呂向東，姜國華，王懷江

(1．中國鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司電務(wù)部，鄭州 450000；2．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；3．北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

CTCS3-300T車載運行記錄主要存儲于標(biāo)準(zhǔn)JRU及各單元小黑盒中，每個小黑盒內(nèi)部有1片256 kB EEPROM循環(huán)存儲記錄。列車發(fā)生故障回庫后，路局電務(wù)維護(hù)人員使用筆記本通過串口下載記錄數(shù)據(jù)，即使拿到數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的分析依靠經(jīng)驗，診斷結(jié)果具有局限性，維護(hù)效率低、成本高。針對以上問題，開發(fā)一套基于CTCS3-300T車載設(shè)備智能診斷系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

車載設(shè)備智能系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由3部分組成，分別是車載診斷記錄單元（DRU）、傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)。其中，DRU用于車載診斷記錄數(shù)據(jù)的安全采集和加密傳輸。傳輸子系統(tǒng)采用列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（DMS），實現(xiàn)數(shù)據(jù)車地?zé)o線傳輸。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲、智能分析，將分析結(jié)果持久化到數(shù)據(jù)庫中。

3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

本文主要針對數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)的軟件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，整體架構(gòu)分為3層：展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、持久層，如圖2所示。軟件由前端、后臺、通信模塊、AElog分析模塊、總線分析模塊、應(yīng)答器數(shù)據(jù)分析模塊、DRU通信模塊共計7個模塊組成，模塊劃分如圖3所示。

4 功能設(shè)計及實現(xiàn)

4.1 B/S架構(gòu)

圖2 軟件整體架構(gòu)層次Fig.2 Overall architecture layers of the software

圖3 系統(tǒng)模塊劃分圖Fig.3 System module division diagram

考慮到C/S架構(gòu)開發(fā)的分布式管理系統(tǒng)安裝運行和升級服務(wù)比較復(fù)雜，不利于系統(tǒng)的普及和推廣，本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，將服務(wù)器劃分為Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，客戶端不需要安裝應(yīng)用軟件，只需在瀏覽器輸入Web服務(wù)器地址即可登錄操作。Web服務(wù)器可以實現(xiàn)邏輯業(yè)務(wù)解析，將Web服務(wù)處理和數(shù)據(jù)處理獨立分割，提高系統(tǒng)可移植性；系統(tǒng)升級可做到一次部署全部升級，客戶端零維護(hù)，可擴(kuò)展性大大提高。

4.2 高并發(fā)支持

系統(tǒng)支持2 000輛車同時在線，支持多個客戶端同時發(fā)起分析數(shù)據(jù)請求，后臺通過給每個請求定義一個唯一ID來標(biāo)識進(jìn)行，并交由線程池處理。例如當(dāng)接收到分析AElog數(shù)據(jù)的請求時，后臺先將用戶上傳的文件根據(jù)車號、端號、日期、A/B系等信息創(chuàng)建路徑并存儲，存儲成功后將文件路徑發(fā)送給AElog解析模塊，等待解析模塊解析完成并返回解析結(jié)果時，后臺通過ID來找到對應(yīng)的請求，并構(gòu)造JSON對象，返回給前端進(jìn)行顯示。處理流程如圖4所示。

4.3 WebSocket推送

當(dāng)DRU檢測到ATP上電后，會自動讀取AElog文件，將文件壓縮后傳輸給通信模塊，通信模塊完成解壓并分類存儲后，由后臺調(diào)用AElog分析模塊進(jìn)行分析，同時將分析結(jié)果返回給前端進(jìn)行顯示。整個數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。后臺分析出故障后，通過WebSocket主動推送給前端，前端對推送結(jié)果進(jìn)行解析，通過AJAX完成局部更新，將對應(yīng)故障模塊高亮顯示，并在相應(yīng)窗口發(fā)出故障警告，如圖6所示。

4.4 模塊間通信

圖4 并發(fā)處理流程Fig.4 Concurrent processing flow

圖5 故障數(shù)據(jù)處理流程Fig.5 Fault data processing flow

本系統(tǒng)后臺模塊和各個分析模塊間各建立一個Socket連接，后臺采用Netty框架去維護(hù)這個連接。

1）Netty是一款異步的事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架，支持快速開發(fā)可維護(hù)、高性能、面向協(xié)議的服務(wù)器和客戶端，將應(yīng)用程序邏輯和網(wǎng)絡(luò)層解耦，避免直接使用底層的API，降低了網(wǎng)絡(luò)編程的復(fù)雜性。

2）當(dāng)檢測到連接中斷時，后臺能夠自動發(fā)起重連，保證連接持續(xù)性。

圖6 WebSocket推送和AJAX局部更新效果Fig.6 WebSocket push and AJAX partial update effects

3）后臺模塊和分析模塊只關(guān)注于自身業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)，而不必過多關(guān)注通信接口開發(fā)，降低了各個模塊間的耦合性。

4）通信數(shù)據(jù)以JSON（JavaScript 對象表示法）表示，JSON是輕量級的文本數(shù)據(jù)交換格式，獨立于語言和平臺，對JSON的使用，簡化了通信協(xié)議的開發(fā)，通信接口開發(fā)進(jìn)一步簡化。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)采用MVC架構(gòu)設(shè)計模式，面向接口編程，業(yè)務(wù)邏輯層獨立，便于后期業(yè)務(wù)擴(kuò)展。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作使用方便，通過配置文件application.properties和Java自身跨平臺的特點，系統(tǒng)可部署于Linux和Windows操作系統(tǒng)上。在功能層面，系統(tǒng)提供對車載ATP記錄數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控和實時分析，針對具體故障根據(jù)案例庫給出處理措施，是列控車載設(shè)備的智能化運行維護(hù)“專家”系統(tǒng)。經(jīng)驗證，本系統(tǒng)架構(gòu)適用于高鐵ATP運行記錄數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析。