大數(shù)據(jù)技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域中的研究和挑戰(zhàn)

李旭 姜明岳

【摘 要】隨著交通的快速發(fā)現(xiàn)，車流量數(shù)據(jù)、違法數(shù)據(jù)和道路設(shè)施信息正常速度不斷加快，針對(duì)國內(nèi)城市軌道交通大數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用情況及問題，提出建立供電綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的重要性，剖析軌道交通供電綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的特征、架構(gòu)、組成、功能實(shí)現(xiàn)及擴(kuò)展，對(duì)促進(jìn)城市軌道交通信息化建設(shè)及在線檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段的不斷提升，對(duì)軌道交通供電系統(tǒng)綜合檢測(cè)、監(jiān)測(cè)海量數(shù)據(jù)及運(yùn)維管理數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合管理、數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)聯(lián)性分析和預(yù)測(cè)性分析具有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；大數(shù)據(jù)平臺(tái)

引言

國家政策的大力扶持和業(yè)內(nèi)企業(yè)的不斷努力下，軌道交通車輛行業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)良好的發(fā)展勢(shì)頭，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，企業(yè)依托“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型已升級(jí)為國家級(jí)戰(zhàn)略。面對(duì)國內(nèi)軌道交通車輛市場(chǎng)日趨飽和、國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的形勢(shì)，當(dāng)今的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)體現(xiàn)的不僅僅是產(chǎn)品本身的競(jìng)爭(zhēng)，而是產(chǎn)品、服務(wù)、維保等多方面的綜合競(jìng)爭(zhēng)。大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的戰(zhàn)略資源、拓展服務(wù)、維保能力等方面的發(fā)展，是提升企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的需求，也是拓展產(chǎn)品服務(wù)線、挖掘市場(chǎng)潛力、贏得更多潛在客戶的需求。

1數(shù)據(jù)管理分析平臺(tái)的特征

1.1整體性

數(shù)據(jù)管理分析平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)軌道交通的實(shí)際情況，作為一個(gè)整體進(jìn)行考量，建立具備統(tǒng)一軟硬件平臺(tái)的綜合數(shù)據(jù)處理中心，并且滿足不同建設(shè)時(shí)期檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)的接入需求，遵循“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則。

1.2擴(kuò)展性。檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)在硬件

架構(gòu)及系統(tǒng)功能上均能方便靈活地進(jìn)行容量、功能擴(kuò)展。

1.3標(biāo)準(zhǔn)化。

系統(tǒng)無論是在接口定義、數(shù)據(jù)傳輸、通信協(xié)議，還是軟、硬件平臺(tái)配置等方面應(yīng)遵循相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，兼容現(xiàn)場(chǎng)不同廠家的設(shè)備，并能與其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行互連互通和信息共享。

1.4可靠性

系統(tǒng)無論是在軟、硬件配置，還是在產(chǎn)品的性能方面，都必須滿足高可靠性、高安全性的要求。

1.5先進(jìn)性。

采用先進(jìn)的控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，超前規(guī)劃并構(gòu)建先進(jìn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)。

2技術(shù)方案

2.1總體架構(gòu)

工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)包括數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理系統(tǒng)、智能運(yùn)維應(yīng)用系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)4個(gè)部分?？蔀槠髽I(yè)制造與管理流程優(yōu)化，產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式創(chuàng)新以及整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的快速聚合提供有效服務(wù)。作為工業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理核心，數(shù)據(jù)平臺(tái)需整合集成與統(tǒng)一訪問多種數(shù)據(jù)類型并建立統(tǒng)一的BOM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。通過統(tǒng)一BOM標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范，理清BOM數(shù)據(jù)流程，設(shè)計(jì)不同階段BOM之間的關(guān)聯(lián)方式，理清BOM維護(hù)、使用的業(yè)務(wù)邊界，建立完備的跨壽命周期的BOM關(guān)聯(lián)模型，才能確保形成跨生命周期階段產(chǎn)品信息集成。

2.2軌道交通大數(shù)據(jù)研究挑戰(zhàn)

2.2.1數(shù)據(jù)收集

由于車輛和行人的頻繁移動(dòng)，在特定地點(diǎn)或在某些時(shí)間，在軌道交通中收集的數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確，不完整或不可靠，如車輛沒有嵌入提供實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)的設(shè)備、道路傳感器收集的道路交通數(shù)據(jù)可能丟失。解決這一難題的一個(gè)可能途徑是投入新的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，提高數(shù)據(jù)采集能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新的傳感器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有助于提高數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)質(zhì)量。此外，采用數(shù)據(jù)捕獲自動(dòng)化來最小化手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入也是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量所必需的。

2.2.2數(shù)據(jù)隱私

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，最具挑戰(zhàn)性和最關(guān)心的問題是隱私問題。個(gè)人隱私可能在數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和使用過程中泄露。以往的軌道交通系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)是非個(gè)人數(shù)據(jù)，如車輛數(shù)據(jù)、交通流數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有的數(shù)據(jù)收集涉及到個(gè)人隱私數(shù)據(jù)，如個(gè)人和車輛的位置信息。如果不嚴(yán)格保護(hù)這些數(shù)據(jù)，竊取這些數(shù)據(jù)的人將損害數(shù)據(jù)所有者。因此，隱私問題一直備受關(guān)注，隱私保護(hù)是其大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要內(nèi)容。為防止未經(jīng)授權(quán)的個(gè)人隱私信息泄露，各國政府應(yīng)制定完整的數(shù)據(jù)隱私法，包括哪些數(shù)據(jù)可以發(fā)布、數(shù)據(jù)發(fā)布和使用的范圍、數(shù)據(jù)分發(fā)的基本原則、數(shù)據(jù)可用性等方面。交通部門應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范個(gè)人數(shù)據(jù)定義，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全認(rèn)證管理，并采用更先進(jìn)的算法來提高數(shù)據(jù)安全級(jí)別。

2.2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量已經(jīng)從TB級(jí)躍升到PB級(jí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度。特別是在軌道交通運(yùn)維中，將每天從各種傳感器產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)庫工具已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)日益龐大和復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計(jì)最合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。主要的公共云存儲(chǔ)提供商，如谷歌和微軟，通過提升大數(shù)據(jù)集成能力來改進(jìn)其服務(wù)，多云存儲(chǔ)和混合存儲(chǔ)正在成為大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)鍵領(lǐng)域。它們的計(jì)算能力在處理計(jì)算密集型分析工作負(fù)載中極具優(yōu)勢(shì)。

2.2.4數(shù)據(jù)處理

軌道交通中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用有很強(qiáng)的時(shí)效性，需要及時(shí)、快速地處理數(shù)據(jù)。這些大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括交通數(shù)據(jù)預(yù)處理、交通狀態(tài)識(shí)別、實(shí)時(shí)交通控制、動(dòng)態(tài)路徑引導(dǎo)和實(shí)時(shí)交通調(diào)度。軌道交通數(shù)據(jù)包含大量的來自不同數(shù)據(jù)源的異構(gòu)數(shù)據(jù)，同時(shí)必須與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)必須能夠處理更復(fù)雜和日益擴(kuò)大的數(shù)據(jù)。

2.2.5數(shù)據(jù)開放

為了使運(yùn)輸服務(wù)用戶和應(yīng)用程序開發(fā)人員能夠有效地查找和重用數(shù)據(jù)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔，并以良好的質(zhì)量公開訪問。數(shù)據(jù)質(zhì)量指的是其準(zhǔn)確性、完整性、可靠性和一致性。數(shù)據(jù)質(zhì)量欠佳的大數(shù)據(jù)會(huì)誤導(dǎo)決策甚至產(chǎn)生有害的結(jié)果。然而，開放優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)需要時(shí)間和成本。需要在低成本下快速開放數(shù)據(jù)和以高成本獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)之間做出權(quán)衡，這使得開放高質(zhì)量數(shù)據(jù)成為一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。

3平臺(tái)遞階管控策略

從企業(yè)信息化綜合數(shù)據(jù)管理角度，圍繞共享數(shù)據(jù)的核心，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)倉庫、基于平臺(tái)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)化，匯集城市軌道交通企業(yè)的管理、生產(chǎn)、運(yùn)營、經(jīng)營、維護(hù)、資源等的數(shù)據(jù)，對(duì)資源占用、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)規(guī)劃和配置策略統(tǒng)一管理。將面向用戶和服務(wù)調(diào)用機(jī)制獨(dú)立分層，屏蔽了復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型和模型的處理機(jī)制。

4軌道交通調(diào)度和節(jié)能優(yōu)化研究

由于環(huán)境和社會(huì)問題的不斷增加，在軌道交通系統(tǒng)中，如何節(jié)能是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的問題?，F(xiàn)有文獻(xiàn)在設(shè)計(jì)時(shí)間表和能耗過程中，往往忽略了每個(gè)車站乘客需求的時(shí)變特征。基于時(shí)間相關(guān)的智能卡自動(dòng)收費(fèi)數(shù)據(jù)，一種基于時(shí)間依賴客流量的城市軌道交通雙目標(biāo)時(shí)間表優(yōu)化模型，最大限度地減少了旅客等待時(shí)間和純能源消耗。在模型公式中，旅客等待時(shí)間受限于滿載情形下的列車容量，純能量消耗由牽引能量消耗與給定時(shí)期內(nèi)再生能量的差值表示。數(shù)值實(shí)例表明：相對(duì)于現(xiàn)行的時(shí)間表方案，該模型能顯著改進(jìn)客運(yùn)服務(wù)，有效地減少能量消耗。

5軌道交通狀態(tài)監(jiān)測(cè)與可視化研究

針對(duì)樞紐站客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)問題，提出了一種基于灰色聚類的軌道交通樞紐站客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)識(shí)別方法。通過抽取自動(dòng)收費(fèi)站（AFC）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，Tu等利用時(shí)變特征分析，將客流分為三類：到達(dá)客流，出發(fā)客流和中轉(zhuǎn)客流。基于灰色聚類方法，有效的評(píng)估和預(yù)測(cè)軌道交通樞紐站客流擁塞風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語

通過建設(shè)軌道交通車輛大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，能夠有效積累產(chǎn)品運(yùn)維數(shù)據(jù)和用戶需求，為相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)研發(fā)、精細(xì)制造、量化管理、柔性生產(chǎn)、智能服務(wù)等提供數(shù)據(jù)支撐。通過引導(dǎo)供應(yīng)鏈的神經(jīng)末梢向市場(chǎng)前端延伸，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部戰(zhàn)略合作，以及向服務(wù)多元化、精細(xì)化、個(gè)性化方向發(fā)展，形成核心技術(shù)深度掌握、基礎(chǔ)設(shè)施共建共享、資源成本對(duì)沖結(jié)算、業(yè)務(wù)服務(wù)相互競(jìng)爭(zhēng)的生態(tài)格局。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳明可.以太網(wǎng)在城軌車輛上的應(yīng)用前景.鐵道車輛，2018，（8）：62—64.

[2] 李洋濤.TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019，（1）：4—7.

（作者單位：1中車唐山機(jī)車車輛有限公司；

2中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司唐山機(jī)車車輛監(jiān)造項(xiàng)目部）