淺談對(duì)鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的研究

崔波

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路系統(tǒng)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。鐵路信號(hào)系統(tǒng)作為鐵路安全運(yùn)輸?shù)闹袌?jiān)力量，對(duì)保證鐵路的高效穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)起到了不可替代的作用。隨著我國(guó)鐵路交通尤其是高鐵的快速發(fā)展，對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的維修及保養(yǎng)有了更高要求。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理分析，預(yù)測(cè)信號(hào)設(shè)備故障的發(fā)生幾率。為了更好地使用鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)，現(xiàn)本文對(duì)其進(jìn)行了研究，使其更好地服務(wù)于鐵路交通事業(yè)，便于交通業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】鐵路；信號(hào)；專家系統(tǒng)；功能；重要性

一、鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)

鐵路信號(hào)設(shè)備作為鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)備，對(duì)鐵路交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展起到重要作用，但信號(hào)設(shè)備頻發(fā)故障也對(duì)鐵路運(yùn)輸造成了一定影響。對(duì)于鐵路運(yùn)輸而言，信號(hào)設(shè)備是根據(jù)運(yùn)輸路線而分散建立的，由于線路網(wǎng)類型復(fù)雜和分布廣泛，造成維修困難程度增大，難以及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維修處理。為了解決這一問(wèn)題，信號(hào)專家系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而成，為提高設(shè)備故障處理效率做出了巨大貢獻(xiàn)。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N類型的信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障維修、狀態(tài)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)設(shè)備維修指導(dǎo)和提高維修能力等，最終可將這些數(shù)據(jù)整合成具有文字和圖形的報(bào)警和提示報(bào)告。最重要的是，鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)是智能化操作系統(tǒng)，便于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和實(shí)用性。

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

信號(hào)專家系統(tǒng)包括信號(hào)知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)處理機(jī)，是依據(jù)信號(hào)控制系統(tǒng)原理、信號(hào)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、電路分析理論、信號(hào)維修原理等，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行分析檢測(cè)。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將計(jì)算機(jī)程序運(yùn)用到鐵路信號(hào)設(shè)備故障處理之中，通過(guò)數(shù)據(jù)智能識(shí)別和分析，最終監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，防止故障發(fā)生。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)將有關(guān)專家總結(jié)的維修經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)歸納起來(lái)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

1.1.1鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從以下幾點(diǎn)把握：

第一，有效預(yù)測(cè)設(shè)備故障的發(fā)生幾率。在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，鐵路基礎(chǔ)設(shè)備的安全故障隱患具有一定的潛伏期，因此無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)維修，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生概率增大。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，做到防患于未然，將設(shè)備故障發(fā)生的可能性降到最低。

第二，提高鐵路設(shè)備故障的診斷速率。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是將各單位專家所總結(jié)的故障分析經(jīng)驗(yàn)和診斷知識(shí)整理到一起，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，同時(shí)提高從業(yè)人員的專業(yè)技能，通過(guò)熟練掌握系統(tǒng)的操作流程，達(dá)到最大效率提高設(shè)備故障診斷速率的效果。

第三，總結(jié)設(shè)備故障的發(fā)生規(guī)律，提高維修技能。善于總結(jié)設(shè)備故障的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)其進(jìn)行分類整理歸納，形成系統(tǒng)的設(shè)備故障診斷資料，便于對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷和維修。

1.1.2鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

第一，可靠性。鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的分析診斷能力，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備提高技術(shù)含量，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性。

第二，先進(jìn)性。系統(tǒng)要適應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)及方法，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)張能力和數(shù)據(jù)精確度，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，便于在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行設(shè)備故障檢測(cè)和維修。

第三，智能化。在新的時(shí)代中，智能化已成為世界發(fā)展趨勢(shì)，因此鐵路信號(hào)系統(tǒng)的智能化能大大提高工作效率，便于工作人員進(jìn)行操作?？刹捎脠D形為主的人機(jī)互動(dòng)模式、導(dǎo)航系統(tǒng)模型、圖形為主的查詢方式等。

第四，維修管理簡(jiǎn)單便捷。采用利用管理和操作的模式，簡(jiǎn)化維護(hù)時(shí)的工作量，提高系統(tǒng)的可操作性。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)根據(jù)所得到的信號(hào)集中監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)，先將最初的數(shù)據(jù)存檔，之后根據(jù)系統(tǒng)所需將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)格式，包括開(kāi)關(guān)量和模擬量。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析后，最終得到高準(zhǔn)確性的結(jié)果。專家系統(tǒng)模型圖如下：

圖1-1 專家系統(tǒng)概念模型圖

二、主要子系統(tǒng)及功能

鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)主要包括八個(gè)子系統(tǒng)：知識(shí)庫(kù)子系統(tǒng)、控制臺(tái)仿真子系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)仿真子系統(tǒng)、模擬量分析子系統(tǒng)、聯(lián)鎖電路分析子系統(tǒng)、故障顯示指揮子系統(tǒng)、故障分析報(bào)告子系統(tǒng)、維修分析報(bào)告子系統(tǒng)。

2.1子系統(tǒng)介紹

（1）信號(hào)知識(shí)庫(kù)子系統(tǒng)：它是為了將種類繁瑣復(fù)雜的鐵路信號(hào)規(guī)范化而設(shè)置的，主要包括專家系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、字符、圖形，信號(hào)專業(yè)技術(shù)準(zhǔn)則、設(shè)備和器材標(biāo)準(zhǔn)及鐵路信號(hào)專家所給予的經(jīng)驗(yàn)等。信號(hào)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，是其他子系統(tǒng)發(fā)展的前提。

（2）信號(hào)控制臺(tái)仿真系統(tǒng)：信號(hào)控制臺(tái)仿真系統(tǒng)是通過(guò)軟件將相關(guān)的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行物理模擬，從而真實(shí)反映設(shè)備和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)及實(shí)際情況。具體的虛擬過(guò)程包括：?jiǎn)卧獕K和控制臺(tái)的仿真以及控制臺(tái)的輸入及輸出操作。仿真單元塊指的是將信號(hào)知識(shí)庫(kù)提供的多種單元塊，根據(jù)具體實(shí)際情況設(shè)置成不同的指示燈和控制按鈕，形成仿真單元塊，以此來(lái)反映不同的顯示情況和控制按鈕功能等。仿真控制臺(tái)將單元塊按照設(shè)備的實(shí)際要求組成控制臺(tái)，表示不同區(qū)段和信號(hào)機(jī)等的相互聯(lián)系關(guān)系。仿真控制臺(tái)除了具備控制功能外，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的信息交換和傳遞，為其他子系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的運(yùn)輸出入接口。這些輸入接口可將相關(guān)控制信息輸入，輸出接口可用于查詢和進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作信息錄入等。

（3）仿真信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)：系統(tǒng)仿真是通過(guò)計(jì)算機(jī)將收集好的完整的所需對(duì)象的實(shí)際信息進(jìn)行歸納整理，建立研究對(duì)象，根據(jù)所擁有的信息對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。它的主要內(nèi)容有：信號(hào)機(jī)仿真重要參數(shù)、道岔仿真重要參數(shù)、區(qū)段仿真重要參數(shù)、聯(lián)鎖仿真重要參數(shù)、進(jìn)路仿真重要參數(shù)等?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹下區(qū)段仿真重要參數(shù)，如表1所示：

表1 區(qū)段仿真重要參數(shù)表

（4）模擬量分析系統(tǒng)：通過(guò)觀察模擬量的變化情況從而分析設(shè)備的走向，判斷設(shè)備發(fā)生故障的幾率，是現(xiàn)在設(shè)備維修的重要方式之一。主要內(nèi)容有：波性分析、瞬態(tài)分析、趨勢(shì)分析、經(jīng)驗(yàn)分析、參照聯(lián)鎖關(guān)系分析等。

（5）聯(lián)鎖電路分析系統(tǒng)：在仿真聯(lián)鎖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將設(shè)備狀態(tài)重現(xiàn)于計(jì)算機(jī)中，便于為信號(hào)專家系統(tǒng)提供準(zhǔn)確有效的分析環(huán)境，主要是對(duì)進(jìn)路聯(lián)鎖關(guān)系、設(shè)備控制關(guān)系、故障分析指導(dǎo)及行車(chē)人員操作等進(jìn)行分析。

（6）故障顯示指揮系統(tǒng)：主要包括故障定義和圖紙顯示。當(dāng)故障發(fā)生后，可根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析，最終得到故障位置的圖紙。

（7）故障分析報(bào)告系統(tǒng)：為了系統(tǒng)記錄故障發(fā)生的原因及故障位置，鐵路線號(hào)專家系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行綜合整理，形成故障報(bào)告分析系統(tǒng)，便于提高故障處理效率。

（8）故障維修分析報(bào)告系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)故障進(jìn)行系統(tǒng)整理并提供設(shè)備故障發(fā)生的準(zhǔn)確原因，有利于相關(guān)工作人員進(jìn)行維修，并將這些維修記錄分類存檔，便于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高維修質(zhì)量和效率，使鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)更好地服務(wù)鐵路交通設(shè)備。

2.2信號(hào)設(shè)備檢測(cè)內(nèi)容及操作

信號(hào)設(shè)備故障檢測(cè)主要內(nèi)容有電源類故障、進(jìn)路排列故障、道岔故障等。設(shè)備故障的重要標(biāo)志有：進(jìn)路監(jiān)測(cè)的提示、重要延遲時(shí)間的檢測(cè)提示、軌道電路區(qū)段的提示、道岔狀態(tài)檢測(cè)提示、信號(hào)機(jī)斷絲報(bào)警提示、控制臺(tái)操作分析提示等。

三、主要分析技術(shù)

3.1區(qū)段分析

根據(jù)信號(hào)控制的模擬量和開(kāi)關(guān)量的不同，將故障信號(hào)分成模擬類和邏輯類故障。對(duì)于邏輯類故障的分析原理是先用仿真表將研究對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)記錄下來(lái)，再通過(guò)流程圖對(duì)仿真表記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后用真值表確定故障具體情況。值得注意的是，對(duì)于特定的邏輯關(guān)系應(yīng)采用時(shí)序圖進(jìn)行分析判斷。

3.1.1區(qū)段模擬量分析

區(qū)段實(shí)際狀態(tài)是模擬量分析的根本要素，其中軌道電路區(qū)段作為車(chē)站聯(lián)鎖的基本構(gòu)件，同時(shí)是聯(lián)鎖控制的重要組成部分，以此為參照，進(jìn)行模擬量區(qū)段分析。具體分析內(nèi)容包括：

（1）進(jìn)行干擾分析。軌道設(shè)備應(yīng)具備一定的抗壓能力，根據(jù)相關(guān)抗干擾的標(biāo)準(zhǔn)，利用波性分析將引起軌道電壓變化的干擾電壓進(jìn)行分類，允許標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的干擾。

（2）進(jìn)行分級(jí)測(cè)算：當(dāng)高鐵列車(chē)進(jìn)入軌道時(shí)，將相關(guān)的運(yùn)行速率、列車(chē)總量、軌道整潔度等都考慮在內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行等級(jí)測(cè)試。特別注意的是，在下雨天時(shí)應(yīng)將雨量情況也考慮在內(nèi)。

3.2岔道分析

岔道分析包括狀態(tài)法分析、岔道電壓分析和岔道電流分析三個(gè)部分。鐵路專家信號(hào)系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)換電流曲線、轉(zhuǎn)換時(shí)間和繼電器狀態(tài)等進(jìn)行綜合整理，分析可得到道岔的實(shí)際狀態(tài)。這樣可有效監(jiān)督表示狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)是否相符，避免造成數(shù)據(jù)誤差。道岔到位的最穩(wěn)定狀態(tài)包括兩種，即定位和反位。在這種最穩(wěn)定狀態(tài)下，專場(chǎng)控制臺(tái)顯示的設(shè)備狀態(tài)為實(shí)時(shí)情況。

3.3故障圖紙顯示

鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)根據(jù)勵(lì)磁電路回路和自閉回路等相關(guān)電路原理，將組合電路分成多個(gè)局部電路，通過(guò)這種系統(tǒng)觀察監(jiān)測(cè)相應(yīng)的故障發(fā)生情況。根據(jù)產(chǎn)生故障的區(qū)域，利用所給數(shù)據(jù)，鐵路專家信號(hào)系統(tǒng)可自動(dòng)顯示故障相關(guān)圖紙。

3.4故障統(tǒng)計(jì)分析

在現(xiàn)實(shí)生活中，軌道信號(hào)設(shè)備運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于不間斷變化中，不利于維修人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)往往不容易進(jìn)行及時(shí)處理。為了提高設(shè)備故障的診斷速率及準(zhǔn)確度，應(yīng)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行系統(tǒng)分析。根據(jù)工區(qū)的不同管理方式可分為故障動(dòng)態(tài)分析的24小時(shí)分析和設(shè)備維修分析的30日分析。

鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)通過(guò)對(duì)不同類型的報(bào)警信息進(jìn)行分析處理，得到最終故障處理結(jié)果，主要包括故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)、閃紅光帶區(qū)段統(tǒng)計(jì)、分路不良區(qū)段統(tǒng)計(jì)、電壓波動(dòng)統(tǒng)計(jì)、轉(zhuǎn)換阻力分析、道岔表示結(jié)點(diǎn)接觸不良統(tǒng)計(jì)、不排進(jìn)路行車(chē)情況統(tǒng)計(jì)、破封情況統(tǒng)計(jì)及其他統(tǒng)計(jì)等。

四、鐵路信號(hào)系統(tǒng)的重要性

鐵路專家信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，對(duì)繁瑣復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，判斷和預(yù)測(cè)研究對(duì)象的未來(lái)變化趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障分析，提早做好預(yù)防措施，就可將設(shè)備故障發(fā)生幾率降到最小。而將設(shè)備故障發(fā)生幾率降到最小是鐵路安全管理的基本原則和重要體現(xiàn)。

鐵路信號(hào)設(shè)備故障種類繁多，但這些故障一般在發(fā)生時(shí)也不立即影響行車(chē)，因此很難在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行及時(shí)維修。但是若維修不及時(shí)，則可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，如閃紅光帶問(wèn)題，處理時(shí)間不到位則可能會(huì)引起軌道變壓器燒毀這種嚴(yán)重現(xiàn)象。針對(duì)這類現(xiàn)象，鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的作用表現(xiàn)得十分明顯。它通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的精確度和完整性，大大降低了設(shè)備故障發(fā)生的可能性。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路系統(tǒng)的高速發(fā)展，機(jī)械裝備技術(shù)水平與信號(hào)維護(hù)之間的不平衡也越來(lái)越明顯。鐵路工程是一項(xiàng)高投資的項(xiàng)目，其發(fā)揮的作用也不容忽視。它不僅是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)力，也是造福廣大人民的福祉。因此有效預(yù)防列車(chē)設(shè)備故障是保證鐵路系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)的必備條件。在運(yùn)用鐵路信號(hào)專家系統(tǒng)的過(guò)程中，我們要嚴(yán)格遵循相關(guān)的法律法規(guī)，從數(shù)據(jù)分析到故障系統(tǒng)分析的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都要認(rèn)真做好監(jiān)測(cè)和管理，各部門(mén)間要相互配合和共同協(xié)作，通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的團(tuán)隊(duì)合作和高效率的工作狀態(tài)，完成高質(zhì)量的工作任務(wù)，將鐵路軌道運(yùn)輸?shù)淖饔冒l(fā)揮到最大，以期更好地服務(wù)于社會(huì)。

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