鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張清清

摘 要：作為鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)備之一，鐵路信號(hào)設(shè)備擔(dān)負(fù)著路網(wǎng)上各類行車設(shè)備狀況的信息傳輸與調(diào)度指令控制的作用。鐵路信號(hào)設(shè)備故障將存在重大事故隱患，如處理不到位，將給鐵路行車安全造成極大的影響。鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的應(yīng)用，可通過(guò)實(shí)時(shí)捕捉故障與實(shí)時(shí)分析設(shè)備狀態(tài)，利用知識(shí)庫(kù)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備故障維修需求加以充分滿足。為此，文章主要對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概況、設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)設(shè)備；故障診斷專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP392；U284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0028-02

1 鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概況

以信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3部分：數(shù)據(jù)預(yù)處理、故障診斷專家系統(tǒng)與檢修管理模塊。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，選取B/S結(jié)構(gòu)作為鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，需在服務(wù)器上存放應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(kù)與相應(yīng)部件庫(kù)存，統(tǒng)一選取瀏覽器用客戶端訪問(wèn)服務(wù)器，且操作系統(tǒng)，額外軟件無(wú)需安裝在客戶端?；贐/S結(jié)構(gòu)故障診斷專家系統(tǒng)，可便于若干用戶共同運(yùn)用與遠(yuǎn)程診斷。管理員為系統(tǒng)維護(hù)功能負(fù)責(zé)，利用客戶端瀏覽器用戶可就可以運(yùn)用系統(tǒng)。當(dāng)新功能增加時(shí)，僅僅開(kāi)發(fā)或部署服務(wù)端即可，無(wú)需更改客戶端，以此對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展能力進(jìn)行全面提升。

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要為故障初始數(shù)據(jù)服務(wù)，且能夠?qū)⒂行?shù)據(jù)提供給故障診斷模塊，由鐵路有關(guān)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)采集，且轉(zhuǎn)換此類故障初始數(shù)據(jù)，把編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行可讀表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)添加轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

1.2 故障診斷模塊

作為鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的重要模塊，故障診斷模塊按照癥狀模塊輸入體現(xiàn)出的癥狀，對(duì)知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)用，匹配故障數(shù)據(jù)、知識(shí)庫(kù)內(nèi)的故障特點(diǎn)，且利用和用戶交互取得信息，在產(chǎn)生式規(guī)則的前提條件下，診斷其故障原因。

1.3 維修管理模塊

作為鐵路信號(hào)設(shè)備故障決策支持系統(tǒng)的重要構(gòu)成成分，維修管理模塊可派發(fā)檢修任務(wù)，及時(shí)解決故障。

2 鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框架設(shè)計(jì)

通過(guò)故障診斷專家系統(tǒng)的構(gòu)成分析，并與鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷特征、要求相結(jié)合，設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框架。知識(shí)庫(kù)、人機(jī)接口等為構(gòu)成故障診斷專家系統(tǒng)的重要成分。

其各項(xiàng)設(shè)計(jì)如下：

知識(shí)獲取子系統(tǒng)能夠?qū)﹁F路信號(hào)專業(yè)內(nèi)的知識(shí)進(jìn)行充分獲取，如設(shè)備故障機(jī)理、故障記錄等。知識(shí)庫(kù)也被稱為規(guī)則庫(kù)，根據(jù)相應(yīng)格式、原則，有效處理、編寫取得的知識(shí)，把專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)、專家知識(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)識(shí)別知識(shí)形式的轉(zhuǎn)換。

信號(hào)設(shè)備微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為鐵路車站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)，其能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加以準(zhǔn)確識(shí)別，且向檢測(cè)主機(jī)收集傳遞設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，目前在鐵路系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)設(shè)備微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 知識(shí)獲取子模塊

知識(shí)獲取子模塊設(shè)計(jì)中，要求取得的知識(shí)內(nèi)容應(yīng)具有準(zhǔn)確、客觀的特點(diǎn)。其不僅需要編輯知識(shí)，還要實(shí)現(xiàn)知識(shí)自學(xué)習(xí)。以上功能具有緊密聯(lián)系，需知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)進(jìn)行有效管理，且按照需求進(jìn)行知識(shí)的添加、修改或消除，利用同化、調(diào)節(jié)等作用對(duì)知識(shí)庫(kù)的統(tǒng)一性、完整性加以維護(hù)。編輯知識(shí)要求系統(tǒng)按照專家供給的知識(shí)，利用理解、編輯等方式滿足系統(tǒng)需求，且將其看作新知識(shí)向知識(shí)庫(kù)內(nèi)適當(dāng)添加。也可在專家對(duì)知識(shí)庫(kù)相關(guān)內(nèi)容不了解的情況下對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行修改。

2.2.2 知識(shí)庫(kù)構(gòu)造子模塊

作為事實(shí)規(guī)律的總結(jié)，知識(shí)庫(kù)是推理機(jī)正常運(yùn)作的前提。知識(shí)庫(kù)應(yīng)對(duì)電氣集中故障檢修專家知識(shí)進(jìn)行正確表達(dá)。作為程序外部數(shù)據(jù)庫(kù)，其能夠?qū)υ撔袠I(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。作為專家系統(tǒng)的重要功能模塊，知識(shí)庫(kù)具有專家系統(tǒng)知識(shí)存儲(chǔ)與管理的作用。

一般根據(jù)固定格式進(jìn)行其子模塊設(shè)計(jì)技術(shù)填寫，且準(zhǔn)確區(qū)分中英文格式，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別與正常運(yùn)行。

2.2.3 診斷分析推理模塊

利用推理的方式專家系統(tǒng)可進(jìn)行問(wèn)題解決，且能夠取得等同于專家的結(jié)論。推理與控制為推理機(jī)的主要任務(wù)，致使專家系統(tǒng)與一般資料庫(kù)系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)不同，專家系統(tǒng)是實(shí)施推理的功能與知識(shí)，而不是存儲(chǔ)答案。

作為一組計(jì)算機(jī)程序，此子模塊設(shè)計(jì)技術(shù)必須確保程序能夠正常運(yùn)作，具備異常處理作業(yè)。推理機(jī)制、控制策略為推理機(jī)的主要內(nèi)容，選取反向推理機(jī)制作為專家系統(tǒng)故障診斷、維修專家系統(tǒng)的主要方式。其推理程序?yàn)橄葘?duì)結(jié)論正確性進(jìn)行假設(shè)，隨后對(duì)其條件的符合性進(jìn)行驗(yàn)證，如條件符合就具有正確的結(jié)論。

2.2.4 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造子模塊

在執(zhí)行和推理環(huán)節(jié)專家系統(tǒng)用以存儲(chǔ)所需或出現(xiàn)的信息的工作存儲(chǔ)器被稱為綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。其包含的內(nèi)容如用戶對(duì)系統(tǒng)提問(wèn)的回答等。

通常將設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)數(shù)據(jù)存放到鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。在設(shè)計(jì)該子模塊時(shí)應(yīng)確保數(shù)據(jù)更新的及時(shí)性，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進(jìn)行正確反應(yīng)。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)可進(jìn)行設(shè)備故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的存放，如果運(yùn)行燈的實(shí)時(shí)狀態(tài)等。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容呈現(xiàn)持續(xù)變化現(xiàn)象，因此其為動(dòng)態(tài)知識(shí)庫(kù)。在整個(gè)故障診斷專家系統(tǒng)內(nèi)，通常要將綜合數(shù)據(jù)庫(kù)充分結(jié)合知識(shí)庫(kù)，只有這樣才能確保系統(tǒng)的完整性。

2.2.5 人機(jī)對(duì)話子模塊

輸入、輸出為人機(jī)界面的主要構(gòu)成部分。在該子模塊設(shè)計(jì)技術(shù)中不能任意修改數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)，只有這樣才能確保系統(tǒng)運(yùn)行的正常性。

人機(jī)對(duì)話和專家、知識(shí)工程師接口都能對(duì)專家、知識(shí)工程師的知識(shí)進(jìn)行接收，以此對(duì)系統(tǒng)工作性能進(jìn)一步了解，且對(duì)系統(tǒng)求解問(wèn)題的能力有效提升。選取Windows操作系統(tǒng)作為該系統(tǒng)的主要模式，界面良好，通過(guò)自然語(yǔ)言、文字輸入與輸出達(dá)到交流通暢，為理解、接受提供便利。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，作為一個(gè)具有大量專門知識(shí)的程序系統(tǒng)，鐵路信號(hào)故障診斷專家系統(tǒng)可進(jìn)行人工智能技術(shù)的合理應(yīng)用，按照多個(gè)信號(hào)設(shè)備故障診斷專家提供的領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行推理，模擬人類專家作決定的過(guò)程對(duì)專家所需解決的診斷問(wèn)題進(jìn)行處理。專家系統(tǒng)有效結(jié)合信號(hào)設(shè)備故障診斷知識(shí)，可有效提升診斷系統(tǒng)的智力水平。

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