CN112860657B

CN112860657B - Tias系统实时数据库地址空间的构建方法及系统

Info

Publication number: CN112860657B
Application number: CN202110049502.3A
Authority: CN
Inventors: 李文正; 徐磊; 尹龙龙; 李鲲鹏; 崔延青
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-01-14
Also published as: CN112860657A

Abstract

本发明涉及一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法及系统，所述构建方法含有以下步骤：通过工程组态软件进行数据单元组态；对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象；根据监控对象之间的关系构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系构建节点对象模型，监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。本发明构建的地址空间能够有效提高数据访问率，避免了数据库更新时导致服务器瘫痪或卡死现象。

Description

TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道交通行车控制技术，具体地说，涉及一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法及系统。

背景技术

行车指挥综合自动化系统(英文:Traffic Control Integrated AutomationSystem，简称：TIAS)是一套跨专业的分布式集成数据信息平台系统，它以行车指挥为核心，集成ATS、PSCADA、BAS、FAS、UPS、PSD、PIS、PA、ACS、CLK、CCTV、AFC等业务专业互联，集成和互联了与行车指挥密切相关的专业子系统，将各专业业务信息纳入统一的行车指挥自动化平台中进行有机整合，从而使整个系统的信息形成一个紧密结合的整体；通过统一的人机界面对轨道交通线网的行车运营调度情况进行全方位的监控，对列车、供电、机电进行统一监督管理，对设备进行全生命周期的维护和管理，全面实现轨道交通运营的自动化和智能化。

轨道交通线路TIAS系统的监控对象一般都是风机、电梯、滚梯、水泵、开关柜、手闸等设备，一个监控对象对应着TIAS系统中的一个监控节点，线路几十万的设备实时状态有TIAS系统构建一套内存节点，这种节点维护实际现场设备的实时状态。一般地，一个车站的监控大概在2万点左右，线路控制中心将汇集全线所有车站的监控数据，一般线路控制中心实时服务器监控容量在30万点左右，面对如此庞大的监控数据，需要设计一套行之有效、高效的数据结构，才能将如此庞大的数据进行高效存储并管理，由此可见，软件系统中对数据结构的合理性设计对整个系统的性能会产生巨大的影响。

传统的SCADA系统、ATS、PSCADA等系统中实时数据库空间节点构建的方法是：构建一套数据库表，将外部采集的实时数据与数据库表形成映射关系，系统初次创建时从数据库表中加载信息并构建内存数据结构，在不同功能类型的机器节点上加载与所述加载信息对应的实时数据库表；在每个机器节点的内存中构建实时数据库并在本地磁盘中备份该机器节点上的实时数据。也就是说，现有系统采集到外部设备状态变化，对收到的数据进行解析形成内存对象，然后将内存对象通过实时数据库的数据访问接口将最新设备状态信息写入到数据库表中，写入的时候依照内存对象与数据库表之间的映射关系。这种数据库表采用Sqlite或者关系型数据库Oracle，数据保存在数据库的表中，这种内存对象和表之间的映射关系，也是一种同步机制。

上述传统的实时数据库地址空间构建方式存在着以下两种缺陷：

首先，传统的实时数据库地址空间构建方案是基于独立的设置ATS、PSCADA、BAS等系统的情况下，各个系统独立维护本专业的数据，数据量有限，而TIAS系统接入十几个子系统，数据量巨大，当瞬间大量现场设备的状态发生变化，如整条线路断电或跳闸的情况，会瞬间产生几十万的点位变化，服务器通过实时数据库数据访问接口进行数据库更新的机制存在瓶颈，会导致服务器暂时的瘫痪或者卡死的情况。

其次，通过SQL语句查询数据的方式，数据访问效率低下，无法满足高实时性的要求，处理时间较长，造成数据访问的延时，更严重的问题是造成数据丢失。

发明内容

本发明针对现有方法构建的实时数据库地址空间存在的数据访问率低下、数据库更新时易导致服务器暂时瘫痪或卡死等上述问题，提供了一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法及系统，该方法及系统构建的地址空间能够有效提高数据访问率，避免了数据库更新时导致服务器瘫痪或卡死现象。

为了达到上述目的，本发明提供了一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法，含有以下步骤：

通过工程组态软件进行数据单元组态；

对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象；

根据监控对象之间的关系构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系构建节点对象模型，监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。

优选的，工程组态软件包括节点部署、数据组态、图形组态、通道组态四方面组态。

优选的，采用树状结构按照TIAS系统中的实际子系统、设备、测点的上下级关系构建监控对象模型。

优选的，采用网状结构按照TIAS系统中的不同IO对象之间的关系构建IO对象模型；所述IO对象包括通道类型、设备类型和通道参数。

优选的，构建IO对象模型时，每个通道类型有多个通道参数，每个设备类型有多个通道，每个通道仅有一个通道类型。

优选的，采用分层结构按照中心层节点和车站层节点构建节点对象模型。

优选的，构建节点对象模型时，中心层节点相互连接，车站层节点与中心层节点连接，车站层节点之间不连接。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种轨道交通TIAS系统实时数据库地址空间的构建系统，包括：

工程组态模块，用于数据单元组态；

数据单元解析器，用于对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象；

节点管理器，设有地址空间构建模块，用于根据监控对象之间的关系采用树状结构构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系采用网状结构构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系采用分层结构构建节点对象模型；

地址空间生成模块，用于根据监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。

优选的，节点管理器还设有用于对外部提供地址空间中的对象进行修改的地址空间修改模块和用于对外部提供地址空间中的对象进行查询的地址空间查询模块。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明采用OPC UA标准实现TIAS系统实时数据库的地址空间构建，地址空间创建过程中采用面向对象的模型，把TIAS系统中的设备类型定义为一系列对象模型，这样不同区域中相同的设备类型只要定义这些对象模型的实例即可共享设备类型的属性；且不同的实时服务器之间的地址控制可以实现互操作，支持与使用OPC UA技术的其他外部系统之间互联互通，为工业4.0时代信息融合共享提供了技术支持。

(2)本发明方法及系统构建的TIAS系统实时数据库的地址空间，采用OPC UA标准，在OPC UA标准的基础上构建自己的地址空间模型，将实际设备与模型之间构建一种“实体设备”与“虚拟对象”之间的映射关系，达到TIAS系统对监控实体的实时监控；由于实时库的访问接口不再是传统的内存映射或者SQL，而是遵循OPC UA标准的标准接口，支持同步或异步读写，不同设备与TIAS系统对接都是简单易行的，不需要针对不同协议进行转换，避免了数据库更新时导致服务器瘫痪或卡死现象。

(3)本发明方法及系统，监控数据在地址空间中按照面向监控对象的方式构建，形态上按照树状结构组织，这种树状结构与TIAS系统分层分区域的组织架构是非常匹配的，所以能够更好的描述TIAS系统中各部分的特点和语义，更有利于进行数据的管理，便于访问数据。

(4)本发明方法及系统构建的地址空间，采用OPC UA标准，实时数据库地址空间突破了传统监控系统中监控点容量的限制，在服务器充分的情况下，监控点容量可达到100万至1000万点，数据访问率高。

(5)本发明方法及系统构建的地址空间，地址空间中时刻保存监测点的最新数据，每次操作不需要过滤就可以得到希望的数据，能够很好的保证TIAS系统数据的实时性。

附图说明

图1为本发明实施例所述TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法的流程图；

图2为本发明实施例所述监控对象模型示意图；

图3为本发明实施例所述IO对象模型示意图；

图4为本发明实施例所述节点对象模型示意图；

图5为本发明实施例所述TIAS系统实时数据库地址空间的构建系统的结构框图。

图中，1、工程组态模块，2、数据单元解析器，3、节点管理器，301、地址空间构建模块，302、地址空间修改模块，303、地址空间查询模块，4、地址空间生成模块、5、地址空间，501、监控对象模型，502、IO对象模型，503、节点对象模型。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

由于传统的轨道交通领域，PSCADA系统、BAS系统都是独立的子系统，TIAS系统是伴随着近些年全自动无人驾驶的需求产生的一个系统，TIAS系统集成了传统的ATS、PSCADA、BAS等系统，将分离的系统进行了整合，统一为同一硬件平台、同一软件平台、同一网络平台上，这些子系统的信息由TIAS系统整合在同一平台上后，需要一套有效的数据组织方式。OPC UA标准是工业4.0时代互联互通的技术标准，该技术标准中极其重要的一项功能是地址空间建模，该标准致力于为工业互联网时代提供一种互联互通的技术标准，通过统一的数据模型、统一的通信标准，实现各个系统之间的互操作、信息“无缝访问”。为了实现对TIAS系统数据进行有效数据组织，本发明提供了一种TIAS系统实时数据库地址空间构建方法及系统，采用OPC UA标准构建TIAS系统地址空间，通过构建的地址空间来管理数据，能够实现TIAS系统各子系统之间的互操作、信息“无缝访问”，满足TIAS系统海量数据的数据访问，数据访问率高。以下以具体的实施例对上述构建方法及系统进行详细说明。

实施例1：一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法，含有以下步骤：

S1、通过工程组态软件进行数据单元组态；

具体地，工程组态软件包括节点部署、数据组态、图形组态、通道组态四方面组态。

需要说明的是，数据单元是组织数据模型的基本单位，将功能上相关且地理位置具有一定独立性的一组节点(比如：一个车站一个专业)配置在一个“数据单元”中，数据单元中的文件可以为二进制文件或xml文件。

S2、对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象；

S3、根据监控对象之间的关系构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系构建节点对象模型，监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。

具体地，参见图2，采用树状结构按照TIAS系统中的实际子系统、设备、测点的上下级关系构建监控对象模型。

具体地，参见图3，采用网状结构按照TIAS系统中的不同IO对象之间的关系构建IO对象模型；所述IO对象包括通道类型、设备类型和通道参数。需要说明的是，构建IO对象模型时，每个通道类型有多个通道参数，每个设备类型有多个通道，每个通道仅有一个通道类型。

具体地，参见图4，采用分层结构按照中心层节点和车站层节点构建节点对象模型。需要说明的是，构建节点对象模型时，中心层节点相互连接，车站层节点与中心层节点连接，车站层节点之间不连接。也就是说，中心节点与中心节点连接，车站节点与中心节点连接。例如：继续参见图4，中心层设有两个中心节点，其中一个中心节点为备用中心节点，中心节点与备用中心节点连接；车站层设有N个车站节点，每个车站节点均与中心节点连接。

本实施例上述方法构建的地址空间，采用OPC UA标准，在OPC UA标准的基础上构建自己的地址空间模型，将实际设备与模型之间构建一种“实体设备”与“虚拟对象”之间的映射关系，达到TIAS系统对监控实体的实时监控，访问接口不再是传统的内存映射或者SQL，而是遵循OPC UA标准的标准接口，支持同步或异步读写，不同设备与TIAS系统对接都是简单易行的，不需要针对不同协议进行转换，避免了数据库更新时导致服务器瘫痪或卡死现象，且突破了传统监控系统中监控点容量的限制，数据访问率高。

实施例2：参见图5，一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建系统，包括：

工程组态模块1，用于数据单元组态；需要说明的是，数据单元是组织数据模型的基本单位，将功能上相关且地理位置具有一定独立性的一组节点(比如：一个车站一个专业)配置在一个“数据单元”中，数据单元中的文件可以为二进制文件或xml文件。

数据单元解析器2，用于对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象；

节点管理器3，设有地址空间构建模块301，用于根据监控对象之间的关系采用树状结构构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系采用网状结构构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系采用分层机构构建节点对象模型；

地址空间生成模块4，用于将监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。

继续参见图5，节点管理器3还设有用于对外部提供地址空间中的对象进行修改的地址空间修改模块302和用于对外部提供地址空间中的对象进行查询的地址空间查询模块303。

上述构架系统构建地址空间时，首先通过工程组态模块对数据单环进行组态。其次，通过数据单元解析器对已组态的数据单元进行分析，并按照OPC UA标准创建监控对象、IO对象和节点对象。再次，节点管理器通过设置的地址空间构建模块，根据根据监控对象之间的关系采用树状结构构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系采用网状结构构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系采用分层机构构建节点对象模型。最后，地址空间生成模块将监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间。

本实施例上述系统构建的地址空间，采用OPC UA标准，在OPC UA标准的基础上构建地址空间模型，将实际设备与模型之间构建一种“实体设备”与“虚拟对象”之间的映射关系，达到TIAS系统对监控实体的实时监控，访问接口不再是传统的内存映射或者SQL，而是遵循OPC UA标准的标准接口，支持同步或异步读写，不同设备与TIAS系统对接都是简单易行的，不需要针对不同协议进行转换，避免了数据库更新时导致服务器瘫痪或卡死现象，且突破了传统监控系统中监控点容量的限制，数据访问率高。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法，其特征在于，含有以下步骤：

通过工程组态软件进行数据单元组态；

根据监控对象之间的关系构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系构建节点对象模型，监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间；采用树状结构按照TIAS系统中的实际子系统、设备、测点的上下级关系构建监控对象模型；采用网状结构按照TIAS系统中的不同IO对象之间的关系构建IO对象模型；所述IO对象包括通道类型、设备类型和通道参数；构建IO对象模型时，每个通道类型有多个通道参数，每个设备类型有多个通道，每个通道仅有一个通道类型；采用分层结构按照中心层节点和车站层节点构建节点对象模型；构建节点对象模型时，中心层节点相互连接，车站层节点与中心层节点连接，车站层节点之间不连接。

2.如权利要求1所述的TIAS系统实时数据库地址空间的构建方法，其特征在于，工程组态软件包括节点部署、数据组态、图形组态、通道组态四方面组态。

3.一种TIAS系统实时数据库地址空间的构建系统，其特征在于，包括：

工程组态模块，用于数据单元组态；

节点管理器，设有地址空间构建模块，用于根据监控对象之间的关系采用树状结构构建监控对象模型，根据IO对象之间的关系采用网状结构构建IO对象模型，根据及节点对象之间的关系采用层次结构构建节点对象模型；

地址空间生成模块，用于根据监控对象模型、IO对象模型及节点对象模型形成地址空间；

采用树状结构按照TIAS系统中的实际子系统、设备、测点的上下级关系构建监控对象模型；采用网状结构按照TIAS系统中的不同IO对象之间的关系构建IO对象模型；所述IO对象包括通道类型、设备类型和通道参数；构建IO对象模型时，每个通道类型有多个通道参数，每个设备类型有多个通道，每个通道仅有一个通道类型；采用分层结构按照中心层节点和车站层节点构建节点对象模型；构建节点对象模型时，中心层节点相互连接，车站层节点与中心层节点连接，车站层节点之间不连接。

4.如权利要求3所述的TIAS系统实时数据库地址空间的构建系统，其特征在于，节点管理器还设有用于对外部提供地址空间中的对象进行修改的地址空间修改模块和用于对外部提供地址空间中的对象进行查询的地址空间查询模块。