中車唐山機車車輛有限公司是中國中車股份有限公司核心子企業(yè)，于2016年1月由“唐山軌道客車有限責任公司”更名成立，是中國軌道交通裝備制造業(yè)的發(fā)祥地。目前，公司主要從事軌道交通裝備的研發(fā)、制造、服務和檢修以及工程總包、污水處理等多元化產業(yè)。公司總部位于河北省唐山市，地處華北平原京、津、冀環(huán)渤海經濟區(qū)，距首都北京、直轄市天津和海濱城市秦皇島分別只有150公里左右，具有便利的鐵路、公路和海運優(yōu)勢。

通過中低速磁浮車型和天津5號線軌道交通車型監(jiān)控采集復雜程度相對較高的地面運輸裝備。建立列車運行狀態(tài)智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對車組運行安全相關關鍵參數(shù)的實時監(jiān)控、狀態(tài)評估、故障診斷、健康評估和故障預測等功能，通過數(shù)據(jù)提出運維管理和維護保養(yǎng)的合理建議，實現(xiàn)車輛從“計劃修”到“狀態(tài)修”的轉變，降低運營維護成本。

為此，本項目提出“列車運行狀態(tài)智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)”，通過科技創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、自主創(chuàng)新，實現(xiàn)價值鏈的延伸，創(chuàng)造體現(xiàn)綠色智能的軌道交通裝備、創(chuàng)新運營維護服務新模式，形成獨特的管理，實現(xiàn)數(shù)字化信息化監(jiān)控，打破傳統(tǒng)交通軌跡設備系統(tǒng)信息孤島的狀態(tài)，為車輛安全穩(wěn)定運營提供重要的數(shù)據(jù)支撐和保障。

實施時間：

2020年01月02日—2020年12月25日

應用場景

本項目提出的列車運行狀態(tài)智能監(jiān)控與預警系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)對磁浮車組運行安全相關關鍵參數(shù)的實時監(jiān)控、狀態(tài)評估、故障診斷，健康評估和預測等功能，并根據(jù)設備的監(jiān)控狀態(tài)進行故障告警和預警。軌道交通裝備全生命周期監(jiān)控軌跡設備管理的過程中，通過對逆變系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、門系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸浮系統(tǒng)和蓄電池等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，指導運維工作的規(guī)劃工作，對于低可用性的系統(tǒng)，結合國家和行業(yè)規(guī)范，在規(guī)劃階段逐步取消建設；通過對各類設備的初始建設費用、維修費用、故障頻率、影響范圍等綜合進行統(tǒng)計分析，降低磁浮車組維護、維修成本，提高車輛運營效率。

天津軌道交通5號線全長34.8千米，其中地下線33千米，地面線及過渡段1.8千米；共設27座車站，設有梨園頭車輛段、雙街停車場，列車采用6節(jié)編組B型列車。

中低速磁懸浮具有"工程造價較低"的性價比優(yōu)勢，"轉彎半徑小、爬坡能力強"的技術優(yōu)勢以及運營維修成本相對較低，低碳節(jié)能、噪聲低、無污染、綠色環(huán)保，性能安全可靠，具備全產業(yè)鏈完全自主知識產權等突出特點，使中低速磁懸浮成為最適合采用作為中運量、中速的城市軌道交通工具之一。

因此，運用信息化手段，解決信息“孤島”，加強軌道交通設備管理系統(tǒng)和現(xiàn)有資源以及數(shù)據(jù)資產的整合，將數(shù)據(jù)變得更加重要。因此，需要運用科學信息技術，建立集成的智能大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺，通過對系統(tǒng)體系結構進行模塊化設計，提高了系統(tǒng)和部件的通用性, 進一步縮短維修周期和降低壽命周期費用。

面臨挑戰(zhàn)

車載采集參數(shù)數(shù)據(jù)無統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準：不同類型車輛，不同線上的車輛由于車載盒子來自于不同的廠家，每廠軌道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式并不一樣，能提供的數(shù)據(jù)參數(shù)也不一樣，甚至有可能同一條線上的不同車輛由于生產年份不同，車輛參數(shù)都會有差異，數(shù)據(jù)類型分為結構數(shù)據(jù)和半結構化數(shù)據(jù)，對于這種情況，我們要做數(shù)據(jù)的整合，數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，參數(shù)空值的判斷或者數(shù)據(jù)類型異常處理等一系列的工作。

不同車載軌跡對接協(xié)議不同：雖然在我們互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等積累多年的經驗及技術，但是目前互聯(lián)互通的挑戰(zhàn)依然不小。面臨著數(shù)據(jù)接通、協(xié)議對接、行業(yè)領域等問題。因為對接不同車載軌跡，具有不同協(xié)議規(guī)則，因此平臺的融合性較為重要，而要將所有設備接入統(tǒng)一的系統(tǒng)內就需要解碼或協(xié)議對接，缺乏過硬的技術積累，確實存在較大挑戰(zhàn)。

不同軌道數(shù)據(jù)內容、存儲方式不同：各路線的軌道數(shù)據(jù)存各自存儲、數(shù)據(jù)間無法共通，導致軌跡數(shù)據(jù)像孤島一樣缺乏關聯(lián)，通過多種數(shù)據(jù)源管理，快速構建數(shù)據(jù)同步作業(yè)，實現(xiàn)可視化圖形操作周期調度，并實時監(jiān)控執(zhí)行結果，快速整理數(shù)據(jù)、構建數(shù)倉以及數(shù)據(jù)全生命周期管理，深度封裝數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)資產、數(shù)據(jù)服務的能力，幫企業(yè)構建車載狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)，探索部件性能變化規(guī)律。

數(shù)據(jù)支持

本項目涉及到到系統(tǒng)22個子系統(tǒng)，接入車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)。中車不同類型的車輛系統(tǒng)，不同的線路，由于車載數(shù)據(jù)由不同的廠商提供，所以不同線路采用不同的數(shù)據(jù)采集方案。

磁懸浮系統(tǒng)，我們通過flume實時采集車輛發(fā)到特定位置的數(shù)據(jù)包并進行數(shù)據(jù)解析。 天津5號線的數(shù)據(jù)，則是通過同步cassandra數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來進行實時數(shù)據(jù)分析處理。

全部系統(tǒng)預計每秒13.2萬條合計11M（200條*10個模塊*3節(jié)車廂*2列車*11個系統(tǒng)），每天11.4億條數(shù)據(jù)合計92.8G，每月2.7T，每年32.6T。

應用技術與實施過程

項目關鍵技術包括如下：

實時數(shù)據(jù)處理引擎：利用 Google Dataflow 流式計算模型，實現(xiàn)高吞吐、低延遲、高性能兼具實時流式計算框架。

拓撲高階抽象：構建由 Source，Kafka Topic，F(xiàn)link Stream，Sink 組成的物理拓撲；每個物理拓撲里可以并行處理多個由 Source Namespace，F(xiàn)link operator，Sink Namespace 組成的邏輯拓撲。

計算服務平臺：將計算資源變成一種服務，用戶可以自助對接數(shù)據(jù)源編寫作業(yè)實現(xiàn)需求，只需要關心業(yè)務邏輯，而不用關心作業(yè)如何提交運行的。

異構數(shù)據(jù)驅動器：支持多種數(shù)據(jù)源整合接入，各種業(yè)務數(shù)據(jù)一站集成。    
  
統(tǒng)一通用協(xié)議抽象：將多種數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)格式歸一化。

數(shù)據(jù)虛擬化平臺：虛擬表到物理表之間的映射，用戶無需關心數(shù)據(jù)的物理存放位置和底層數(shù)據(jù)源的特性即可操作數(shù)據(jù)，體驗類似操作一個虛擬數(shù)據(jù)庫。

1. 數(shù)據(jù)源車載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)生產機構，通過接入對車輛的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了以下的7 大功能系統(tǒng)，有逆變系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、門系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸浮系統(tǒng)和蓄電池等。

2. 數(shù)據(jù)存儲層 （數(shù)據(jù)中心）主要對結構化數(shù)據(jù)進行存儲。數(shù)據(jù)存儲經過清洗、處理后可用于生產系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如元數(shù)據(jù)，業(yè)務數(shù)據(jù)庫，模型數(shù)據(jù)庫等，該層直接面向應用系統(tǒng)，要求高可靠、高并發(fā)、高精度。

3. 數(shù)據(jù)處理層將進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)資源調度和數(shù)據(jù)計算等工作，實現(xiàn)將原始數(shù)據(jù)（raw data）加工成生產數(shù)據(jù)（product data）。
4. 建模分析層是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深加工，通過數(shù)據(jù)模型分析、數(shù)據(jù)挖掘和深度學習等算法從生產數(shù)據(jù)集中挖掘出數(shù)據(jù)內在的價值，為業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)可視化。

5. 應用層的功能包含狀態(tài)監(jiān)測，狀態(tài)告警，故障預警、監(jiān)控評估等。

6. 展現(xiàn)層是以智能圖表、BI展示、平臺接口等多種方式提供數(shù)據(jù)展示。

1. 大數(shù)據(jù)基礎設施層包含數(shù)據(jù)存儲、資源調度、數(shù)據(jù)計算等，通過spark 和flink等框架進行數(shù)據(jù)計算；通過Yarn進行資源調度；通過Hive，Hbase和Hdfs等框架進行數(shù)據(jù)存儲。

2. 數(shù)據(jù)加工層包括數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)采集等工作，該層的作用是將raw data加工成product data。

3. 數(shù)據(jù)管理層包含了基礎數(shù)據(jù)、離線計算、實時計算、AI計算等、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫等。

4. 基礎數(shù)據(jù)主要是接入車輛運行狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障數(shù)據(jù)，具體包括逆變系統(tǒng)數(shù)據(jù)、輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)、空調系統(tǒng)數(shù)據(jù)、懸浮系統(tǒng)數(shù)據(jù)、門系統(tǒng)數(shù)據(jù)、制動系統(tǒng)數(shù)據(jù)、列控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、蓄電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)、牽引系統(tǒng)數(shù)據(jù)等（9個系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)）。

5. 離線計算包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)和應用數(shù)據(jù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)將劃分為時間維度、里程維度、快速數(shù)據(jù)、慢速度數(shù)據(jù)；應用數(shù)據(jù)將劃分為監(jiān)控登記評定、健康評估、性能排隊、故障統(tǒng)計。

6. 實時計算包括狀態(tài)監(jiān)測列表數(shù)據(jù)、大屏展示數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測圖表數(shù)據(jù)、預警列表數(shù)據(jù)等。

7. AI計算包括AI模型和應用數(shù)據(jù)，AI模塊分為列車總能耗分析監(jiān)控模型、逆變模塊性能分析模型、輔助變流器分析模型、蓄電池性能分析模型、門系統(tǒng)性能分析模型、制動系統(tǒng)性能分析模型、空調系統(tǒng)性能分析模型；應用數(shù)據(jù)分為列車總能耗、逆變模塊性能、輔助變流器、蓄電池性能、門系統(tǒng)性能、制動系統(tǒng)性能、空調系統(tǒng)性能。

平臺功能

列車宏觀狀態(tài)監(jiān)測：

展示所有列車列車號、線路、車型等車輛基本信息和列車當前位置、行駛里程、當前速度、當前告警數(shù)等狀態(tài)信息，并可以通過關鍵字和搜索條件搜索。

列車系統(tǒng)/部件狀態(tài)圖表展現(xiàn)

選定某條線路列車可以用圖表的方式查看車內包含的所有部件的變化趨勢，并且可通過篩選條件進行搜索并保存搜索結果。

列車系統(tǒng)/部件狀態(tài)檢測/圖表編輯：

針對各部件數(shù)據(jù)展示的信息，可以在該頁面對圖表展示形式和展示規(guī)則進行編輯修改。

列車系統(tǒng)/部件狀態(tài)列表展示:

選定某條線路列車可以用列表的方式查看車內包含的所有部件參數(shù)信息，并且可通過篩選條件進行搜索并保存搜索結果。

列車宏觀狀態(tài)預警監(jiān)測：

展示所有列車列車號、線路、車型等車輛基本信息和列車當前位置、行駛里程、當前速度當前預警數(shù)等狀態(tài)信息，并可以通過關鍵字和搜索條件搜索。

列車系統(tǒng)/部件狀態(tài)預警：

選定某條線路列車可以用列表的方式查看車內包含的所有部件的預警狀態(tài)，并且可通過關鍵字搜索或者通過篩選條件進行搜索并保存搜索結果。

健康評估：

依據(jù)系統(tǒng)健康評估模型和部件預警健康模型，結合用戶的特定要求及條件，實時或定期針對指定的系統(tǒng)、部件進行智能健康評估。

智能模型管理：

針對系統(tǒng)內所有數(shù)據(jù)模型進行管理以及展示，模型信息以信息列表的展現(xiàn)形式展示接入的AI模型和規(guī)則模型的信息，可針對列表內字段根據(jù)需要進行排序和條件篩選。點擊操作項中的查看按鈕可查看規(guī)則模型詳細信息或進行停啟用、修改或刪除。

部件管理：

基于全車型構型樹，可對構型樹中的部件進行增加刪除管理，并針對各個部件進行信息的編輯、預警閾值和虛警條件的設置。

監(jiān)控中心：

對所有線路進行全景呈現(xiàn)，包括列車路線、路線上列車數(shù)量和運行狀態(tài)，列車系統(tǒng)的參數(shù)展現(xiàn)和列車的配屬統(tǒng)計。

懸浮系統(tǒng)監(jiān)控：

對懸浮系統(tǒng)進行監(jiān)控，從車輛數(shù)據(jù)、整車立體展示、懸浮各模塊狀態(tài)展示、加速到電流間隙軌道的變化趨勢展示。

事件中心：

針對同一類車型的故障告警和故障預警的統(tǒng)計，包括故障數(shù)量、故障系統(tǒng)統(tǒng)計、故障等級統(tǒng)計和月故障統(tǒng)計。

商業(yè)改變

打破信息壁壘：通過異構數(shù)據(jù)驅動器及統(tǒng)一通用協(xié)議抽象技術，實現(xiàn)采集不同廠家、不同類型、不同軌道的各樣數(shù)據(jù)，對接不同廠家、不同車載軌跡的多種協(xié)議，解決了數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)格式雜、數(shù)據(jù)不統(tǒng)一等數(shù)據(jù)內容壁壘。

減少維修成本：基于AI模型、規(guī)則模型等自研智能模型，實現(xiàn)對列車的線路、列號、行駛情況進行宏觀監(jiān)測、動態(tài)感知健康程度并實時告警。運用工業(yè)大數(shù)據(jù)處理技術、計算機智能分析技術，再利用部件的車載狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)，探索部件性能變化規(guī)律減少維修車輛所需成本。

避免事故風險：建立全車構型樹為磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)乃至車輛結構設備、電氣設備、線路道岔及軌排系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和跟蹤，進行預警閾值判斷及虛警過濾以減少因未及時關注部件的健康程度，為車輛安全穩(wěn)定運營提供重要的數(shù)據(jù)支撐和保障實時監(jiān)測監(jiān)控列車部件狀態(tài)。

關于案例提交企業(yè)·天津卓朗：

卓朗科技創(chuàng)立于2009年，是國內領先的企業(yè)級信息技術服務提供商，我們致力于改善人和機器的工作，驅動制造業(yè)高質量發(fā)展，構建數(shù)字智能城市，滿足人民幸福生活，推動數(shù)字經濟發(fā)展。

我們面向智能城市和智能制造等領域為企業(yè)、政府和各類組織提供安全可信、穩(wěn)定可靠、智能開放和有競爭力的產品、服務與解決方案，同業(yè)務伙伴開放合作，持續(xù)利用先進的信息技術不斷為客戶創(chuàng)造價值，釋放機器潛能，豐富個人工作，激發(fā)組織創(chuàng)新。我們是中國云計算公司500強企業(yè)、天津市服務業(yè)百強企業(yè)。截至2019年底，共有500多個政府機構，12000多家企業(yè)，3000多個組織機構選擇卓朗科技作為數(shù)字化轉型的合作伙伴。

堅持將每年收入的7%以上投入到研發(fā)。持續(xù)的研發(fā)投入不斷轉化為我們向客戶提供創(chuàng)新產品、高效服務的能力。我們尊重和保護知識產權，堅持自主創(chuàng)新和開放合作，擁有多項自主知識產權。截至2019年底，公司累計申請授權發(fā)明專利18項，軟件著作權182項，科學技術成果登記129項，發(fā)表高水平學術論文89篇，出版技術類專著5部。

我們擁有高級別的資質體系，涵蓋軟件、集成、涉密、安全和IT服務等領域，覆蓋業(yè)務全生命周期。主要包括涉及國家秘密信息系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)甲級資質、CMMI軟件能力成熟度模型伍級資質、電子與智能化工程專業(yè)承包壹級、安防工程企業(yè)設計施工維護壹級資質、信息技術服務運行維護標準符合性貳級資質、可信云服務認證和全國增值電信業(yè)務經營許可等。

來源：數(shù)據(jù)猿