城市交通信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究

張小平 ，李 亞 ，崔道江 ，禪錦玉 ，郭 玉

（1.新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與軟件分院，新疆烏魯木齊830021；2.新疆教育考試院，新疆烏魯木齊830000）

城市交通信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究

張小平1，李 亞2，崔道江1，禪錦玉1，郭 玉1

（1.新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與軟件分院，新疆烏魯木齊830021；2.新疆教育考試院，新疆烏魯木齊830000）

傳統(tǒng)的故障修復(fù)方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代城市復(fù)雜的交通信息采集系統(tǒng)的需求，由于技術(shù)的不成熟性，導(dǎo)致大量信息數(shù)據(jù)的丟失，而且還存在故障排查的不準(zhǔn)確性與低效性等問題。為此，提出城市交通信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究。首先對設(shè)備本身和系統(tǒng)本身出現(xiàn)的故障性分析構(gòu)建出了診斷技術(shù)的硬件框圖；然后根據(jù)診斷軟件的流程圖以及故障診斷的可信度函數(shù)對系統(tǒng)的軟件保障進(jìn)行了分析；最后對信息采集系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的可信度為實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行了探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，城市交通信息采集系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的設(shè)計(jì)非常的合理，能夠利用系統(tǒng)分解的方法將繁瑣的信息問題分解成若干個相對簡單的信息單元，從而高效合理的診斷故障發(fā)生的原因，該技術(shù)會為交通的日常維護(hù)以及設(shè)備管理等方面帶來巨大的效益。

城市交通；信息采集；系統(tǒng)故障；診斷技術(shù)

城市交通信息采集系統(tǒng)的復(fù)雜程度決定著故障診斷技術(shù)的水平，傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代城市復(fù)雜的交通信息采集背景，缺乏一定的準(zhǔn)確率和一定的安全性能[1-2]。故障診斷技術(shù)系統(tǒng)是一個動態(tài)的分布式求解的系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崟r的將信息進(jìn)行安全性分析，還能使全局的系統(tǒng)處在一個安全性能的范圍內(nèi)[3-4]。信息融合作為故障診斷的一種信息處理過程，能夠?qū)碜圆煌w系的知識源進(jìn)行自動分析綜合，并完成信息采集系統(tǒng)所必須的決策與估量[5]。雖然故障診斷技術(shù)融入到信息采集系統(tǒng)的時日并不長，還存在著交通領(lǐng)域知識性缺乏、知識獲取難度大等問題，但是卻為交通信息采集龐大的數(shù)據(jù)信息與診斷機(jī)理的綜合利用提供了一條方便的途徑。

在城市交通的信息采集系統(tǒng)中，通過控制設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)視，對診斷技術(shù)的硬件配置要得當(dāng)[6-7]。通過使用ECS系統(tǒng)對交通環(huán)境進(jìn)行管理，確保每一個信息采集設(shè)備處于節(jié)能、高校的狀態(tài)之中，利用故障診斷技術(shù)的在線功能對系統(tǒng)的各個硬件配置進(jìn)行診斷，充分發(fā)揮各個設(shè)備硬件應(yīng)有的功能。故障診斷技術(shù)的管理軟件，包含了可信度函數(shù)對軟件的診斷以及專家的系統(tǒng)診斷，能夠及時的發(fā)現(xiàn)傳感器與控制系統(tǒng)存在的安全隱患，進(jìn)行報警并及時的維修。

文獻(xiàn)[8]中提出了基于Agent的信息融合技術(shù)，通過對設(shè)備故障的診斷技術(shù)可以有效的解決人工查閱信息采集對異常情況檢測的問題；文獻(xiàn)[9]中Feighbaum教授提出了基于專家系統(tǒng)的交通信息故障診斷的技術(shù)，促使人們意識到故障診斷的重要性；文獻(xiàn)[10]中提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的交通信息故障的診斷技術(shù)，來推理不確定的信息數(shù)據(jù)，并與圖像理論進(jìn)行融合。

1 故障診斷技術(shù)研究

在城市的道路岔口存在著許多信息采集的設(shè)備，不僅設(shè)備的數(shù)量龐大，而且設(shè)備的內(nèi)部系統(tǒng)的各種組成部分之間都存在著復(fù)雜的關(guān)系。根據(jù)不同地點(diǎn)的信息采集數(shù)量也大不相同，因此需要對信息采集系統(tǒng)的本身以及設(shè)備的本身進(jìn)行故障的診斷。設(shè)備本身的故障主要是系統(tǒng)內(nèi)的傳感器、控制器出現(xiàn)的故障，應(yīng)該及時檢測有關(guān)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)。而系統(tǒng)的本身缺乏較完善的檢測功能，應(yīng)該實(shí)時的檢測信息采集的有關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)故障的原因，對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的時候應(yīng)該考慮硬件配置與軟件保證的問題。

1.1 硬件配置

城市交通信息采集設(shè)備的選擇上，應(yīng)該建立多方位的診斷技術(shù)。交通的信息采集數(shù)據(jù)需要根據(jù)制度進(jìn)行簡單的故障診斷。硬件配置的重要組成部分選用的是某國內(nèi)的最新品牌，在新一代的最高指標(biāo)產(chǎn)品的環(huán)控作為主要的硬件配置設(shè)備，該設(shè)備的最大特點(diǎn)就是所有的組件都自備電源，并且在組件的時候使用的是DCS的系統(tǒng)準(zhǔn)則作為主導(dǎo)理念。

針對每一個組件都設(shè)置一個IO的通道來進(jìn)行獨(dú)立的組態(tài)，在高性能處理器對系統(tǒng)的運(yùn)作基礎(chǔ)上實(shí)時的監(jiān)視每一個通道的狀態(tài)。通過處理器監(jiān)視的IO模板反映出來的現(xiàn)象，可以準(zhǔn)確的對故障的位置進(jìn)行定位。

1.1.1 故障診斷技術(shù)的在線功能

設(shè)備中配有PLC的工具，可以方便的對網(wǎng)上進(jìn)行信息的讀取，并向各個的PLC下載相對應(yīng)的程序，并對PLC程序進(jìn)行在線故障診斷技術(shù)的編輯，并對程序語言進(jìn)行優(yōu)化。如果出現(xiàn)小的錯誤，工程師可立刻進(jìn)行修改，以至于不影響PLC的正常工作。

對于組件的配置，特別是連接信息采集的鈦網(wǎng)設(shè)備，必須采用的是具有光纖環(huán)的網(wǎng)絡(luò)，并利用組件內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，其速度可在500 ms以內(nèi)就能快速的做出決定，使城市交通信息采集系統(tǒng)保持暢通。在道路交叉口采用是UPS對信息采集系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，如果出現(xiàn)了信息不采集的情況，就要進(jìn)行自動報警，以及時的發(fā)現(xiàn)故障的原因，并快速的使用診斷技術(shù)進(jìn)行故障修復(fù)。

1.1.2 故障診斷功能

利用信息采集的故障診斷技術(shù)的在線功能對PLC進(jìn)行進(jìn)行診斷。目的就是能夠查找故障發(fā)生的原因，主要功能包括:

1）應(yīng)用PLC工具對電源組件進(jìn)行在線診斷；

2）對信息采集現(xiàn)實(shí)IO模板進(jìn)行在線診斷；

3）每一個通道的組件進(jìn)行內(nèi)部診斷。

1.1.3 基于在線診斷功能的硬件配置

基于在線診斷功能的硬件配置主要包括的是推理與控制的策略。推理策略研究的是信息采集出現(xiàn)的故障征兆與組件之間復(fù)雜的邏輯關(guān)系，一般包括的是演繹的推理與歸納的推理；而控制策略研究的是整個信息采集故障診斷的控制策略，一般包括的是正向推理的策略與反向推理的策略。由此推斷出信息采集故障診斷的硬件框圖。

1.2 軟件保障

每一個交通口都要專門設(shè)置一個信息采集系統(tǒng)，因此，故障診斷的工作量就會變得非常的大。在設(shè)置軟件編程的時候，應(yīng)充分考慮報警的功能，如果出現(xiàn)信息采集故障的問題，后備的操作裝置立刻啟動報警的功能，準(zhǔn)備接受來自后備面板的指控的命令，來維持系統(tǒng)的基本運(yùn)行。故障診斷軟件的流程圖如圖2所示。

圖1 信息采集故障診斷的硬件框圖

圖2 故障診斷的軟件流程圖

信息采集的軟件出現(xiàn)問題，需要遵循如下算法:設(shè)c1c2分別為同一個信息識別框架上的2個不同的故障診斷可信度函數(shù)的分配，其焦元分別為:

由此可得出可信度的函數(shù)為:

當(dāng)λk=β時，c(λk)=0，其中:

其中q表示的是λi1與λj2的所有可信度的乘積之合，如果λi1與λj2在信息識別框架中不同時出現(xiàn)，那么就不會發(fā)生故障的問題。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證城市交通信息采集系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的合理性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)來自于德國科學(xué)家Petri的數(shù)學(xué)模型，以信息采集系統(tǒng)中的目標(biāo)故障為源頭，進(jìn)行組件之間的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建。當(dāng)信息采集的過程出現(xiàn)問題的時候，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確對出現(xiàn)故障的地方進(jìn)行診斷。

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

針對城市交通信息采集系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)。設(shè)W為信息采集的框架，β為空集，Q為W內(nèi)的假設(shè)命題，函數(shù)T在[1,2]區(qū)間的范圍內(nèi)，滿足:

公式（4）表示的是:當(dāng)β的信息采集的系統(tǒng)故障診斷可信度滿足所有假設(shè)命題的時候，其診斷的可信度為1；

當(dāng)采集的系統(tǒng)故障診斷為空集的時候，其診斷的可信度為0。

在一定周期內(nèi)，假設(shè)多個命題進(jìn)行技術(shù)診斷的實(shí)驗(yàn)，可以獲得可信度的分配情況，用Tab(Qk)來表示。那么第a個命題中的可信度表示的是在周期b內(nèi)的命題Qk的后驗(yàn)故障診斷的可信度。其中，b=1,2,3,…,i；a=1,2,3,…,n；k=1,2,3,…,n。根據(jù)上述參數(shù)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:

將每一個診斷周期所獲得的各自命題進(jìn)行信息融合，經(jīng)過驗(yàn)證其可信度分配表示為:

其中，

根據(jù)公式（5）（6）可以得到信息融合后的可信度:

其中，

由上述的實(shí)驗(yàn)步驟獲得城市交通信息采集系統(tǒng)故障原因的數(shù)據(jù)，如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)步驟中的表3可知信息融合后的大量數(shù)據(jù)，由此對數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。首先將T11T12T13T14進(jìn)行組合，得到的周期命題為Q1的結(jié)果是:

表1 信息融合后的可信度數(shù)據(jù)

然后使用同樣的方法，得出命題Q2的結(jié)果是:

由此方法進(jìn)行組合得出的Q3和p的結(jié)果分別為:0.34、0.27。利用相關(guān)的實(shí)驗(yàn)步驟可得到個命題的可信度結(jié)果如表2所示。

表2 信息融合后的可信度結(jié)果

表3 每一個診斷周期的可信度結(jié)果

由表2、3得出的各命題信息融合后的可信度結(jié)論:根據(jù)表2，若T1的可信度為0.520，大于T2T3和p的可信度值，那么系統(tǒng)故障的原因可能是系統(tǒng)連接線損壞。因此，城市交通信息采集系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的設(shè)計(jì)非常的合理，日后該技術(shù)必然會成為城市交通信息采集系統(tǒng)診斷以及設(shè)備日常維護(hù)的重要技術(shù)。

3 結(jié)束語

城市交通信息采集系統(tǒng)的升級與故障診斷技術(shù)是密不可分的。在復(fù)雜的交通情況下，對信息采集的故障診斷技術(shù)是至關(guān)重要的，如果不能及時的排查，就會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，大部分?jǐn)?shù)據(jù)就會丟失，嚴(yán)重影響城市交通的管制。因此，通過系統(tǒng)分解的方法將繁瑣的信息問題分解成若干個相對簡單的信息單元，從而高效合理的診斷故障發(fā)生的原因。故障診斷技術(shù)的理論依據(jù)來自于信息融合的技術(shù)，構(gòu)建出了城市交通信息采集故障診斷系統(tǒng)，并建立了信息儲存的知識庫以備用，不但可以保存實(shí)際信息采集系統(tǒng)運(yùn)營的全部信息，還可以不斷的豐富知識庫，相信在不久的將來，該技術(shù)會為交通的日常維護(hù)以及設(shè)備管理等方面提供有力的診斷工具，對系統(tǒng)安全的運(yùn)行具有較大的作用。

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The research of the fault diagnosis of urban traffic information acquisition system

ZHANG Xiao-ping1，LI Ya2，CUI Dao-jiang1，CHAN Jin-yu1，GUO Yu1
（1.Department of Information and Software，Xinjiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi830021，China；2.Xinjiang Education Examination Institute，Urumqi830000，China）

Traditional fault repair methods have been unable to meet the demand of the modern urban complex traffic information collection system，as a result of the technology is not maturity，lead to the loss of a large number of information data，but also the existence of inaccuracy and inefficiency of troubleshooting problems.This paper puts forward the research on the fault diagnosis of urban traffic information acquisition system.First，the hardware block diagram of the diagnostic technology was constructed by the fault analysis of the device itself and the system itself.Then the software assurance of the system was analyzed according to the flowchart of the diagnostic software and the reliability function of the fault diagnosis.Finally，the reliability of the fault diagnosis technique of the information acquisition system is studied.The experimental results show that the urban traffic information collection system of fault diagnosis technology of the design is very reasonable，can use the system decomposition methods will trival information problem is decomposed into several relatively simple information unit，thus effective reasonable diagnose the cause of the failure，the technology will be for the daily maintenance of transportation and equipment management bring great benefits.

urban traffic；information acquisition；system failure；diagnostic techniques

TM727

A

1674-6236（2017）23-0169-04

2017-06-15稿件編號：201706101

張小平（1982—），女，陜西漢中人，碩士，講師。研究方向：移動應(yīng)用開發(fā)。