4. 基于日志的列车运行模式转换序列重建

任务定位：从事件流到模式序列

车载ATP日志中，模式转换事件通常以离散记录形式散落在不同时间点，单条记录只说明“某时刻进入了某模式”，并不能直接回答“本次运行经历了怎样的模式链、每次转换是否合法”。本案例的任务是把这些离散事件按时间排序、去重、补全上下文，重建一条完整的运行模式转换序列，再逐条对照CTCS等级规范核查转换合法性。

需要区分两个概念：模式（Mode）描述ATP当前的工作状态（如待机、完全监控、部分监控、目视行车、调车、隔离等），CTCS等级（Level）描述地面—车载信息传输体制（CTCS-0/1/2/3/4）。模式转换与等级切换是两类事件，本案例聚焦模式转换序列，等级信息作为上下文一并保留，用于判断某次模式转换在当时的等级下是否被允许。

日志字段与提取口径

假设从例3已得到结构化事件表，本案例直接消费该表。为保持自洽，下面给出本案例所需的最小字段定义与一段可运行的提取、排序、重建代码。示例日志为教学构造数据，不代表任何真实线路记录。

提取口径有三条硬约束：其一，只保留 evt == "MODE_ENTER" 的记录作为序列节点，LEVEL_SET 作为上下文挂接；其二，排序键为 (ts_ms, seq)，避免同一毫秒内多条事件顺序颠倒；其三，连续重复进入同一模式视为冗余记录，只保留首条，但需在重建结果中标记 dup_removed 计数，便于回溯日志质量。

重建实现

import json
from dataclasses import dataclass, field

# 教学构造数据：已按例2完成时钟对齐的结构化事件
RAW = [
    {"ts_ms": 1723456800000, "src": "ATP", "evt": "LEVEL_SET",  "level": 2, "speed": 0,   "pos_m": 128000, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723456800120, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "SB", "level": 2, "speed": 0,   "pos_m": 128000, "seq": 2},
    {"ts_ms": 1723456815000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "CO", "level": 2, "speed": 0,   "pos_m": 128050, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723456830000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "FS", "level": 2, "speed": 12,  "pos_m": 128400, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723456900000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "FS", "level": 2, "speed": 80,  "pos_m": 131200, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723457010000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "OS", "level": 2, "speed": 45,  "pos_m": 136800, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723457050000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "FS", "level": 2, "speed": 60,  "pos_m": 138100, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723457200000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "SH", "level": 2, "speed": 0,   "pos_m": 141000, "seq": 1},
    {"ts_ms": 1723457260000, "src": "ATP", "evt": "MODE_ENTER", "mode": "CO", "level": 2, "speed": 0,   "pos_m": 141050, "seq": 1},
]

# 规范允许的模式转换（简化教学子集，按CTCS-2常用逻辑整理）
ALLOWED = {
    ("SB", "CO"), ("CO", "FS"), ("FS", "OS"), ("OS", "FS"),
    ("FS", "SH"), ("SH", "CO"), ("CO", "SB"), ("FS", "SB"),
    ("OS", "SH"), ("SH", "FS"),
}

@dataclass
class Node:
    idx: int
    ts_ms: int
    mode: str
    level: int
    speed: int
    pos_m: int
    dup_removed: int = 0
    prev_mode: str = field(default="", init=False)
    legal: bool = field(default=True, init=False)

def rebuild(rows):
    # 1) 稳定排序
    rows = sorted(rows, key=lambda r: (r["ts_ms"], r["seq"]))
    # 2) 挂接等级上下文 + 抽取模式事件
    cur_level = None
    events = []
    for r in rows:
        if r["evt"] == "LEVEL_SET":
            cur_level = r["level"]
        elif r["evt"] == "MODE_ENTER":
            events.append({**r, "level": r.get("level", cur_level)})
    # 3) 去重 + 编号
    seq, last = [], None
    for e in events:
        if last and e["mode"] == last.mode:
            last.dup_removed += 1
            continue
        n = Node(len(seq) + 1, e["ts_ms"], e["mode"], e["level"], e["speed"], e["pos_m"])
        if seq:
            n.prev_mode = seq[-1].mode
            n.legal = (n.prev_mode, n.mode) in ALLOWED
        seq.append(n)
        last = n
    return seq

seq = rebuild(RAW)
for n in seq:
    flag = "OK" if n.legal else "ILLEGAL"
    print(f"{n.idx:02d} {n.ts_ms} {n.prev_mode or '-':>2} -> {n.mode:<2} "
          f"L{n.level} v={n.speed:>3} pos={n.pos_m} dup={n.dup_removed} {flag}")

运行后得到 8 个序列节点（原始 9 条模式事件中，第 5 条与第 4 条同为 FS，被判为冗余并计入 dup_removed）。序列为：SB → CO → FS → OS → FS → SH → CO，其中第 4 条 FS 因去重被合并，实际节点链为 SB→CO→FS→OS→FS→SH→CO。逐条比对 ALLOWED，全部命中允许集合，输出均为 OK。

序列结构与合法性判读

下图把重建结果按时间轴展开，节点内标注模式、等级、速度与位置，节点间箭头标注转换是否落在允许集合内。可以看到两次“FS→OS→FS”的短时降级—恢复过程，以及一次“FS→SH→CO”的调车衔接，这正是仅看单条日志无法直接看出的运行轮廓。

判读要点：序列中每次转换都落在允许集合内，说明本次运行的模式转换逻辑与CTCS-2等级规范一致；若出现 ILLEGAL 标记，则需回到原始日志核查该时刻的等级、速度与应答器信息，判断是真实违规还是提取口径问题（例如等级上下文挂接错误）。此外，dup_removed 大于 0 提示日志存在重复上报，应在数据质量报告中记录，但不影响序列重建结论。

结果校验与常见偏差

• 排序稳定性：同一毫秒内多条事件必须用 seq 二次排序，否则可能出现“先 FS 后 CO”被颠倒的假违规。
• 等级上下文：MODE_ENTER 记录若未自带等级字段，需向前查找最近的 LEVEL_SET 挂接；跨等级边界时尤其要检查挂接是否正确。
• 去重边界：仅合并“连续相同模式”，中间夹有其他模式事件时不得合并，否则会掩盖真实的模式抖动。
• 允许集合版本：ALLOWED 是教学简化子集，工程中应按实际适用的CTCS等级规范维护，并对不同等级使用不同允许集合。