CN103529707A

CN103529707A - 一种地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法

Info

Publication number: CN103529707A
Application number: CN201310553854.8A
Authority: CN
Inventors: 朱超; 王惠; 包德梅
Original assignee: Nanjing Guodian Nanzi Railway Traffic Engineering Co Ltd
Current assignee: Nanjing Guodian Nanzi Railway Traffic Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103529707B

Abstract

本发明公开了一种地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，它包括：智能报警模型的设计步骤；全面向对象化组态的设计步骤；智能决策的设计步骤。它实现了新的全面向对象的彻底可组态的报警模型，从对象角度查看和表示综合监控***工程测点及与报警功能相关的所有因素，并以对象属性表征这些因素的组态内容，由此搭建的对象组态平台具有极强的工程适应性和设计弹性；本发明通过建立数据测点之间的关联关系和公式化计算恢复事件发生的因果关系并提供处理措施和建议，适应综合监控多专业集成环境中关联决策支持的深度需求，同时为其他扩展信息的界面推出应用提供了实现途径和平台。

Description

一种地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法

技术领域

本发明面向地铁/轻轨综合监控***中的各类事件、控制操作及运行异常的自动报警功能，提供适应于多专业***、大数据量处理以及多种不同类型数据报警需求的实现机制，并能根据预先配置的逻辑规则挖掘数据关联性，实现智能化原因分析和决策支持。

背景技术

地铁/轻轨综合监控***(ISCS Integrated Supervisory Control System)采用一体化软硬件平台和专用通信网络采集诸如供电***、环境与设备监控***、火灾报警***、门禁***、广播***、闭路电视***、行车监视***、售检票***等多个专业的实时数据和环境参数，远程监视控制各专业***及设备的运行；同时按照运营和维保需求，实现所有用户操作记录、各类事件、各类***异常情况以告警声音、颜色闪烁、弹出界面、实时打印等方式提醒用户给予快速关注和必要的后续处理，以保证***运行的可查考性、事故的及时处理，尽一切可能减少给列车正常运行和乘客安全带来的损失和影响。

报警***的输入端为综合监控各个专业的实时数据，这些数据都被事先标记为满足一定变化条件即需要产生报警的工程点。报警生成***以流入的数据信息为基础，按照既定的信息描述定义、显示风格定义、报警行为定义，形成格式化的易于监控人员理解的条目信息输出到人机界面上，提醒监控人员关注和处理，同时输出报警历史信息至永久存储设备上。此外，人机界面还提供相应的报警确认功能、声音控制功能、等级过滤功能、分类显示功能等。图1为现有技术中报警***与外部模块的工作流程图。

现有技术的缺点：1.综合监控***正常运营中某一事件发生时，不仅仅是某个单一测点的状态跃变或测量值突变，而往往体现在多个专业多个数据点的数据同时变化，因此这些数据点之间存在着某种天然的“联系”；目前主流报警模型设计时，面向的是单个数据点，只能机械式地在各个数据点满足条件时触发生成报警信息，丢失了数据点之间的关联性，不能很好地为运维人员提供深层次的有进一步参考价值的信息；

2.不同的数据测点在报警发生时会有不同的表现形式要求，现有报警模型一般都考虑将报警行为可组态化，以尽量减少编码的修改和二次开发；但仍存在着组态不彻底、动态需求不能完全转化为配置数据的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明从综合监控***多专业的现有需求和技术基础出发，设计实现新的全面向对象的智能化报警模型：从对象角度查看和表示综合监控***工程测点及与报警功能相关的所有因素，并以对象属性表征这些因素的组态内容，较好地适用了不同工程下的报警配置，避免了非功能性的二次开发。在此基础上，通过建立数据测点之间的关联关系和公式化计算恢复事件发生的因果关系并提供处理措施和建议，适应综合监控多专业集成环境中关联决策支持的深度需求；同时为其他扩展信息的界面推出应用提供了实现途径和平台。

本发明的技术解决方案是：一种地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，它包括：智能报警模型的设计步骤；全面向对象化组态的设计步骤；智能决策的设计步骤。

所述智能报警模型的设计步骤包括模型输入、模型输出和模型处理流程；所述模型输入是指源自实时数据库的满足报警条件的实时数据、源自实时数据库的辅助计算实时数据、参与决策过程计算的关联点的实时信息和源自组态数据库的组态数据项；所述模型输出包括***输出硬件设备、存储报警历史信息并提供随时检索查阅的历史数据库以及人机界面；所述模型处理流程的步骤是：报警模型首先将接收到的数据进行预报警处理，过滤掉不具备报警条件的数据，减轻进入报警引擎的数据处理压力；其次报警生成引擎开始工作，报警数据同时进入报警生成模块和决策计算模块，本过程工作完毕，将产生附加若干行为定义标签的报警条目；然后生成的报警条目将根据标签的约束有选择地进入显示、声音、打印、存储等与报警引擎相互独立的工作部件，报警条目最终进入HMI，以分栏目信息展示、告警声音、颜色交替闪烁等人机交互方式对操作员发布；最后，报警信息进入缓存文件组，而后进入永久存储设备上的历史数据库。

所述全面向对象化组态的设计步骤体现在以下方面：数据测点组态、决策规则组态和报警行为组态；所示数据测点组态是指综合监控的所有专业所有数据测点均为视为对象，包括PSCADA、BAS、CCTV各专业工程测点，也包括用户、权限、进程、网络等***自用资源信息，均统一对象化，这些对象在组态关系数据库中即对应一条记录，而记录的每个字段即对应对象的一个属性；所述决策规则组态是指所有的决策规则均为对象，应用于报警模型的决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义；所述报警行为组态是指所有的报警行为均为对象，任何测点产生的报警的行为表现均通过行为组态方式定义，报警模型仅根据已定义的行为信息为报警条目附加行为标签，进而决定了人机界面的表现形式，包括：信息描述对象、严重等级对象、生存行为对象、声音提醒对象、确认行为对象和显示配色对象。

所述智能决策的设计步骤包括决策规则、规则组态和规则解析及运行；所述决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义；所述规则组态包括规则对象、规则输入参数对象、规则输出参数对象和公式对象；所述规则解析及运行分为数据建立和触发运行两个流程，数据建立包括规则装载、规则解析和数据注册，触发运行包括规则查找、公式计算和决策输出。

有益效果：本发明设计从综合监控***多专业的现有需求和技术基础出发，设计实现新的全面向对象的智能化报警模型：从对象角度查看和表示综合监控***工程测点及与报警功能相关的所有因素，并以对象属性表征这些因素的组态内容，较好地覆盖了不同工程下的数据表达和报警需求，避免了非功能性的二次开发。在此基础上，通过建立数据测点之间的关联关系和公式化计算恢复事件发生的因果关系和处理措施建议，最大程度还原现场场景，为监控人员提供深层次的决策支持；同时，也为其他扩展关联信息的界面推出应用提供了可能和实现机制。

本发明设计了实现新的全面向对象的彻底可组态的报警模型，从对象角度查看和表示综合监控***工程测点及与报警功能相关的所有因素，并以对象属性表征这些因素的组态内容；由此搭建的对象组态平台具有极强的工程适应性和设计弹性。

本发明通过建立数据测点之间的关联关系和公式化计算恢复事件发生的因果关系并提供处理措施和建议，适应综合监控多专业集成环境中关联决策支持的深度需求；同时为其他扩展信息的界面推出应用提供了实现途径和平台。

附图说明

图1为现有技术中报警***工作流程图。

图2为本发明整体模型结构及数据流程图。

图3为本发明数据测点与报警行为定义关系示例图。

图4为本发明报警决策规则组态示例图。

图5为本发明报警决策规则建立及运行流程图。

具体实施方式

以下结合相关附图和具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。

本发明从综合监控***多专业的现有需求和技术基础出发，设计实现新的全面向对象的智能化报警模型：从对象角度查看和表示综合监控***工程测点及与报警功能相关的所有因素，并以对象属性表征这些因素的组态内容，较好地适用了不同工程下的报警配置，避免了非功能性的二次开发。在此基础上，通过建立数据测点之间的关联关系和公式化计算恢复事件发生的因果关系并提供处理措施和建议，适应综合监控多专业集成环境中关联决策支持的深度需求；同时为其他扩展信息的界面推出应用提供了实现途径和平台。

本发明包括：

1）模型设计的原理

如图2所示，图2为本发明整体模型结构及数据流程图。

模型输入：源自实时数据库的满足报警条件的实时数据，如状态跃变、测量值越线、属性被写入、用户手动控制操作等；源自实时数据库的辅助计算实时数据，参与决策过程计算的关联点的实时信息；源自组态数据库的组态数据项，主要由包含数据点间关联关系的决策规则集合和定义报警信息在HMI上存在形式及生存周期的组态集合两个部分。

模型输出：***输出硬件设备，如打印机、音响设备；存储报警历史信息并提供随时检索查阅的历史数据库；人机界面，报警的最终呈现形式及所有报警功能的操作界面，同时在此可以进一步调用跟所选报警信息相关的实时曲线、历史曲线、报警历史、自定义应用等外部模块。

模型处理流程：

第一步，报警模型首先将接收到的数据进行预报警处理，过滤掉不具备报警条件的数据，减轻进入报警引擎的数据处理压力；

第二步，报警生成引擎开始工作。报警数据同时进入报警生成模块和决策计算模块。一方面，报警数据需要按照既定行为定义产生报警条目；另一方面，该数据将与决策规则相关的数据点一同参与决策的运算，产生报警原因分析、处理流程建议及其他操作员感兴趣的信息，运算结果也将按照既定行为定义产生包含智能化决策信息的报警条目，本过程工作完毕，将产生附加若干行为定义标签的报警条目。

第三步，生成的报警条目将根据标签的约束有选择地进入显示、声音、打印、存储等与报警引擎相互独立的工作部件。每个工作部件在不同线程执行体中运行，以最大限度减少生成引擎和不同输出部件间的同步行为和耦合，保证生成引擎的最高吞吐率。报警条目最终进入HMI，以分栏目信息展示、告警声音、颜色交替闪烁等人机交互方式对操作员发布。HMI还包括声音控制、报警确认、多维度过滤显示（按等级、按地点、按专业、按对象、按责任区域划分），同时也是与报警相关的其他外部应用调用的入口（如先在界面上选择一个电流越限报警条目，然后调用外部实时曲线模块查看该电流对象一段时间内的采集数值变化趋势）。

第四步，报警信息进入缓存文件组，而后进入永久存储设备上的历史数据库。缓存文件组为自维护滚动存储工作机制，目的是减少历史数据库灾害情况下报警历史信息丢失的风险。

2）全面向对象化组态设计

面向对象的设计模式是本发明报警模型设计的基础，并贯穿组态过程的始终。本发明报警模型中的所有数据点、决策规则、行为定义均对应组态数据库中的对象。每个对象拥有全局唯一的标识ID，同时拥有存储组态信息的多个属性。这些属性可以根据需要进行定制，因为这种设计具有极其强大的适应性。本模型的全面向对象深层组态特性主要体现在三个方面：

数据测点组态：

综合监控的所有专业所有数据测点均为视为对象，包括PSCADA、BAS、CCTV各专业工程测点，也包括用户、权限、进程、网络等***自用资源信息，均统一对象化；这些对象在组态关系数据库中即对应一条记录，而记录的每个字段即对应对象的一个属性。因此，非功能性的工程应用变化均可以通过改变对象库配置的方式而不是程序二次开发的方式来完成。

就流入数据而言，报警模型仅需辨认“对象ID+属性ID”即可，而不用关心是什么专业什么类型的数据，大大简化了数据处理的难度。

每个数据测点需要报警的属性均拥有多个独立的报警行为对象，究竟有几个取决于这个属性可以有几种输出值。如图3所示，为数据测点与报警行为关系示例图，对象ObjectX共有三个属性Attribute a，Attribute b，Attribute c需要报警，每个属性可以有不同的取值范围，而每种取值均有不同的行为定义或定义为空。Behavior^*即为行为对象，可以供多个对象的多个属性重复使用，具有较强的使用灵活性。

决策规则组态：

所有的决策规则均为对象。应用于报警模型的决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义。这其中，规则本身也是一个包含多个属性的对象，参与计算的测点均为其输入参数对象，数学模型为一个公式对象。因此，整个决策规则可以根据实际专业逻辑分解定义，与报警引擎实现完全的数据、程序分离。

报警行为组态：

所有的报警行为均为对象。任何测点产生的报警的行为表现均通过行为组态方式定义，报警模型仅根据已定义的行为信息为报警条目附加行为标签，进而决定了人机界面的表现形式。行为对象组态包括：

●信息描述对象：报警条目信息内容的显示格式，其中变量以“%属性”的方式表示，形如“%[ParentLink]专业%[AorLink]站%[Name]%[State]”，应用于某个测点上可表示报警内容“FAS专业绿博园站火灾报警主机通信故障”。多个对象可共用一个信息描述对象，可大大减少配置的工作量和数据库容量，改动描述内容格式则后续所有关联报警信息自动按新格式执行；

●严重等级对象：报警条目的严重等级程度，采用等级数值表示；

●显示配色对象：报警条目的交替闪烁颜色定义；

●声音提醒对象：报警条目声音提醒，有四个关键组态项：声音源或***蜂鸣、音量大小、重复模式、间隔时间；

●确认行为对象：报警条目确认后的行为，可以是消失、继续显示至下次状态变位、持续显示；

●生存行为对象：报警条目的生存形式，是“是否在人机界面中显示、是否需要强提醒（如弹出对话框）、是否记录用户对提醒的操作、是否需要实时打印、是否保存数据库”多个项目的组合定义。同时，弹出对话框等界面元素也是对象，可以自行定义其显示风格。

3）智能决策功能设计

决策规则：

综合监控***正常运营中某一事件发生时，不仅仅是某个单一测点的状态跃变或测量值突变，而往往体现在多个专业多个数据点的数据同时变化，这些数据点本身相互间就存在着某种天然的“联系”；规则就是用组态对象和数据库的语言来表征这些“联系”，供决策过程使用。

应用于报警模型的决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义。这其中，规则本身是一个包含多个属性的对象，参与计算的测点均为其输入参数对象，数学模型为一个公式对象，输出也为。用以下公式表明：

D_i=f(C(O₀),C(O₁)…C(O_n))

公式中，D_i为某项决策输出，f(n)为计算函数，O₀为进入报警引擎的当前报警对象，O_i为辅助计算对象，C(O_i)为O_i参与计算需满足的条件。

决策规则的编制是智能化决策输入的关键环节，应由具备专业经验的工程师在了解用户需求的基础上编制完成。

规则组态：

图4为根据决策规则的公式元素完成关系数据库中的组态配置的示例。

RuleX：规则对象。关键配置是FormulaLink，指向某个公式对象，该对象决定规则的计算方法。公式对象单独设立基于多条规则重复使用的考虑。

InputX：规则输入参数对象。关键配置包括：

ObjectLink，指向参与计算的对象；

Condition，规则中对象O_x被触发需满足的条件，总的说来，是指对象O_x的某一个或几个属性实时值满足触发的条件。

举例，规则中包含条件“121断路器跳闸”，则新建一个InputX对象，其ObjectLink指向“121断路器”，Condition表示为“State=1”（实际数据库中表示为三个属性：TriggeringAttribute=‘State’，Operator=‘=’，Value=‘1’）

Output：规则输出参数对象，其指向的对象Di配置了报警行为，决定其计算结果将按何种形式显示决策结果信息。Di的每一种值均有对应的行为，不同的取值报警行为可以不同，进而每一种值对应的描述信息、等级、颜色、显示行为等均不同，其行为细节同普通报警一致，可参考数据测点组态及图3相关内容。

FormulaX：公式对象。将规则中涉及的所有输入参数代入此公式计算，形成输出决策结果。关键配置是Expression，支持算术、逻辑、比较等数学运算。

举例，一个简单的包含三个输入对象及运算关系的公式为：“%1&&%2||%2&&%3”，其中“%n”即对应配置数据库中的第n个输入参数指向的对象O_n的条件运算结果，如“%1”表示“State=1”，“%2”表示“Limit=4”，“%3”表示“Value>318”。

规则解析及运行：

将图2规则运行部分细化如图5所示，分为数据建立和触发运行两个流程：

数据建立：

1)规则装载：从组态数据库中读取所有报警规则，初步建立内部数据存储区域；

2)规则解析：解析所有规则的配置细节，填入规则列表和对象列表，建立N：N的多对多映射关系及快速查找Hash结构；形成决策数据区；

3)数据注册：在对象列表中建立其在实时数据库中的数据镜像，但仅包含将参与计算的那些属性。这样，当参与公式计算时，无需再向实时数据库读取数据，不仅减少了决策计算过程的耗时，也确保了数据的FIFO特性（直接读取无法完全保证FIFO）；实现方式为：在实时数据库注册对象列表中的测点，然后监听这些测点，一旦发生数据变化，则采用回调函数方式即时获取测点最新实时数据，并更新决策数据区的数据镜像；

触发运行：

1)规则查找：报警引擎接收到报警数据后，获取数据中测点ID，通过Hash结构查找在决策数据区查找所有与该报警数据相关的规则，然后对这些规则进行一一处理输出；

2)公式计算：对单一规则，首先获取所有输入输出参数对应的测点，根据每个测点的Condition计算运行结果，然后代入公式Expression，计算出决策结果。

3)决策输出：根据输出参数对应的测点所配置的报警行为信息，得到公式计算结果数值对应的报警行为，产生一条新的报警，并为附加行为标签，形成报警条目，然后进入与普通相一致的人机界面显示流程。

本发明具有实际应用的可行性，且功能已经应用到综合监控、电力监控的数十个案例中。

1.工程应用过程中，对象化全组态的功能设计使得面向综合监控***电控、环控、火灾、行车、乘客等多个专业的不同数据报警要求时，报警模块无任何代码修改或扩展，最终总能通过不同的数据配置覆盖差异化的业务需求。

2.智能化决策计算依赖对各专业业务逻辑的深刻理解和经验积累，在实施中，应由具备丰富专业经验的工程师在了解用户需求的基础上编制完成，并应根据使用效果对规则逻辑进行必要的改善和修正。而本模型设计的平台不受业务逻辑的限制，从而能很好地完成各种专业数据和数据关系的表达及用户呈现。

以上所述，本发明的上述方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在于本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，其特征在于：它包括：智能报警模型的设计步骤；全面向对象化组态的设计步骤；智能决策的设计步骤。

2.根据权利要求1所述的地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，其特征在于：所述智能报警模型的设计步骤包括模型输入、模型输出和模型处理流程；所述模型输入是指源自实时数据库的满足报警条件的实时数据、源自实时数据库的辅助计算实时数据、参与决策过程计算的关联点的实时信息和源自组态数据库的组态数据项；所述模型输出包括***输出硬件设备、存储报警历史信息并提供随时检索查阅的历史数据库以及人机界面；所述模型处理流程是：报警模型首先将接收到的数据进行预报警处理，过滤掉不具备报警条件的数据，减轻进入报警引擎的数据处理压力；其次报警生成引擎开始工作，报警数据同时进入报警生成模块和决策计算模块，本过程工作完毕，将产生附加若干行为定义标签的报警条目；然后生成的报警条目将根据标签的约束有选择地进入显示、声音、打印、存储与报警引擎相互独立的工作部件，报警条目最终进入HMI，以分栏目信息展示、告警声音、颜色交替闪烁人机交互方式对操作员发布；最后，报警信息进入缓存文件组，而后进入永久存储设备上的历史数据库。

3.根据权利要求1所述的地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，其特征在于：所述全面向对象化组态的设计步骤具体为：数据测点组态、决策规则组态和报警行为组态；所述数据测点组态是指综合监控的所有专业所有数据测点均为视为对象，包括PSCADA、BAS、CCTV各专业工程测点，也包括用户、权限、进程、网络***自用资源信息，均统一对象化，这些对象在组态关系数据库中即对应一条记录，而记录的每个字段即对应对象的一个属性；所述决策规则组态是指所有的决策规则均为对象，应用于报警模型的决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义；所述报警行为组态是指所有的报警行为均为对象，任何测点产生的报警的行为表现均通过行为组态方式定义，报警模型仅根据已定义的行为信息为报警条目附加行为标签，进而决定了人机界面的表现形式，包括：信息描述对象、严重等级对象、生存行为对象、声音提醒对象、确认行为对象和显示配色对象。

4.根据权利要求1所述的地铁综合监控***中全面向对象智能报警模型的设计方法，其特征在于：所述智能决策的设计步骤具体包括决策规则、规则组态和规则解析及运行；所述决策规则是由一组测点参与，由一定条件触发并经由一定数学模型运算后产生决策输出的既定执行过程定义；所述规则组态包括规则对象、规则输入参数对象、规则输出参数对象和公式对象；所述规则解析及运行分为数据建立和触发运行两个流程，数据建立包括规则装载、规则解析和数据注册，触发运行包括规则查找、公式计算和决策输出。