一種基于自主學(xué)習(xí)的zc雙系宕機故障預(yù)警方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，包括：S1：選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)；S2：當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對運行參數(shù)進行記錄；S3：通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的運行參數(shù)的頻繁項集；S4：分析頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫；S5：ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測運行參數(shù)，當(dāng)運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍，發(fā)出故障預(yù)警信息。本發(fā)明通過上述方法為ZC宕機時的故障分析提供數(shù)據(jù)支撐，形成經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，當(dāng)ZC系統(tǒng)條件參數(shù)達到預(yù)警范圍時，給出預(yù)警信息，及時通知維護人員，具有預(yù)警的高效性與準(zhǔn)確性。本發(fā)明還公開了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置。
【專利說明】—種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，城市軌道交通信號控制系統(tǒng)控制列車運行，保證行車安全和高校運營，是軌道交通的核心系統(tǒng)。信號系統(tǒng)的故障與運營關(guān)系密切，將直接影響安全行車和旅客出行，當(dāng)信號系統(tǒng)故障時，可能造成封站，降低運營效率，甚至造成大面積停運，對整個城市的交通情況都可能產(chǎn)生嚴重影響。
[0003]具體地，ZC (Zone Conductor，區(qū)域控制器)是基于通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)的地面核心控制設(shè)備，是實現(xiàn)移動閉塞的必備設(shè)備。ZC子系統(tǒng)作為涉及行車安全的設(shè)備，其能否安全可靠運行將直接影響整個CBTC系統(tǒng)的安全運營和線路同行效率，而對ZC設(shè)備的故障進行預(yù)警，以便及時維護減少故障率，則對運營維護起著至關(guān)重要的作用。
[0004]進一步地，目前信號系統(tǒng)維護和故障處理方式存在以下缺陷:1)故障發(fā)生后，在子系統(tǒng)維護工作站上給出相關(guān)提示，由維護人員現(xiàn)場人工確認并進行維護維修；2)對于影響行車安全和設(shè)備正常工作的子系統(tǒng)發(fā)生故障后，將導(dǎo)致系統(tǒng)降級，降低運營效率和安全性；3)不具備設(shè)備故障分析和預(yù)警功能，僅能在故障發(fā)生并造成影響后再進行故障處理，且故障發(fā)生及處理過程如圖1所示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何快速、高效且準(zhǔn)確的為ZC系統(tǒng)運行時，提供良好的預(yù)警手段的關(guān)鍵問題。
[0006]為此目的，本發(fā)明提出了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，包括具體以下步驟:
[0007]S1:選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)；
[0008]S2:當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對所述運行參數(shù)進行記錄；
[0009]S3:通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的所述運行參數(shù)的頻繁項集；
[0010]S4:分析所述頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將所述預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
[0011]S5:ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測所述運行參數(shù)，當(dāng)所述運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信息。
[0012]進一步地，所述步驟S3還包括:通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則。
[0013]具體地，所述運行參數(shù)為多個，包括:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時、雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、硬同步FPGA信號超時、ZC主機與通信控制器通信異常、系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時和/或系間表決數(shù)據(jù)超時。
[0014]具體地，所述自主學(xué)習(xí)算法通過連接步和剪枝步兩種方式計算得到所述多個運行參數(shù)的頻繁項集。
[0015]為此目的，本發(fā)明提出了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置，包括:
[0016]選取模塊，用于選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)；
[0017]記錄模塊，用于當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對所述運行參數(shù)進行記錄；
[0018]計算模塊，用于通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的所述運行參數(shù)的頻繁項集；
[0019]獲取生成模塊，用于分析所述頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將所述預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
[0020]預(yù)警模塊，用于ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測所述運行參數(shù)，當(dāng)所述運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信息。
[0021 ] 進一步地，所述獲取生成模塊，還用于通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則。
[0022]具體地，所述運行參數(shù)為多個，包括:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時、雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、硬同步FPGA信號超時、ZC主機與通信控制器通信異常、系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時和/或系間表決數(shù)據(jù)超時。
[0023]具體地，所述自主學(xué)習(xí)算法通過連接步和剪枝步兩種方式計算得到所述多個運行參數(shù)的頻繁項集。
[0024]本發(fā)明公開一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，通過分析ZC系統(tǒng)設(shè)計方案，選取ZC系統(tǒng)相關(guān)運行參數(shù)并對ZC宕機時的系統(tǒng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)記錄，通過自主學(xué)習(xí)算法，計算得出ZC系統(tǒng)參數(shù)的頻繁項集，得出ZC宕機的預(yù)警參數(shù)，繼而再通過自主學(xué)習(xí)算法，由頻繁項集找到關(guān)聯(lián)規(guī)則，為ZC宕機時的故障分析提供數(shù)據(jù)支撐，形成經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，當(dāng)ZC系統(tǒng)條件參數(shù)達到預(yù)警范圍時，給出預(yù)警信息，及時通知維護人員。本發(fā)明還公開了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中:
[0026]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的步驟流程圖；
[0027]圖2示出了本發(fā)明實施例中的一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法的步驟流程圖；
[0028]圖3示出了 ZC系統(tǒng)采用二乘二取二的雙機熱備平臺原理框圖；
[0029]圖4示出了 Apr1ri自主學(xué)習(xí)算法的步驟流程圖；
[0030]圖5示出了本發(fā)明實施例中的一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。
[0032]為了更好的理解與應(yīng)用本發(fā)明提出的一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法與系統(tǒng)，以如下附圖示例進行詳細說明。
[0033]如圖2所示，本發(fā)明提供了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，包括具體以下步驟:
[0034]步驟S1:選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)。
[0035]具體地，ZC系統(tǒng)采用二乘二取二的雙機熱備平臺，且原理如圖3所示，當(dāng)雙系同時故障或雙系不一致時會發(fā)生ZC宕機。通過分析ZC子系統(tǒng)設(shè)計方案，選取ZC維護數(shù)據(jù)中的部分參數(shù)，記錄其在ZC宕機時的數(shù)值。其中，運行參數(shù)為多個，包括:11:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時；12:雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致；13:硬同步FPGA信號超時；I4:ZC主機與通信控制器通信異常；15:系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時；16:系間表決數(shù)據(jù)超時。
[0036]步驟S2:當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對運行參數(shù)進行記錄。
[0037]步驟S3:通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的運行參數(shù)的頻繁項集。其中，自主學(xué)習(xí)算法，即Apr1ri算法使用頻繁項集的先驗知識，使用一種稱作逐層搜索的迭代方法，k項集用于探索(k+Ι)項集。具體地，首先，通過掃描ZC宕機記錄，找出所有的頻繁I項集，該集合記做L1，然后利用L1找頻繁2項集的集合L2, L2找L3，逐次進行下去，直到不能再找到任何頻繁k項集。最后在所有的頻繁集合中找出強規(guī)則，即產(chǎn)生用戶感興趣的關(guān)聯(lián)規(guī)則。
[0038]進一步地，Apr1ri自主學(xué)習(xí)算法采用連接步和剪枝步兩種方式來找出所有的頻繁項集。由此提高了獲取記錄的運行參數(shù)的頻繁項集的多樣性與準(zhǔn)確性。其中，連接步，即為找出Lk，即所有的頻繁k項集的集合，通過將Lk_1;即所有的頻繁k-1項集的集合與自身連接產(chǎn)生候選k項集的集合。候選集合記作Ck。設(shè)I1和I2是Llrf中的成員。記IiU]表示Ii中的第j項。假設(shè)Apr1ri自主學(xué)習(xí)算法對ZC宕機或項集中的項按字典次序排序，即對于(k-Ι)項集 Ii, li[l]<li[2]<..........〈ljk-l]。將 Llri 與自身連接，如果:
[0039](I1 [I] = I2 [ I ] ) && (I! [2] = I2 [2] ) &&........&& (lJk-2]=
I2〈12[k-1])，則判定I1和I2是可連接，即連接I1和I2產(chǎn)生的結(jié)果是
{li [I], Ii [2],......，I1 [k-1], I2 [k-1]};到枝步，即Ck是Lk的超集，也就是說，Ck的成員可能是也可能不是頻繁的。通過掃描所有的ZC宕機，確定Ck中每個候選的計數(shù)，判斷是否小于最小支持度計數(shù)，如果不是，則認為該候選是頻繁的。進一步地，為了壓縮Ck，可以利用Apr1ri自主學(xué)習(xí)算法的性質(zhì):任一頻繁項集的所有非空子集也必須是頻繁的，反之，如果某個候選的非空子集不是頻繁的，那么該候選肯定不是頻繁的，從而可以將其從Ck中刪除。通過上述方法獲得ZC宕機的頻繁項集，得出ZC宕機的影響因子。如圖4所示。
[0040]更進一步地，步驟S3還包括:通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則-Confidence (A_>B)=P (B I A) = support_count(AB)/support_count(A),進而輔助故障分析。具體地，關(guān)聯(lián)規(guī)則產(chǎn)生步驟為:對于每個頻繁項集I，產(chǎn)生其所有非空真子集；對于每個非空真子集s，如果support_count (I) /support_count (s) > = min_conf，貝[I輸出 s_>(l_s)，其中，min_conf 是最小置信度閾值；通過ZC宕機的關(guān)聯(lián)項集，得出關(guān)聯(lián)規(guī)則后，則可對ZC宕機的故障分析提供參考。
[0041]步驟S4:分析頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫。
[0042]步驟S5:ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測運行參數(shù)，當(dāng)運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信息。
[0043]本發(fā)明提出的一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系巖機故障預(yù)警方法,通過Apr1ri自主學(xué)習(xí)算法分析ZC宕機時的系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)，挖掘其內(nèi)含的、未知的卻又實際存在的數(shù)據(jù)關(guān)系，自主學(xué)習(xí)獲得ZC雙系宕機的條件參數(shù)，得出預(yù)警閾值，形成故障預(yù)警經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫；通過自主學(xué)習(xí)ZC宕機參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為ZC系統(tǒng)故障提供依據(jù)；在ZC運行過程中，對相關(guān)參數(shù)進行實時監(jiān)測，當(dāng)達到報警閾值時，給出報警，將以往故障性維護改為預(yù)防性維護，有效降低信號系統(tǒng)核心設(shè)備故障率。
[0044]為了更好的理解與應(yīng)用本發(fā)明提出的一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，本發(fā)明從上述方法中抽象出一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置。
[0045]如圖5所示，本發(fā)明提供了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置10，包括:選取模塊101、記錄模塊102、計算模塊103、獲取生成模塊104以及預(yù)警模塊105。
[0046]具體地，選取模塊101用于選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)，其中，運行參數(shù)為多個，包括:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時、雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、硬同步FPGA信號超時、ZC主機與通信控制器通信異常、系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時和/或系間表決數(shù)據(jù)超時；記錄模塊102用于當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對運行參數(shù)進行記錄；計算模塊103用于通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的運行參數(shù)的頻繁項集，其中，自主學(xué)習(xí)算法通過連接步和剪枝步兩種方式計算得到多個運行參數(shù)的頻繁項集；獲取生成模塊104用于分析頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫；預(yù)警模塊105用于ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測運行參數(shù)，當(dāng)運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信肩、O
[0047]進一步地，獲取生成模塊104還用于通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則，便于輔助進行故障分析。
[0048]本發(fā)明公開一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，通過分析ZC系統(tǒng)設(shè)計方案，選取ZC系統(tǒng)相關(guān)運行參數(shù)并對ZC宕機時的系統(tǒng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)記錄，通過自主學(xué)習(xí)算法，計算得出ZC系統(tǒng)參數(shù)的頻繁項集，得出ZC宕機的預(yù)警參數(shù)，繼而再通過自主學(xué)習(xí)算法，由頻繁項集找到關(guān)聯(lián)規(guī)則，為ZC宕機時的故障分析提供數(shù)據(jù)支撐，形成經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，當(dāng)ZC系統(tǒng)條件參數(shù)達到預(yù)警范圍時，給出預(yù)警信息，及時通知維護人員。本發(fā)明還公開了一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置。
[0049]雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警方法，其特征在于，包括具體以下步驟: 51:選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)； 52:當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對所述運行參數(shù)進行記錄； 53:通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的所述運行參數(shù)的頻繁項集； 54:分析所述頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將所述預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫； 55:ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測所述運行參數(shù)，當(dāng)所述運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3還包括:通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述運行參數(shù)為多個，包括:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時、雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、硬同步FPGA信號超時、ZC主機與通信控制器通信異常、系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時和/或系間表決數(shù)據(jù)超時。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述自主學(xué)習(xí)算法通過連接步和剪枝步兩種方式計算得到所述多個運行參數(shù)的頻繁項集。
5.一種基于自主學(xué)習(xí)的ZC雙系宕機故障預(yù)警裝置，其特征在于，包括: 選取模塊，用于選取ZC系統(tǒng)正常運行時的運行參數(shù)； 記錄模塊，用于當(dāng)ZC系統(tǒng)宕機時，對所述運行參數(shù)進行記錄； 計算模塊，用于通過自主學(xué)習(xí)算法，計算記錄的所述運行參數(shù)的頻繁項集； 獲取生成模塊，用于分析所述頻繁項集獲取ZC系統(tǒng)宕機時的預(yù)警參數(shù)并將所述預(yù)警參數(shù)進行存儲生成預(yù)警參數(shù)數(shù)據(jù)庫； 預(yù)警模塊，用于ZC系統(tǒng)正常運行時，監(jiān)測所述運行參數(shù)，當(dāng)所述運行參數(shù)達到預(yù)警參數(shù)的預(yù)設(shè)預(yù)警范圍時，發(fā)出故障預(yù)警信息。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述獲取生成模塊，還用于通過自主學(xué)習(xí)算法獲得關(guān)聯(lián)規(guī)則。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述運行參數(shù)為多個，包括:ZC雙系之間通信數(shù)據(jù)反饋時間超時、雙機內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致、硬同步FPGA信號超時、ZC主機與通信控制器通信異常、系內(nèi)主機之間表決數(shù)據(jù)超時和/或系間表決數(shù)據(jù)超時。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述自主學(xué)習(xí)算法通過連接步和剪枝步兩種方式計算得到所述多個運行參數(shù)的頻繁項集。
【文檔編號】G05B23/02GK104460651SQ201410578909
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】楊揚, 劉保生 申請人:北京交控科技有限公司