基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

許晶晶，楊彥軍，蒲丹丹，尤 剛，危 鋒

（1.成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，四川成都 610000；2.四川網(wǎng)達(dá)科技有限公司，四川成都 610000）

SVDD 也叫支持向量數(shù)據(jù)描述，是一種極為重要的數(shù)據(jù)信息描述手段，可在對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)集進(jìn)行超球形描述的同時(shí)，檢測(cè)既定環(huán)境中異類型節(jié)點(diǎn)的分類應(yīng)用條件。PSSVM 是將數(shù)據(jù)信息標(biāo)簽整合到數(shù)據(jù)集樣本中的一種處理方法，可借助最小二乘原則對(duì)數(shù)據(jù)樣本誤差進(jìn)行擬合，再通過大量的物理運(yùn)算步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息樣本復(fù)雜度的計(jì)算[1-2]。然而該方法的數(shù)值運(yùn)算量極大，易導(dǎo)致樣本真實(shí)性失去控制。因此，將原有SVDD 技術(shù)與PSSVM 技術(shù)融合，衍生出全新的SVDD-PSSVM 數(shù)據(jù)處理算法。

在地鐵線網(wǎng)中，隨著實(shí)運(yùn)線路數(shù)量的不斷增加，整體集中調(diào)度環(huán)境極易陷入混亂執(zhí)行狀態(tài)。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)支持向量機(jī)型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)借助互聯(lián)網(wǎng)框架分析地鐵線網(wǎng)化的文本信息特征，再通過聚類分析的方式，確定個(gè)別節(jié)點(diǎn)處的車輛調(diào)度能力。但該系統(tǒng)在既定時(shí)間內(nèi)所能存儲(chǔ)的地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)相對(duì)有限，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)管。為解決此問題，設(shè)計(jì)基于SVDD-PSSVM的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 集中線網(wǎng)化電路

集中線網(wǎng)化電路可提供地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的傳輸電子量，由開關(guān)組、電池組、監(jiān)測(cè)主機(jī)等多個(gè)元件共同組成。其中，電池組位于集中線網(wǎng)化電路最下端，可在電壓測(cè)量條件的作用下，更改開關(guān)組設(shè)備的現(xiàn)有連接形式，從而對(duì)A/D 主機(jī)中的輸出信號(hào)進(jìn)行差分放大處理[3-4]。監(jiān)測(cè)主機(jī)能夠記錄地鐵線網(wǎng)中車輛結(jié)構(gòu)的出入行為，并可借助檢流器設(shè)備，將所記錄信息傳輸至電池組、開關(guān)組等下級(jí)系統(tǒng)執(zhí)行元件中，進(jìn)而降低A/D 轉(zhuǎn)換元件對(duì)已輸入線網(wǎng)應(yīng)用電量的影響能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)集中線網(wǎng)化電路的構(gòu)建與維護(hù)。集中線網(wǎng)化電路示意圖如圖1 所示。

圖1 集中線網(wǎng)化電路示意圖

1.2 地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊

地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電路結(jié)構(gòu)體的作用下，調(diào)取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊中的信息連接協(xié)議，并可借助協(xié)調(diào)器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)已記錄地鐵線網(wǎng)車輛數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析[5]。該模塊通過串口信道采集各項(xiàng)線網(wǎng)化信息參量，可在SVDD-PSSVM 算法的協(xié)調(diào)下，確定某應(yīng)用節(jié)點(diǎn)是否具備承載地鐵線網(wǎng)車輛數(shù)據(jù)繼續(xù)傳輸?shù)哪芰?，一般情況下，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)所具備的信息存儲(chǔ)能力越強(qiáng)，模塊結(jié)構(gòu)體內(nèi)的數(shù)據(jù)解析能力也就越強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于傳感器多樣性的影響，地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊需要具備較強(qiáng)的信息承載能力，一方面處理已輸入的地鐵線網(wǎng)車輛數(shù)據(jù)，另一方面借助輸出信道，建立元件與其他執(zhí)行設(shè)備間的應(yīng)用連接關(guān)系[6-7]。地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊結(jié)構(gòu)

1.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊

在執(zhí)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要借助多種傳輸協(xié)議對(duì)地鐵線網(wǎng)化安全因素進(jìn)行研究，再借助傳感器設(shè)備對(duì)這些信息參量進(jìn)行擴(kuò)散處理[8-9]。出于實(shí)用性考慮，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)度、地址命名形式、頭尾信息節(jié)點(diǎn)位置等多個(gè)條件，且在SVDD-PSSVM 算法的作用下，這些待編碼信息始終具備較強(qiáng)的自主變更能力[10]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊的信息編碼原理如表1 所示。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模塊的信息編碼原理

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本選擇

地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本選擇是地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建的必要處理環(huán)節(jié)，可在已知SVDDPSSVM 算法作用強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，確定地鐵線網(wǎng)中車輛數(shù)據(jù)的現(xiàn)有傳輸能力，從而計(jì)算與邊界節(jié)點(diǎn)匹配的地鐵線網(wǎng)化信息應(yīng)用條件。在不考慮其他干擾條件的情況下，地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本選擇結(jié)果只受實(shí)際進(jìn)車量、實(shí)際出車量、車輛行駛密度3 項(xiàng)物理量的直接影響[11-12]。實(shí)際進(jìn)車量可表示為w1，實(shí)際出車量可表示為w0，由于地鐵線網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響，在既定行駛環(huán)境中，進(jìn)車量數(shù)值始終高于出車量數(shù)值。車輛行駛密度可表示為ρ，該項(xiàng)物理量的應(yīng)用穩(wěn)定性相對(duì)較差，可隨地鐵線網(wǎng)化環(huán)境的改變而出現(xiàn)增大或減小的變化趨勢(shì)。聯(lián)立上述物理量，可將地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本選擇結(jié)果表示為：

其中，q代表既定樣本選擇系數(shù)，ΔT代表地鐵樣本數(shù)據(jù)的單位選擇時(shí)長(zhǎng)。

2.2 集中型簇狀結(jié)構(gòu)體標(biāo)定

在地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本集合的支持下，隨著SVDD-PSSVM 算法作用能力的增強(qiáng)，集中型簇狀結(jié)構(gòu)體的待標(biāo)定行為越明顯，最終所得的計(jì)算結(jié)果也就越趨近于真實(shí)情況[13-14]。規(guī)定在一個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，s0代表最小的地鐵樣本簇狀結(jié)構(gòu)體集中分布條件，sn代表最大的地鐵樣本簇狀結(jié)構(gòu)體集中分布條件，n代表SVDD-PSSVM 算法支持下的地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理次數(shù)。若不考慮其他干擾條件對(duì)實(shí)際信息標(biāo)定結(jié)果造成的影響，s0與sn之間的物理數(shù)值差越大，最終計(jì)算所得的集中型簇狀結(jié)構(gòu)體標(biāo)定結(jié)果也就越準(zhǔn)確。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將系統(tǒng)集中型簇狀結(jié)構(gòu)體標(biāo)定結(jié)果表示為：

其中，f代表基于SVDD-PSSVM 算法的地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)集中性處理系數(shù)，V1、V2分別代表兩個(gè)不同的地鐵線網(wǎng)信息參量指標(biāo)。

2.3 樣本數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)性能分析

樣本數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)性能分析是基于SVDD-PSSVM的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的末尾處理環(huán)節(jié)，可在集中型簇狀結(jié)構(gòu)體標(biāo)定結(jié)果的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線網(wǎng)的合理規(guī)劃，從而避免信息錯(cuò)傳、誤傳等行為的出現(xiàn)。一般情況下，隨著SVDD-PSSVM 算法作用能力的增強(qiáng)，地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)信息的傳輸能力也會(huì)逐漸增強(qiáng)，直至能夠與系統(tǒng)環(huán)境中的集中型參量調(diào)配任務(wù)完全匹配[15-16]。設(shè)Lˉ代表地鐵線網(wǎng)化簇邊界樣本空間中的數(shù)據(jù)輸出均值，一般情況下，該項(xiàng)物理量具備較強(qiáng)的應(yīng)用穩(wěn)定性，在既定傳輸時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，平均數(shù)值量的表現(xiàn)能力基本不會(huì)出現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（2），可將樣本數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)性能的分析結(jié)果表示為：

其中，β代表與地鐵樣本數(shù)據(jù)相關(guān)的監(jiān)測(cè)提取系數(shù)，代表地鐵樣本數(shù)據(jù)在既定監(jiān)測(cè)空間內(nèi)的表現(xiàn)實(shí)值，I代表基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化規(guī)劃系數(shù)。至此，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)軟、硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在SVDD-PSSVM 的支持下，完成新型地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)實(shí)用性檢測(cè)

為驗(yàn)證基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。設(shè)置如圖3所示的地鐵線網(wǎng)結(jié)構(gòu)，令實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組列車同時(shí)從出發(fā)點(diǎn)向著結(jié)束點(diǎn)行駛，在經(jīng)過中轉(zhuǎn)站時(shí)，進(jìn)行一次電子充能，完成充能后，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組不同列車同時(shí)駛向非目標(biāo)結(jié)束點(diǎn)。其中，實(shí)驗(yàn)組列車搭載基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)照組列車搭載傳統(tǒng)支持向量機(jī)型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。地鐵線網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 地鐵線網(wǎng)結(jié)構(gòu)

單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所存儲(chǔ)的地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)量能夠反映地鐵線網(wǎng)的監(jiān)測(cè)運(yùn)行能力，一般情況下，系統(tǒng)所存儲(chǔ)的地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)量越多，地鐵線網(wǎng)的監(jiān)測(cè)運(yùn)行能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量對(duì)比如表2 所示。

表2 地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量對(duì)比

分析表2 可知，實(shí)驗(yàn)組地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量在前兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，在第三個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)中，實(shí)驗(yàn)組數(shù)值記錄結(jié)果出現(xiàn)了上升與下降并存的變化趨勢(shì)，在第四個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)中，實(shí)驗(yàn)組記錄數(shù)值一直保持不斷下降的變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到了8.6×1011T。對(duì)照組地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量在前3 個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)中，一直保持不斷上升的變化趨勢(shì)，從第四個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開始逐漸趨于穩(wěn)定，全局最大值僅能達(dá)到5.2×1011T，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，下降了3.4×1011T。綜上可知，隨著基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，三維時(shí)間內(nèi)的地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)值得到了大幅提升，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線網(wǎng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行能力的促進(jìn)與增強(qiáng)。

信息調(diào)度時(shí)間則能反映地鐵線網(wǎng)所具備的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)能力，信息調(diào)度時(shí)間越短，地鐵線網(wǎng)所具備的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。信息調(diào)度時(shí)間對(duì)比如表3 所示。

由表3 可知，隨著地鐵線網(wǎng)化數(shù)量的增大，實(shí)驗(yàn)組信息調(diào)度時(shí)間保持先下降、再上升、最后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，全局最大值僅能達(dá)到0.28 s。對(duì)照組信息調(diào)度時(shí)間則始終保持不斷上升的變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到了0.78 s，與實(shí)驗(yàn)組最大值相比，上升了0.50 s。綜上可知，隨著基于SVDD-PSSVM 的地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，信息調(diào)度時(shí)間得到了有效控制，能夠較好滿足增強(qiáng)地鐵線網(wǎng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)能力的實(shí)際應(yīng)用需求。

表3 信息調(diào)度時(shí)間對(duì)比

4 結(jié)束語

在SVDD-PSSVM 的作用下，新型地鐵線網(wǎng)化集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在數(shù)據(jù)通信模塊與數(shù)據(jù)分析模塊的作用下，構(gòu)建更為平穩(wěn)的集中性監(jiān)測(cè)環(huán)境，且由于簇邊界樣本選擇條件的影響，地鐵樣本數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)性能也能得到精準(zhǔn)分析。從實(shí)用性角度來看，地鐵線網(wǎng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的增大、信息調(diào)度時(shí)間的縮短，能夠有效提升地鐵線網(wǎng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線網(wǎng)化集中調(diào)度環(huán)境的構(gòu)建。