一種基于云計算的軌道交通信號綜合運維方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于云計算的軌道交通信號綜合運維方法及系統(tǒng)。采用鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級模式，在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端；同時部署實時數(shù)據(jù)分析組件，車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)。本發(fā)明采用層次性的部署方式，通過在采集機上直接部署實時數(shù)據(jù)分析組件實現(xiàn)對信號數(shù)據(jù)的實時分析，通過分級存儲和索引策略實現(xiàn)了對不斷增長的信號數(shù)據(jù)的存儲需求，并且通過四層索引結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對故障的快速定位，可以通過故障發(fā)生的時間、類型、位置等信息快速的檢索到故障發(fā)生時對應(yīng)的信號數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種基于云計算的軌道交通信號綜合運維方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種基于云計算的鐵路信號綜合運維方法及系統(tǒng)，涉及鐵路信號數(shù)據(jù)、鐵路通信數(shù)據(jù)、鐵路知識數(shù)據(jù)、系統(tǒng)報警數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、車載設(shè)備、車站設(shè)備、中心設(shè)備、軌旁設(shè)備等【技術(shù)領(lǐng)域】，用以解決鐵路信號綜合運維所面臨的問題。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，軌道交通(國有鐵路、企業(yè)鐵路和城市軌道交通)通信、信號領(lǐng)域的監(jiān)測維護產(chǎn)品主要有三類:針對地面信號設(shè)備的有CSM(信號集中監(jiān)測系統(tǒng))、各設(shè)備維護機、通信網(wǎng)管系統(tǒng)。為了提高我國鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備的現(xiàn)代化維修水平，從90年代開始，先后自主研制了 TJWX-1型和TJWX-2000型等不斷升級中的信號集中監(jiān)測CSM系統(tǒng)。目前大部分車站都采用了信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對車站信號設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測，并通過監(jiān)測與記錄信號設(shè)備的主要運行狀態(tài)，為電務(wù)部門掌握設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)和進(jìn)行事故分析提供了基本依據(jù)，發(fā)揮了重要作用。并且，對城市軌道交通信號設(shè)備，集中監(jiān)測CSM系統(tǒng)也被廣泛部署在城軌集中站/車輛段等處，供城軌運維使用。針對車載信號設(shè)備的有DMS系統(tǒng)，對車載設(shè)備動態(tài)監(jiān)測。此外，伴隨我國高速鐵路的建設(shè)發(fā)展，高鐵特有的RBC系統(tǒng)等，也面臨著納入信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的需求，也面臨著提高其監(jiān)測能力、運維能力，以及設(shè)備自診斷能力的需求。
[0003]面對越來越多的通信數(shù)據(jù)、信號數(shù)據(jù)，以及目前的網(wǎng)絡(luò)狀況，使得鐵路系統(tǒng)雖然產(chǎn)生了大量的各類數(shù)據(jù)，但是卻沒有很好的利用這些數(shù)據(jù)。絕大多數(shù)數(shù)據(jù)目前是存儲在各個車站，并且車站也只是對數(shù)據(jù)做了簡單的存儲，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候查看相關(guān)的數(shù)據(jù)以便于分析故障原因。這種情況導(dǎo)致了鐵路產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)不能夠有效的存儲和利用，并且故障的分析目前仍需依靠人工經(jīng)驗分析判斷，很多情況下在已經(jīng)出現(xiàn)事故時才能發(fā)現(xiàn)故障，不僅導(dǎo)致了人工診斷鐵路信號系統(tǒng)故障時工作量大、故障監(jiān)測與診斷效率低下等技術(shù)問題，也增加了行車的危險。因此，提高鐵路信號綜合管理運維能力，查隱患，治隱患，推動故障修向狀態(tài)修發(fā)展，從而保障行車安全、提高運力，是軌道交通領(lǐng)域的迫切需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中信號數(shù)據(jù)量大、效率低、風(fēng)險高、人工分析故障勞動強度大等問題，本發(fā)明提供了一種基于云計算的信號綜合運維方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集機、終端和數(shù)據(jù)中心三種硬件。軟件包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實時分析子系統(tǒng)、離線數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)、展示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)等。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于云計算的軌道交通信號綜合運維系統(tǒng)，其包括:
[0007]數(shù)據(jù)采集機，用于采集軌道交通信號數(shù)據(jù)；
[0008]數(shù)據(jù)中心，連接所述數(shù)據(jù)采集機，包括云安全層、基礎(chǔ)資源層、虛擬化層、數(shù)據(jù)存儲層、計算引擎層、組件層及Web集群；其中，云安全層通過數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)還原和訪問控制，保障系統(tǒng)的安全；基礎(chǔ)資源層是數(shù)據(jù)中心的硬件平臺；虛擬化層通過虛擬化軟件實現(xiàn)對硬件的虛擬化，屏蔽底層的硬件差異；數(shù)據(jù)存儲層包括分布式文件系統(tǒng)、列式數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，分別用于存儲非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；計算引擎層采用云計算處理架；組件層是具體處理各種業(yè)務(wù)的組件;Web集群是基于負(fù)載均衡的服務(wù)發(fā)布層；
[0009]終端，連接所述數(shù)據(jù)采集機和所述數(shù)據(jù)中心，用于展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
[0010]進(jìn)一步地，采用鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級模式，在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端。在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司均部署實時數(shù)據(jù)分析組件，其中車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步地,計算引擎層包括離線數(shù)據(jù)處理架構(gòu)MapReduce、實時分布式處理架構(gòu)spark以及數(shù)據(jù)移動引擎sqoop和底層資源管理系統(tǒng)yarn，Yarn用于根據(jù)用戶提交的任務(wù)來分配存儲資源和計算資源用于處理該任務(wù)。
[0012]進(jìn)一步地，組件層包括數(shù)據(jù)管理組件、數(shù)據(jù)分析組件、故障診斷組件等。
[0013]一種采用上述系統(tǒng)的基于云計算的軌道交通信號綜合運維方法，其步驟包括:
[0014]I)信號綜合運維平臺首先需要解決的是數(shù)據(jù)采集的問題，針對當(dāng)前鐵路采用的鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級管理模式，數(shù)據(jù)采集機也分布在這四個層次用于采集不同類型的信號數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)做不同的處理；在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端；在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司均部署實時數(shù)據(jù)分析組件，其中車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)；
[0015]鑒于鐵路目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，各個鐵路內(nèi)部信號系統(tǒng)均是采用2M帶寬的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，隨著車站采集的信號數(shù)據(jù)種類和頻率的不斷提高，單個車站每秒采集到的信號數(shù)據(jù)約為200-500kb之間，一個電務(wù)段有大約幾十到上百個車站；這樣就導(dǎo)致車站的數(shù)據(jù)不可能完全傳輸?shù)诫妱?wù)段；根據(jù)這種情況對監(jiān)測數(shù)據(jù)采用采集機本地存儲的策略，僅把部分?jǐn)?shù)據(jù)上傳電務(wù)段及鐵路局、鐵路公司；
[0016]2)車站的數(shù)據(jù)采集機采集車站的實時數(shù)據(jù)，利用在本地部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、特征選擇，然后利用分析模型對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，得到信號系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)，并會將相應(yīng)的數(shù)據(jù)(包括提取的部分特征以及分析結(jié)果，也可包括各車站的原始數(shù)據(jù))傳輸至電務(wù)段；
[0017]3)電務(wù)段的數(shù)據(jù)采集機接受來自內(nèi)部的各個車站傳輸過來的數(shù)據(jù)，利用本地部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對接收的不同車站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到整個電務(wù)段的分析結(jié)果，并將分析結(jié)果傳輸至鐵路局的數(shù)據(jù)采集機；
[0018]4)鐵路局的數(shù)據(jù)采集機接收來自各個電務(wù)段的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)中心，然后利用數(shù)據(jù)中心部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將分析結(jié)果及部分特征傳輸?shù)借F路公司的數(shù)據(jù)采集機；
[0019]5)鐵路公司的數(shù)據(jù)采集機接收鐵路局發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)中心的實時數(shù)據(jù)分析組件進(jìn)行分析處理，得到鐵路公司全局的分析結(jié)果；
[0020]6)利用部署于鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段和車站的終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)果的展
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[0021]進(jìn)一步地，還包括步驟7)，該步驟對鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段及車站存儲的數(shù)據(jù)建立索引，在出現(xiàn)故障時根據(jù)該索引快速獲取相關(guān)時間段及位置的各類信號數(shù)據(jù)，以便于快速的進(jìn)行故障分析、定位和解決。
[0022]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集機可以復(fù)用已有的機器，只需要安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲組件、數(shù)據(jù)預(yù)處理組件、實時數(shù)據(jù)分析組件和數(shù)據(jù)傳輸組件。鐵路公司、鐵路局的數(shù)據(jù)采集機只需要部署數(shù)據(jù)傳輸組件，不需要完成數(shù)據(jù)存儲、處理的功能。數(shù)據(jù)采集機的數(shù)據(jù)存儲采用分級存儲策略，當(dāng)鐵路網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠的情況下可以直接將抽取的特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠈?，這樣采集機本地就不需要存儲信號數(shù)據(jù)。
[0023]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集機對于采集到的本地信號數(shù)據(jù)保存在本地系統(tǒng)中，然后在上層以元數(shù)據(jù)的形式來管理數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個主要的創(chuàng)新是層次型數(shù)據(jù)分布式存儲方式，并不是簡單的分布式存儲，而是基于鐵路的網(wǎng)絡(luò)限制而設(shè)計的一種新的層次數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，即:原始數(shù)據(jù)分別存儲在被采集的層次，上層除了存儲本層的數(shù)據(jù)外，還需要存儲下層的元數(shù)據(jù)(元數(shù)據(jù)這里主要指的是索引數(shù)據(jù)，也就是下層真實數(shù)據(jù)的存儲信息，比如某些數(shù)據(jù)存儲在什么位置)，用于快速的定位數(shù)據(jù)的具體位置，上層通過元數(shù)據(jù)來管理下層的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)計算時，也不是簡單的將下層分析結(jié)果向上傳輸，除了需要傳輸分析結(jié)果外，還需要傳輸部分原始數(shù)據(jù)作為上層數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。從而形成一種層次型的數(shù)據(jù)存儲、處理架構(gòu)。如電務(wù)段包括兩類數(shù)據(jù)，一類是電務(wù)段本身采集的數(shù)據(jù)，另外是管區(qū)內(nèi)的各個車站的元數(shù)據(jù)，包括車站編號、設(shè)備編號、時間區(qū)間、存儲位置等信息，以保障可以快速的定位數(shù)據(jù)。向上可以此類推。
[0024]進(jìn)一步地，步驟2)中車站的數(shù)據(jù)采集機通過車站的信號站機獲取信號數(shù)據(jù)，站機首先通過已有的規(guī)則判斷是否需要進(jìn)行傳輸，從而對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。如電壓(也可以是其它信號值)的取值在標(biāo)準(zhǔn)值波動不超過20% (也可以是其它閾值)的情況下，認(rèn)為數(shù)據(jù)沒有發(fā)生變化，則不需要傳輸。數(shù)據(jù)采集機通過與車站的信號站機建立socket連接，車站的信號站機將壓縮處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集機，數(shù)據(jù)采集機利用已有的規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原。
[0025]進(jìn)一步地，步驟2)?5)所述的實時數(shù)據(jù)分析組件主要是根據(jù)得到的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測，利用分類模型對特征進(jìn)行分類，判斷是否產(chǎn)生故障。具體地，實時數(shù)據(jù)分析是根據(jù)已經(jīng)標(biāo)注的歷史信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘得到針對各類故障的分類模型。實時數(shù)據(jù)分析組件使用的數(shù)據(jù)分析算法包括支持向量機、貝葉斯分類器、粗糙集、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，利用算法對采集到的信號數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一的處理，挖掘出故障識別的模型，提供給實時分析組建使用。
[0026]進(jìn)一步地，步驟6)中:所述的車站的終端主要用于展示該車站內(nèi)部的各類分析結(jié)果，包括實時的運行狀態(tài)，以及各種故障分析結(jié)果；電務(wù)段的終端主要用于展示該電務(wù)段內(nèi)整體的運行狀態(tài)，當(dāng)管區(qū)內(nèi)的車站出現(xiàn)故障的時候，該終端也需要展示對應(yīng)的故障信息；鐵路局的終端，用于展示鐵路局層面的運行狀態(tài)，各種故障報警信息等；鐵路公司的終端，用于展示整個鐵路公司的運行狀態(tài)，當(dāng)車站出現(xiàn)故障時也需要快速的展示和跟蹤。
[0027]進(jìn)一步地，步驟7)所述的過程需要首先在各個車站根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)建立索引，然后將車站的索引文件傳輸?shù)诫妱?wù)段，電務(wù)段對本地采集的數(shù)據(jù)及接收到的車站索弓I文件建立二級索引，然后將索引傳輸至鐵路局的數(shù)據(jù)中心，鐵路局的數(shù)據(jù)中心對接收的各類數(shù)據(jù)建立三級索引，然后將索引傳輸至鐵路公司的數(shù)據(jù)中心，鐵路公司的數(shù)據(jù)中心對接收的各類數(shù)據(jù)建立四級索引，形成一個鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級索引。具體實施時可以按照鐵路局、電務(wù)段、車站、設(shè)備等方式建立索引。進(jìn)而借助于建立的索引文件，可以根據(jù)故障的時間、位置信息直接獲取到具體的信號數(shù)據(jù)。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0029]本發(fā)明統(tǒng)一了鐵路信號數(shù)據(jù)的綜合管理，包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果展示。將整個信號數(shù)據(jù)的生命周期統(tǒng)一管理，形成一個有機的整體，提高了信號數(shù)據(jù)的利用率。
[0030]本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將分散在各個電務(wù)段、車站的各種信號數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的采集和處理，從而改變了各種信號數(shù)據(jù)相互隔離的現(xiàn)狀。為未來對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步挖掘提供了良好的采集平臺。
[0031]本發(fā)明通過層次性的部署方式，適應(yīng)了鐵路的鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段及車站的四級管理模式，并且這種層次性的部署方式也是適用于鐵路目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，優(yōu)化了數(shù)據(jù)集中的方式，大大減少了傳輸?shù)诫妱?wù)段和鐵路公司的數(shù)據(jù)量。
[0032]本發(fā)明通過使用模型識別故障，節(jié)省了大量的人力成本，不再需要人工的去觀察監(jiān)測信息然后進(jìn)行故障識別和分析；能夠提高軌道交通監(jiān)測數(shù)據(jù)故障識別的準(zhǔn)確率，縮短故障修復(fù)時間，大大提高軌道交通的故障處理效率，提高運維能力。
[0033]本發(fā)明通過在采集機上直接部署實時數(shù)據(jù)分析組件，可以實現(xiàn)對信號數(shù)據(jù)的實時分析，提高了數(shù)據(jù)分析的實時性，分析結(jié)果可以直接在本地進(jìn)行展示。
[0034]本發(fā)明通過分級存儲和索引的策略實現(xiàn)了對不斷增長的信號數(shù)據(jù)的存儲需求，并且通過四層索引結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對故障的快速定位，相關(guān)人員可以通過故障發(fā)生的時間、類型、位置等信息快速的檢索到故障發(fā)生時對應(yīng)的信號數(shù)據(jù)。這樣技術(shù)人員和管理人員都可以更加快速直接的定位故障，并提出解決方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是鐵路信號系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是本發(fā)明的綜合運維系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。
[0037]圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集機、數(shù)據(jù)中心和終端的整體部署圖。
[0038]圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)中心架構(gòu)圖。
[0039]圖5本發(fā)明的綜合運維系統(tǒng)在數(shù)字鐵路“一體化”平臺中的作用示意圖。
[0040]圖6是實施例中一個25Hz相敏軌道電路區(qū)分室內(nèi)室外故障的流程圖。

【具體實施方式】
[0041]下面通過具體實施例和附圖，對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
[0042]本發(fā)明的鐵路信號的綜合運維方案用于解決現(xiàn)有技術(shù)中信號數(shù)據(jù)分散處理、工作量大、效率低下、風(fēng)險性高、故障查詢困難等技術(shù)問題。本發(fā)明的用戶對象主要是國有鐵路和國內(nèi)的大型企業(yè)鐵路，如城市軌道交通等。從圖1可以看出，鐵路信號系統(tǒng)內(nèi)部分為鐵路總公司、鐵路局、電務(wù)段和車站四級。下面結(jié)合圖1來介紹國鐵信號系統(tǒng)內(nèi)部各級部門以及它們對應(yīng)的職能。
[0043]I)鐵路總公司
[0044]鐵路總公司電務(wù)部門主管全國各路局的鐵路信號設(shè)備，是所有監(jiān)控數(shù)據(jù)的最終匯集點，設(shè)備覆蓋面最廣、涉及設(shè)備種類最全面、用于分析的數(shù)據(jù)量最大。主要的任務(wù)包括:
(I)設(shè)備角度:隨時掌握各路局全部信號設(shè)備的工作狀態(tài)；通過統(tǒng)計報表功能，了解各種信號設(shè)備在實際應(yīng)用中的故障率、故障種類、故障影響等信息；掌握各路局信號設(shè)備的維護情況；通過統(tǒng)計報表功能，對不同廠家、不同種類、不同型號的信號設(shè)備的綜合性能進(jìn)行比較，為設(shè)備采購、運營、維護等提供數(shù)據(jù)支持及量化參考；通過數(shù)據(jù)整合分析，發(fā)現(xiàn)信號設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，為設(shè)備的升級改造及新系統(tǒng)、新設(shè)備的引入提供針對性建議；(2)運維角度:掌握各鐵路局的運維情況，有針對地安排檢查重點、整改重點，防患于未然。
[0045]2)鐵路局
[0046]各路局的信號設(shè)備種類相對來說比較統(tǒng)一，主要的任務(wù)包括:(I)設(shè)備角度:查看各信號設(shè)備的報警信息；通過統(tǒng)計報表功能，了解各種信號設(shè)備在實際應(yīng)用中的故障率、故障種類、故障影響等信息；及時了解故障的處理情況；監(jiān)控所主管信號設(shè)備的工作狀態(tài)；發(fā)生故障時，綜合對比車載設(shè)備和地面設(shè)備的報警信息、狀態(tài)監(jiān)控信息等，判斷導(dǎo)致故障的根本原因；通過統(tǒng)計報表及數(shù)據(jù)分析等功能，對不同廠商設(shè)備進(jìn)行比較，并向設(shè)備廠家提供相應(yīng)需求及意見；(2)運維角度:掌握所屬各個電務(wù)段的運維情況，有針對地安排檢查重點、整改重點，防患于未然。
[0047]3)電務(wù)段
[0048]對其管內(nèi)的所有信號設(shè)備進(jìn)行總體監(jiān)控，對其下屬的各車間進(jìn)行工作指導(dǎo)。進(jìn)行設(shè)備的具體維護工作，又關(guān)心各類數(shù)據(jù)的總體分析處理及比較結(jié)果。
[0049]4)車站/工區(qū)
[0050]車站包括普通車間、車載車間、運調(diào)車間，有些車站還包括高速車間等。分別用于管理不同的監(jiān)測設(shè)備，包括站內(nèi)信號設(shè)備及區(qū)間信號設(shè)備、車載設(shè)備、CTC、RBC、TDCS等設(shè)備。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)故障并識別故障的原因。通過各種統(tǒng)計報表識別故障發(fā)生的地點、設(shè)備等信息，針對故障發(fā)生率較高的位置進(jìn)行重點的監(jiān)控，對易出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計分析，為設(shè)備更換和采購提供依據(jù)。
[0051]本發(fā)明的分級式的數(shù)據(jù)存儲和處理方式非常適用于國鐵的分級特點以及各級的數(shù)據(jù)分析需求。本發(fā)明即采用鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級模式，在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端。在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司部署實時數(shù)據(jù)分析組件，其中車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)。鐵路局、鐵路總公司還需要在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署離線數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，用于分析挖掘?qū)崟r數(shù)據(jù)分析所使用的模型。本發(fā)明的方案主要包括下面六個部分的內(nèi)容:
[0052](I)數(shù)據(jù)采集:
[0053]需要將鐵路產(chǎn)生的各類信號數(shù)據(jù)采集起來，包括通信數(shù)據(jù)、車載設(shè)備數(shù)據(jù)、車站設(shè)備數(shù)據(jù)、中心設(shè)備數(shù)據(jù)、軌旁設(shè)備數(shù)據(jù)等。
[0054]鐵路信號包括多種類型，如通信數(shù)據(jù)、車載數(shù)據(jù)、軌旁數(shù)據(jù)、車站數(shù)據(jù)等，產(chǎn)生的位置也包括車站、電務(wù)段、鐵路局管理中心、鐵路公司中心等，因此數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)也需要部署在車站、電務(wù)段、鐵路局和鐵路公司信號中心。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)需要根據(jù)信號數(shù)據(jù)的規(guī)范，接收并解析信號數(shù)據(jù)。信號采集子系統(tǒng)將采集到的信號數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)，對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
[0055](2)數(shù)據(jù)預(yù)處理:
[0056]數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)接收來自數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集到的信號數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的故障，找到與該故障相關(guān)的信號數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)首先進(jìn)行去重、去噪等預(yù)處理，保證數(shù)據(jù)的有效性。根據(jù)信號數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間向量模型，并根據(jù)需要，利用特征選擇算法比如信息增益算法等對特征進(jìn)行抽取、去重和選擇，找到對故障分類有用的特征，最終生成適于模型訓(xùn)練和實時分析的特征向量。
[0057](3)分類模型挖掘:
[0058]對于采集到的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行人工標(biāo)注，得到標(biāo)注的各類故障數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以產(chǎn)生相應(yīng)的分類模型及參數(shù)，用于下一步的信號數(shù)據(jù)分析。
[0059]該子系統(tǒng)針對通過對人工標(biāo)注的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，首先對這些已經(jīng)標(biāo)注的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，產(chǎn)生帶標(biāo)注類別的特征向量，然后選擇適當(dāng)?shù)奶卣骱统跏紖?shù)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而得到故障分類的模型。
[0060]選擇符合規(guī)律的模型，對模型進(jìn)行訓(xùn)練，找到針對具體的故障找到相應(yīng)的分類模型以及參數(shù)，使其對該類故障具有最好的分類效果。
[0061](4)信號數(shù)據(jù)實時分析:
[0062]包括數(shù)據(jù)過濾、去重、特征提取、特征選擇、歸一化等步驟，然后利用故障模型對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測和分類。該子系統(tǒng)接收經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)處理之后的實時信號數(shù)據(jù)，利用分類模型挖掘子系統(tǒng)得到的分類模型對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，得到當(dāng)前系統(tǒng)的運行狀態(tài)。沒有故障的時候進(jìn)行正常的顯示，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候需要以警告的方式來提醒相關(guān)人員。
[0063](5)分析結(jié)果展示:
[0064]該子系統(tǒng)即各種顯示終端，部署于車站、電務(wù)段、鐵路局和鐵路公司的信號中心，用于實時的顯示管轄區(qū)的運行狀態(tài)、及時提醒報警信息、查詢信號數(shù)據(jù)等，提供給現(xiàn)場技術(shù)人員和管理人員使用。便于相關(guān)人員可以更加直觀的了解系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)。針對不同層次(車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司)的信號數(shù)據(jù)分析的結(jié)果的展示方式和范圍也有所不同，車站是實時展示該車站內(nèi)部的實時分析情況；電務(wù)段展示的是管轄所有車站的部分分析結(jié)果及所有的故障信息；鐵路公司站段展示的是公司內(nèi)所有電務(wù)段、車站的運行狀態(tài)和分析結(jié)果。
[0065]對于上面的步驟(2)?(4)，在車站和電務(wù)段兩級因為沒有部署數(shù)據(jù)中心，因此就是在采集機中完成的(即實時數(shù)據(jù)分析組件)；而在鐵路局和鐵路公司則在數(shù)據(jù)中心完成。具體實施時，鐵路局和鐵路公司也可以不需要專門的數(shù)據(jù)采集機，直接把數(shù)據(jù)采集組件部署在中心服務(wù)器上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集機的功能。
[0066](6)對鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段及車站存儲的數(shù)據(jù)建立索引，在出現(xiàn)故障時根據(jù)該索引快速獲取相關(guān)時間段及位置的各類信號數(shù)據(jù)，以便于快速的進(jìn)行故障分析、定位和解決。
[0067]a)分級索引的結(jié)構(gòu)
[0068]鐵路信號系統(tǒng)各級部門只對管轄區(qū)內(nèi)的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，因此數(shù)據(jù)需求具有明顯的局部性。據(jù)鐵路系統(tǒng)目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀以及數(shù)據(jù)需求的特點，采用分級的方式進(jìn)行信號數(shù)據(jù)存儲，為了快速高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，采用分級式的數(shù)據(jù)索引策略。也就是在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司分別采用不同的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)來保證數(shù)據(jù)查詢的速度。這里引入數(shù)據(jù)塊(Block)的概念，是具有64M固定大小的存儲空間，由鐵路公司的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器對全網(wǎng)的信號數(shù)據(jù)存儲設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的編號。
[0069]b)車站數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，如表1所示。
[0070]表1.車站數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)
[0071]

【權(quán)利要求】
1.一種基于云計算的軌道交通信號綜合運維系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)采集機，用于采集軌道交通信號數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)中心，連接所述數(shù)據(jù)采集機，包括云安全層、基礎(chǔ)資源層、虛擬化層、數(shù)據(jù)存儲層、計算引擎層、組件層及Web集群；其中，云安全層通過數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)還原和訪問控制，保障系統(tǒng)的安全；基礎(chǔ)資源層是數(shù)據(jù)中心的硬件平臺；虛擬化層通過虛擬化軟件實現(xiàn)對硬件的虛擬化，屏蔽底層的硬件差異；數(shù)據(jù)存儲層包括分布式文件系統(tǒng)、列式數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，分別用于存儲非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；計算引擎層采用云計算處理架；組件層是具體處理各種業(yè)務(wù)的組件;Web集群是基于負(fù)載均衡的服務(wù)發(fā)布層； 終端，連接所述數(shù)據(jù)采集機和所述數(shù)據(jù)中心，用于展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:采用鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級模式，在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端；在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司均部署實時數(shù)據(jù)分析組件，其中車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述計算引擎層包括離線數(shù)據(jù)處理架構(gòu)MapReduce、實時分布式處理架構(gòu)spark以及數(shù)據(jù)移動引擎sqoop和底層資源管理系統(tǒng)yarn, Yarn用于根據(jù)用戶提交的任務(wù)來分配存儲資源和計算資源用于處理該任務(wù)。
4.如權(quán)利要求1所述的 系統(tǒng)，其特征在于:所述組件層包括數(shù)據(jù)管理組件、數(shù)據(jù)分析組件、故障診斷組件。
5.一種采用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的基于云計算的軌道交通信號綜合運維方法，其步驟包括: 1)采用鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級模式，在鐵路公司、鐵路局分別部署數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)采集機和終端，在電務(wù)段、車站只部署數(shù)據(jù)采集機和終端；在車站、電務(wù)段、鐵路局、鐵路公司均部署實時數(shù)據(jù)分析組件，其中車站、電務(wù)段的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)采集機內(nèi)，鐵路局、鐵路公司的實時數(shù)據(jù)分析組件部署于數(shù)據(jù)中心內(nèi)； 2)車站的數(shù)據(jù)采集機采集車站的實時數(shù)據(jù)，利用在本地部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取和特征選擇，然后利用分析模型對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，得到信號系統(tǒng)當(dāng)前的運行狀態(tài)，并會將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸至電務(wù)段； 3)電務(wù)段的數(shù)據(jù)采集機接受來自內(nèi)部的各個車站傳輸過來的數(shù)據(jù)，利用本地部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對接收的不同車站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到整個電務(wù)段的分析結(jié)果，并將分析結(jié)果傳輸至鐵路局的數(shù)據(jù)采集機； 4)鐵路局的數(shù)據(jù)采集機接收來自各個電務(wù)段的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)中心，然后利用數(shù)據(jù)中心部署的實時數(shù)據(jù)分析組件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將分析結(jié)果及部分特征傳輸?shù)借F路公司的數(shù)據(jù)采集機； 5)鐵路公司的數(shù)據(jù)采集機接收鐵路局發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)中心，利用數(shù)據(jù)中心的實時數(shù)據(jù)分析組件進(jìn)行分析處理，得到鐵路公司全局的分析結(jié)果； 6)利用部署于鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段和車站的終端，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)果的展示。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:還包括步驟7)，該步驟對鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段及車站存儲的數(shù)據(jù)建立索引，在出現(xiàn)故障時根據(jù)該索引快速獲取相關(guān)時間段及位置的各類信號數(shù)據(jù)，以便于快速的進(jìn)行故障分析、定位和解決。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立索引的方法是:首先在各個車站根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)建立索引，然后將車站的索引文件傳輸?shù)诫妱?wù)段，電務(wù)段對本地采集的數(shù)據(jù)及接收到的車站索引文件建立二級索引，然后將索引傳輸至鐵路局的數(shù)據(jù)中心，鐵路局的數(shù)據(jù)中心對接收的各類數(shù)據(jù)建立三級索引，然后將索引傳輸至鐵路公司的數(shù)據(jù)中心,鐵路公司的數(shù)據(jù)中心對接收的各類數(shù)據(jù)建立四級索引，形成一個鐵路公司、鐵路局、電務(wù)段、車站的四級索引。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述四級索引中: 車站數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)包括車間的編號、車間內(nèi)監(jiān)測設(shè)備的編號、數(shù)據(jù)塊編號、信號數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)塊的起始位置、信號數(shù)據(jù)的大?。卉囌镜乃饕龜?shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲時生成，并存儲在本地機器中，車站終端進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時，首先到本地機器中讀取索引文件，然后根據(jù)數(shù)據(jù)塊、偏移量去讀取實際數(shù)據(jù)； 電務(wù)段數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)包括本地數(shù)據(jù)索引和車站索引數(shù)據(jù)的索引； 鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)包括本地數(shù)據(jù)索引和管區(qū)內(nèi)電務(wù)段索引數(shù)據(jù)的索引； 鐵路公司數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)包括本地數(shù)據(jù)索引和各個鐵路局索引數(shù)據(jù)的索引。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集機對于采集到的本地信號數(shù)據(jù)保存在本地系統(tǒng)中，上層通過元數(shù)據(jù)來管理下層的數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:步驟2)中車站的數(shù)據(jù)采集機通過車站的信號站機獲取信號數(shù)據(jù)，車站的信號站機通過已有的規(guī)則判斷是否需要進(jìn)行傳輸，從而對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理；車站的數(shù)據(jù)采集機與車站的信號站機建立socket連接，車站的信號站機將壓縮處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集機，數(shù)據(jù)采集機利用所述已有的規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原。
【文檔編號】G06K7/10GK104077552SQ201410321145
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】鮑俠 申請人:北京泰樂德信息技術(shù)有限公司