地铁车辆远程数据分析平台设计

报告，通过车载无线传输系统将状态数据和故障数据传输至地面。

2.1.2 运行监控系统。列车状态、故障监控、综合诊断及应急处置等组成。根据列车组和关键零部件的运行状态，提取与列车组安全运行相关的数据及关键技术指标进行监控。根据车载系统传输的故障报告或关键设备技术状态数据对当前列车组运行状态进行评估，对潜在的故障进行综合诊断，形成综合评估和故障诊断报告，依据故障等级对列车组进行控制，对列车组现场人员提供技术指导和应急处置方案。

2.1.3 健康维护系统。由故障报告、健康评估、故障预测、维修管理等组成。根据列车组车载系统及运行监控系统报告的故障数据和列车组设备状态数据以及积累的历史数据，在地面利用高性能计算机及检测系统实现智能故障推理、关键机械部件的故障发展趋势模型，实现列车组及关键部件健康状态评估及故障预测，给出列车组系统的综合评价指标，提高列车组或部件的维修管理水平。

2.1.4 决策支持系统。由状态维修、寿命预测、服役跟踪、档案管理等组成。根据地面系统存储的列车组及关键部件的大量数据和历史档案数据，利用数据挖掘、故障模式识别等手段，建立关键机械部件故障发展趋势模型库，电子零部件的连续量、离散量、开关量等不同性质的故障预测模型库，建立列车组及零部件健康档案，进行零部件寿命预测、服役跟踪和档案管理，给出维修决策，形成列车组及关键部件健康评价指标体系。

2.2 业务需求

根据地铁车辆远程数据分析系统提供的核心功能，具体的业务需求为：

2.2.1 数据采集存储模块。主要实现列车实时数据和离线数据的接收、转发、解析、存储等功能。

2.2.2 实时状态检测模块。对列车的关键部件工作状态、运行线路、故障数据进行管理和处理，以可视化的形式进行展示。

2.2.3 分析统计模块。对列车的历史数据、离线数据结合知识库，进行统计分析，以可视化的形式进行展示。

2.2.4 后台管理模块。对整个系统进行综合的后台管理，管理员通过Web登录管理系统后，可以进行用户管理、权限管理、日志管理以及资料管理等操作。

3 总体设计

3.1 搭建原则

以创新驱动、资源共享为引领，整合地铁和现代信息技术等先进成果，打造创新、高效的列车远程数据分析。系统是一种具有基础性的支撑体系，数据来源广泛而零散，它具有整合和共享的服务性质。

3.2 业务架构

以列车智能维护为目标应用领域，围绕其数据增量的特点，建立流式数据接入、存储管理、实时跟踪以及异常识别的全业务链服务体系。结合当前技术缺陷，在平台搭建中实现流式数据实时处理与离线分析工作的结合。

系统建设的目的是针对列车监测数据，提供一体化、智能化的数据支撑服务环境，实现多源数据的存储、管理、分析。其主要包括采集层、现场处理层、接入层、IO层、持久化层、分析处理层以及服务层共七个基本层次。

3.2.1 采集层：其通过各种传感器与车上网络环境形成数据采集环境。采集的各种对象的监控数据经过汇聚后，统一开展现场处置与传输等后继工作，其依赖列车通信设备。

3.2.2 现场处理层：其在采集层数据的基础上，根据管理机制对数据进行检测，发现异常对象的前兆与警报信息，并通过列控数据交换机制及时预警或值警，同时根据不同数据的业务重要性以多种方式回传后台。另外，结合列控网采集手段，在列车检修阶段采集有关数据并回传，满足后台管理、分析与业务支撑的要求。

3.2.3 接入层：根据不同类别数据的规范要求，清洗数据并存储入库。

3.2.4 IO层：利用文件系统实现底层数据的基本IO存储与读取。通过文件系统有效实现系统整体IO读写负载的平衡，满足数据持久化存储的基本要求。

3.2.5 持久化层：由基本数据库构成。在这一层中围绕列车海量、多维流式监测数据提供高性能数据存储管理系统。这一系统结合IO定向分布、流数据增量分段存储模型等方式，实现流数据集的规模可控，解决由高增量引起的存储膨胀问题；针对列车数据实时主动的需求特点，在键值存储模型的基础上，建立边界溢出主动机制，為持久层中的实时主动提供基础。

3.2.6 分析处理层：在内存数据集的基础上构造基于连续窗口的事件多维数据主动协同机制；结合底层数据主动机制以及数据pub/sub机制实现增量过程中，事件的主动识别、跟踪与触发响应。

3.2.7 服务层：提供故障（报警）统计查询、实时数据查询等用户服务。

3.3 逻辑结构

远程数据分析平台由服务器端软件、Web端软件两部分组成。

3.3.1 服务器端软件。根据数据类型有流式、结构化以及查询模式化的特点，结合关系数据库构成一体化的存储管理支撑环境，完成数据的统一存储、管理。

3.3.2 Web端软件。提供系统实时状态监测、数据分析和预警等基本功能；为整个系统的数据处理和数据发布等操作提供统一的配置管理平台，包括用户信息管理、用户权限分配等系统管理功能，组成系统的综合信息管理环境。

3.4 物理结构

3.4.1 实时数据。（1）列车实时通过地面4G无线传输通道通过以TCP协议将车载数据分别传输到检修库服务器和车辆段服务器；（2）检修库和车辆段的实时数据采集存储软件同时对协议数据进行数据采集、解析，解析后的数据通过以太网存储到数据库，对实时数据长期存储；（3）Web程序读取数据库，对数据进行可视化展示；（4）用户通过以太网使用浏览器，在网页中进行查看。

3.4.2 离线数据。（1）车辆到库后，维护人员使用HMI进行手动触发进行车辆数据上传或者TCMS根据时间触发条件自动上传车辆数据，借用库内WLAN技术，以TCP或者FTP的协议发送到车辆段或者检修库服务器；（2）车辆段服务器中的离线数据采集存储软件对数据进行数据采集、解析，并将解析后的数据内容通过以太网的方式存储到数据库中；（3）Web程序读取数据库，对数据进行可视化展示；（4）用户通过以太网使用浏览器，在网页中进行查看。

4 结语

随着地铁车辆远程数据分析平台的搭建，可以大大提高车辆自诊断及维修智能化水平，提升维修诊断效率；降低人工成本，提高车辆的可靠性和安全性；更便于建立车辆维修智能化数据库，优化维修模式，提升资源利用率，随着车辆的数据累计，更加可以利用云计算、数据挖掘、神经元算法等提供车辆运行的安全性和可靠性，为后期车辆的设计改进提供强有力的数据支持。

参考文献

[1] 仇辉.智能交通管控平台中数据分析子系统的设计与实现[D].北京邮电大学，2015.

[2] 吕赫.动车组车载信息实时传输方案研究[J].铁路计算机应用，2013，（1）.

作者简介：董敬超（1989-），男，河北唐山人，中车唐山机车车辆有限公司工程师，研究方向：列车网络。

（责任编辑：黄银芳）

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