，若一塊硬盤出現(xiàn)損壞時，其他的五塊硬盤可以重復(fù)操作[3]。

3 ats系統(tǒng)原理

3.1 ats子系統(tǒng)的作用和功能要求

ats操作系統(tǒng)主要由分布式計算機系統(tǒng)組成，地鐵的中心級是ats對所有車站級的整體控制，車站級是對各站臺經(jīng)過列車的控制。ats在設(shè)計時要充分考慮磁盤的冗余性，當(dāng)列車出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)時，ats要啟用列車追蹤狀態(tài)對列車進(jìn)行監(jiān)督管理，根據(jù)列車運行情況繪制出列車狀態(tài)圖和列車路線圖，最終顯示在ats用戶端上。ats具有列車自動調(diào)整功能，他將乘務(wù)員從復(fù)雜的操作中解放出來，根據(jù)時刻表進(jìn)行列車速度的自動調(diào)整，并根據(jù)時間間隔以及各個車站級提供的車輛到站信息在無人操控的情況下進(jìn)行自動進(jìn)路排列實現(xiàn)聯(lián)鎖。

3.2 ats系統(tǒng)中所存在的設(shè)計缺陷

列車的發(fā)車間隔是人工排列的，系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時，列車只能以固定的模式進(jìn)行行車，ats功能將起不到任何作用。ats優(yōu)化設(shè)計主要是當(dāng)列車服務(wù)器發(fā)生故障時在不失真的情況下能夠自動進(jìn)行列車排列、自動調(diào)整等功能。 RAID1磁盤鏡像讀取數(shù)據(jù)的方法是絕對安全的，但同時也會面臨著一些缺陷，由于需要鏡像成數(shù)據(jù)，磁盤的利用率只能達(dá)到50%，當(dāng)?shù)诙K硬盤損壞時，磁盤將失去冗余功能，需要維修人員的定期更換，相對成本較高，因此ats系統(tǒng)需要采用不同的磁盤排列方案進(jìn)行冗余設(shè)計。

操作界面也存在很多問題，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生故障時會觸發(fā)ats系統(tǒng)的報警功能，由于數(shù)據(jù)的突變性，報警時間短，檢查人員未及時觀察到，易造成列車運行圖的變化，應(yīng)該將界面停留在報警狀態(tài)，方便檢查人員對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。每輛列車都有專屬車次號，一旦調(diào)度人員操作失誤，所有列車運行都將發(fā)生改變，最好通過設(shè)備保證列車的運營取消車次號的設(shè)置。列車的軌道圖是用燈光來設(shè)置的，紅燈代表該車道有列車占用，綠燈代表該車道可行，應(yīng)改變傳統(tǒng)的方式，采用ats判斷出列車的運行模式和運行位置等信息，從操作界面直觀圖來判斷列車應(yīng)該在何時減速能在規(guī)定范圍內(nèi)停車。

4 ats子系統(tǒng)功能優(yōu)化設(shè)計

4.1 ats系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

ats硬件設(shè)備包括調(diào)度操作臺、后臺主機和網(wǎng)管系統(tǒng)，采用脈沖編碼調(diào)制經(jīng)過抽樣、量化、編碼通過多路復(fù)用的方式將模擬信號轉(zhuǎn)化為pcm信號。數(shù)字操作臺主要由數(shù)字調(diào)度主機、操作臺和集中維護(hù)管理系統(tǒng)組成，數(shù)字調(diào)度主機主要功能是進(jìn)行呼叫處理和各種通信業(yè)務(wù)的綜合接入，為調(diào)度人員和ats系統(tǒng)提供調(diào)度指揮的數(shù)字交換設(shè)備。操作臺是連接調(diào)度員與值班人員的終端設(shè)備，通過COM服務(wù)器對列車位置信息進(jìn)行收集，方便列車控制服務(wù)器故障處理，備用服務(wù)器進(jìn)行接管，無任何時間差錯。集中維護(hù)管理系統(tǒng)是對中心級和車站級進(jìn)行維護(hù)管理及監(jiān)控，實現(xiàn)對調(diào)度主機的各種交換網(wǎng)絡(luò)以及接口的控制管理和信令的管理。

當(dāng)ats系統(tǒng)無法正常運行時，啟用后備數(shù)據(jù)，沒有能夠替代ats系統(tǒng)的站級設(shè)備，需要重新設(shè)計ats系統(tǒng)硬件部分，需在主干線上增設(shè)兩套設(shè)備，本地車輛排路設(shè)備（TRC）和本地時刻表處理設(shè)備(TTP)，本地車輛排路設(shè)備具有追蹤監(jiān)視功能，能夠?qū)Ρ镜氐牧熊囘\行情況和車次號進(jìn)行排列相應(yīng)的進(jìn)路，減少了人工計算，使列車能夠正常有序地運行。本地時刻表處理設(shè)備主要實現(xiàn)對列車發(fā)車時間與實際到達(dá)時間的計算，當(dāng)列車偏離運行時間時，本地時刻表處理設(shè)備會提醒司機進(jìn)行加速或減速，以保證列車能夠準(zhǔn)時到達(dá)該站點。

4.2 ats子系統(tǒng)功能實現(xiàn)

列車ats子系統(tǒng)主要是列車路徑上行與下行路徑設(shè)計運行線。運行線主要包括列車運行的路徑、道岔的方向改變情況以及列車自排的觸發(fā)點。根據(jù)ats系統(tǒng)上的日志和顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)感知的異常數(shù)據(jù)變成攻擊編碼模式存儲在磁盤中，通過RAID5磁盤陣列將異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，通過計算機分布式排列展現(xiàn)出系統(tǒng)的徑路排路，根據(jù)列車的車次號依次給列車進(jìn)行排列進(jìn)路，采用2M環(huán)的方式進(jìn)行組網(wǎng)，2M數(shù)字環(huán)通道一端連接中心級另一端連接各個車站的分級依次串接，形成2M自愈環(huán)網(wǎng)。當(dāng)分車站通訊線路從某一點中斷時，從斷點將數(shù)據(jù)傳送到中心級的末端，進(jìn)行環(huán)狀組網(wǎng)，盡可能擴(kuò)大兩車之間的間距，減小危險系數(shù)。

5 基于數(shù)據(jù)挖掘的地鐵ats系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

列車自動監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余方式，由主備用兩個服務(wù)器，當(dāng)主用服務(wù)器發(fā)生故障時，對系統(tǒng)列車的運營沒有任何影響ats界面會顯示報警信息，當(dāng)出現(xiàn)極端的情況時，整個系統(tǒng)的信號將處于癱瘓狀態(tài)，行車時間將產(chǎn)生巨大的延誤，采用了車輛排路設(shè)備和本地時刻表處理設(shè)備，維持了列車的排列進(jìn)路，增加了對冗余設(shè)備的緊急制動。磁盤疊加的方式加快了數(shù)據(jù)的傳輸速率，加快了本地時刻表設(shè)備對數(shù)據(jù)監(jiān)控的實時性，進(jìn)一步提高列車運行的安全性。

6 結(jié)語

本文通過對地鐵ats系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，提出了ats在設(shè)計過程中后備系統(tǒng)故障時列車無法運行、RAID1具有較高的冗余備份能力但成本太高、車次號不能自排等缺陷，并對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，增加了本地車輛排路設(shè)備和本地時刻表處理設(shè)備，簡化了操作界面，方便調(diào)度員的操作，降低了運營成本，提高了運營效率，確保了列車能夠在距離很小的通道下產(chǎn)生間隔安全高效的運行。