軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)研究

摘要：近年來，軌道交通的站臺門常常出現(xiàn)故障，給旅客的出行造成不便，甚至影響到旅客的生命安全，由此可見，研究軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)對于乘客的生命安全而言非常重要。文章研究了我國當前軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)存在的缺陷，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：軌道交通；站臺門；遠程監(jiān)控；智能診斷；交通運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：U239 文章編號：1009-2374（2017）01-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.051

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的交通也隨之不斷發(fā)展。作為軌道交通的重要組成部分之一，站臺門對于乘客的出行起著十分重要的作用，因此站臺門能否正常運行對于旅客而言是十分重要的。我國目前在遠程監(jiān)控以及智能診斷這類復雜系統(tǒng)的研究已經(jīng)有一定的成果，然而近年來，我國站臺門仍然常常出現(xiàn)故障，為此我國應加大對軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)研究的力度，使軌道交通站臺門能夠為旅客提供更好的服務。

1 軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷的基本概念

遠程監(jiān)控及智能診斷主要是通過分析收集到的站臺運行的相關數(shù)據(jù)來評定站臺門的運行狀況。軌道交通站臺門遠程監(jiān)控及智能診斷主要是通過收集站臺門運行信號、處理信息以及信息分析來判定站臺門是否正常運行。經(jīng)過30多年的研究，我國在遠程監(jiān)控及智能診斷這類復雜系統(tǒng)的研究已有一定的建樹，例如哈爾濱工業(yè)大學研發(fā)出MMMD-2這款用來檢測汽輪發(fā)電機組故障的故障診斷專家系統(tǒng)，而清華大學也研發(fā)出了用來診斷鍋爐設備的故障診斷專家系統(tǒng)。雖然我國已研發(fā)出不少的故障診斷系統(tǒng)，但是我國研發(fā)出的故障診斷系統(tǒng)并不能大量地生產(chǎn)，無法為更多的人們提供幫助。由此可見，我國遠程監(jiān)控及智能診斷的相關研究并不成熟，對這類復雜系統(tǒng)的研究還處于實驗室階段。因此，我國應盡量將復雜系統(tǒng)的研究實用化，使復雜系統(tǒng)能夠更好地為人們提供服務。

2 軌道交通站臺門智能診斷的基本技術

2.1 使用專家系統(tǒng)來診斷故障

所謂專家系統(tǒng)故障診斷主要是通過利用相關專家的診斷知識來診斷故障。通過總結機械出現(xiàn)故障的不同情況來判定設備是否正常運行。對于軌道交通站臺門的遠程監(jiān)控及智能診斷這類的復雜系統(tǒng)而言，定量的數(shù)學模型很難準確地判斷出設備的運行狀況。因此，使用專家診斷系統(tǒng)來診斷故障是目前較為廣泛使用的一種方式。專家系統(tǒng)診斷大致可以分為淺知識的故障診斷專家系統(tǒng)以及深知識的故障診斷專家系統(tǒng)。淺知識的故障診斷專家系統(tǒng)只能根據(jù)設備在運行過程中表現(xiàn)出的狀態(tài)來判斷設備是否正常運行，而深知識的故障診斷專家系統(tǒng)則運用了因果關系以及概率等方面的知識，使人們能夠更準確地判定設備的運行狀況。相較于淺知識的故障診斷專家，深知識的故障診斷專家通過明確設備在運行過程中的每一環(huán)節(jié)的約束關系來找出可能存在哪些故障，深知識的故障診斷專家能夠明確地發(fā)現(xiàn)設備是在哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，使維修人員能夠有針對性地對設備進行維修。然而，由于深知識故障診斷專家系統(tǒng)在故障診斷時需要搜索大量的信息，導致深知識故障專家診斷系統(tǒng)需要花費大量的時間來診斷故障。為此，人們開始嘗試將深知識故障診斷專家系統(tǒng)與淺知識故障診斷專家系統(tǒng)結合在一起，例如Fink提出的集成診斷模型及Peng提出的層次因果模型巧妙地將這兩類故障診斷專家系統(tǒng)結合在一起，這不僅提升了故障診斷系統(tǒng)的準確率，而且還大大地提高了故障診斷系統(tǒng)的效率。

2.2 使用神經(jīng)網(wǎng)絡來診斷故障

對于軌道交通站臺門智能診斷這類非線性的復雜系統(tǒng)而言，無法使用簡單的數(shù)學關系來表達設備的運行狀況。為此人們開始將具有處理非線性以及擁有一定計算能力的神經(jīng)網(wǎng)絡運用在復雜系統(tǒng)的故障診斷當中。在1989年，人們成功地將神經(jīng)網(wǎng)絡用于診斷流化態(tài)催化裂化單元的運行狀況，在此之后，相關的研究人員開始將神經(jīng)網(wǎng)絡技術運用在不同設備的故障診斷當中。相較于故障診斷專家系統(tǒng)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡能夠實時地監(jiān)控設備的運行狀況，使相關的維修人員能夠及時地對設備進行維修。除此之外，神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷系統(tǒng)能夠直接使用數(shù)值數(shù)據(jù)來評判設備不同階段的運行狀況，這將大大地提高神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷系統(tǒng)的工作效率。然而，只使用神經(jīng)網(wǎng)絡來診斷設備的故障的準確率較低，網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性以及計算機算法的收斂性將導致神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷系統(tǒng)最終計算出的數(shù)值與設備運行的數(shù)值偏差較大。因此，人們通過將神經(jīng)網(wǎng)絡與其他技術相結合來提高故障診斷的準確率。例如，近年來，人們開始嘗試將神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊理論有機結合，這不僅能夠大大地減少網(wǎng)絡計算的時間，而且能夠有效地提高故障診斷系統(tǒng)的準確率。

2.3 使用模糊理論來診斷故障

模糊理論主要是為了解決故障診斷系統(tǒng)在診斷過程中的不確定性以及不精確性。運用模糊理論的故障診斷系統(tǒng)主要是通過建立矩陣來表示征兆與故障類型之間的關系，從矩陣中，人們能夠得出故障與征兆間的關系方程，從而人們能夠得到通過解相應的方程式來判斷出設備的故障類型。除此之外，模糊理論還能通過建立故障與征兆之間的模糊規(guī)則庫來診斷設備的故障類型。但由于模糊理論使用的矩陣或模糊規(guī)則庫都是由人工建立的，因此單獨使用模糊理論將很容易出現(xiàn)誤診的現(xiàn)象，為此應將模糊理論與其他方法相結合來提高故障診斷的準確率。

3 軌道交通站臺門的遠程監(jiān)控與智能診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 網(wǎng)絡通信技術與多媒體技術相結合

智能診斷系統(tǒng)主要是通過分析設備運行過程中的數(shù)據(jù)來診斷設備的故障類型，因此，為了能夠準確的診斷站臺門的故障類型，人們應利用遠程網(wǎng)絡系統(tǒng)來加強對站臺門的遠程監(jiān)控，使人們能夠準確地把握站臺門的運行狀況。近年來，我國也開展了遠程監(jiān)控及智能診斷的相關研究，例如清華大學針對大型電站設備開展了遠程診斷的研究。為了能夠提高遠程診斷的準確率，應將網(wǎng)絡通信技術與多媒體技術相結合，使相關人員能夠實時地掌握站臺門的運行狀況。多媒體技術不僅能夠為工作人員提供站臺門運行的數(shù)據(jù)，而且還能提供相應的音頻、圖像以及視頻，使診斷人員能夠全面地評判站臺門的故障類型。目前，我國遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)的主要形式如圖1所示，通過無線GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊以及現(xiàn)代信息技術的結合，使工作人員能夠準確地把握站臺門的運行狀況。當發(fā)現(xiàn)站臺門出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將通過無線GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將相關診斷信息告知現(xiàn)場維修運營人員，使運營人員能夠及時掌握故障位置，這將大大地提高維修人員的工作效率。

3.2 提高濾波處理技術，保證信號的穩(wěn)定性

站臺門的信息在傳遞過程中，往往會受到許多干擾信號的影響。因此相關人員應注意消除干擾信息的影響，使工作人員能夠接受到完整的信號。目前，我國軌道交通方面主要使用時域濾波處理器進行濾波消除。時域濾波可濾除一切時寬窄于設定濾波時寬的負向脈沖干擾信號，然而這種算法在為輸出信號提高穩(wěn)定性的同時也存在一個問題，那就是不可避免地造成了整體輸出信號在時間上延長一個濾波設定時長。所以時域濾波方法的局限性就在于濾波時長必須保持在一定限定內，否則將引起信號的嚴重失真。時域濾波可設定的時間范圍為50ms及200ms。從另一個角度來講，時域濾波主要的目的是為了濾除指示輸出電平中的負向脈沖干擾，以保證顯示的準確性，但是這些負向脈沖的出現(xiàn)其實也反映著站臺門系統(tǒng)的現(xiàn)實狀態(tài)和一些故障征兆，使所有的負向脈沖都能被準確地記錄下來，以便于工程維護人員根據(jù)這些信息進行及時的維護保養(yǎng)和故障設備更換。

3.3 增強對站臺門的實時監(jiān)控能力

為了能夠更好地保證站臺門的正常運行，應增強對站臺門的實時監(jiān)控能力。監(jiān)控軟件是站臺門綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它綜合接收PLC的狀態(tài)采集的信息、無線通信模組的串口通信信息以及城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取服務請求，將信息和請求進行分析處理后通過動態(tài)圖形界面的方式展現(xiàn)在工業(yè)液晶顯示器上，同時將所有信息進行分類存儲和分類管理，并將ISCS所需的數(shù)據(jù)信息根據(jù)相應的通信協(xié)議發(fā)送出去。因此站臺門應使用新型的傳感器實時監(jiān)控各設備的運行情況，實現(xiàn)故障預警、精確定位以及快速維護保養(yǎng)的三位一體綜合信息管理和運營管理。綜合監(jiān)控系統(tǒng)必須增強自身的數(shù)據(jù)綜合分析能力，結合運營經(jīng)驗和人工智能技術建立計算機專家系統(tǒng)，為運營和維保人員提供及時有效的幫助和提示。

3.4 加強總線技術與無線通信技術的研究

軌道交通站臺門的遠程監(jiān)控需要將監(jiān)控到的信息通過總線來傳遞給相應的工作人員，使工作人員能夠及時地判斷站臺門的故障類型。為此，近年來，我國加大對LON總線技術研究的投入，使總線能夠更好地傳遞信息，這將大大地提高智能診斷的準確率，使相關的維修人員能夠明確故障類型。除加大總線的研究之外，我國還在積極地研究無線接入技術，這將大大降低數(shù)據(jù)信號在傳遞過程中受到的干擾，從而保證信息的完整性以及避免圖片或影像出現(xiàn)失真的現(xiàn)象。

3.5 完善智能診斷系統(tǒng)

對于軌道交通站臺門的遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)而言，最關鍵的是智能診斷系統(tǒng)。雖然我國在智能診斷方面已經(jīng)取得一定的成就，但我國智能診斷技術仍然存在一些問題。例如故障診斷專家系統(tǒng)在獲取信息方面存在著不足，系統(tǒng)無法為故障診斷專家系統(tǒng)提供全面的相關信息，導致專家診斷系統(tǒng)無法準確地判斷故障類型。因此，近年來，我國在診斷系統(tǒng)的知識獲取部分以及不確定推理方面都加大了研究力度，使診斷系統(tǒng)能夠自動地獲取最新的設備信息，從而提高智能診斷系統(tǒng)的準確性。

4 結語

交通是人們生活中不可獲取的一部分，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們出行的機會越來越多，作為人們主要的交通方式之一，軌道交通的安全不容忽視。為了使軌道交通站臺門能夠更好地為旅客提供服務，我國有關科研人員應加強對軌道交通遠程監(jiān)控及智能診斷系統(tǒng)的研究，使站臺門能夠正常運行。

參考文獻

[1] 張林.城市軌道交通站臺門系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理

[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，（3）.

[2] 王義春.數(shù)據(jù)通信在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的研究及應用

[J].黑龍江科學，2016，（2）.

作者簡介：趙忠（1981-），男，上海人，上海嘉成軌道交通安全保障系統(tǒng)股份公司中級工程師，研究方向：軌道交通地鐵站臺門電氣自動化系統(tǒng)設計和研發(fā)、SCADA監(jiān)控系統(tǒng)及云平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計和開發(fā)。

（責任編輯：王 波）