列車運行控制系統(tǒng)故障診斷方法研究

曾鋒

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展進步，我國的鐵路越來越發(fā)達，而且在鐵路網(wǎng)中，高鐵列車也逐漸增多。文章首先闡述了列車運行控制系統(tǒng)故障診斷的四種方法，包括故障樹的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡的方法、專家系統(tǒng)的方法以及模糊理論的方法，然后說明了基于仿真的故障注入方法，最后介紹了列車運行控制仿真平臺。

關鍵詞：列車運行控制系統(tǒng)；故障診斷；故障注入方法；仿真平臺

引言

現(xiàn)如今，高鐵因其方便且快捷已經(jīng)成為人們出行的重要方式，但是由于高鐵的列車的系統(tǒng)十分繁瑣，所以很多與安全相關的測試無法進行，這是一個很嚴峻的問題，列車承載著上千人的生命，因此列車的運行必須要保證萬無一失，否則后果難以想象。因此，工作人員要了解列車的各項性能指標，保證列車能夠安全的行駛。本文主要研究列車運行控制系統(tǒng)故障的診斷方法，就是經(jīng)過相關的技術(shù)手段，對采集得到的信息與被診斷設備運行狀態(tài)相關的信息進行分析對比，最后得出設備是否正常運行的結(jié)論，除此之外，介紹了基于仿真的故障注入方法以及列車運行控制仿真平臺。

1 列車運行控制系統(tǒng)故障診斷方法

1.1 故障樹的方法

故障樹方法就是通過研究系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，然后反向推理出事件發(fā)生的原因，緊接著再用相應的邏輯關系將事件和原因聯(lián)系在一起，從而建立一種形如樹狀的故障關系模型。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡的方法

神經(jīng)網(wǎng)絡是一種能夠模仿人類大腦運作和思考的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對以前的數(shù)據(jù)進行分析處理，并利用反向傳播網(wǎng)絡等算法建立故障模型。該系統(tǒng)對于非線性映射有著十分優(yōu)良的擬合能力以及強大的獨自組織和獨自學習的能力。也正是由于這些優(yōu)點，神經(jīng)網(wǎng)絡方法已經(jīng)成為列車運行控制系統(tǒng)故障診斷方法的一種十分有效的手段。

1.3 專家系統(tǒng)的方法

專家系統(tǒng)的方法是目前列車運行控制故障診斷方法中應用最為廣泛的一種。該方法的原理就是通過相關的專家在工作中所積累的經(jīng)驗而形成的知識庫，并把這些知識庫作為判斷列車是否出現(xiàn)故障的診斷依據(jù)，然后再判斷事故的發(fā)生以及發(fā)生的原因。

1.4 模糊理論的方法

模糊理論是用來處理某些現(xiàn)實生活中無法給出確定描述的、具有一定的不確定度的時間和問題的方法。利用這種理論的故障診斷方法主要是將模糊集合以及模糊運算規(guī)則應用于故障診斷，從而處理不確定的信息，然后再建立模糊邏輯系統(tǒng)，最后實現(xiàn)故障診斷的目的。列車運行控制系統(tǒng)的運行環(huán)境較差而且結(jié)構(gòu)繁瑣，如果使用人工診斷對列車運行系統(tǒng)進行故障診斷難免會遇到大大小小的麻煩，然而，基于模糊理論的故障診斷方法有效的解決了這一問題。

2 基于仿真的故障注入方法

對于仿真系統(tǒng)而言，其系統(tǒng)原型往往是結(jié)構(gòu)復雜、內(nèi)容繁瑣的大系統(tǒng)，如果要進行真實場景測試需要克服很大的困難，因此只能建造仿真環(huán)境進行安全性能的測試及驗證。

基于仿真的故障注入方法，通過對過程的仿真以及調(diào)整邏輯值來實現(xiàn)故障注入的目的。仿真過程中，通過改變某個關鍵設備的工作狀態(tài)，從而模擬其發(fā)生故障的情形，利用程序接口將故障注入到列車運行系統(tǒng)的仿真測試平臺中。

基于仿真的故障注入方法算法流程是在Windows環(huán)境下搭建的，該系統(tǒng)利用RTI/HLA（Run Time Infrastructure/High Level Architecture）通信協(xié)議進行通信。其中，RTI是HLA仿真過程中的軟件實現(xiàn)，負責各個模塊之間進行信息交流。算法流程圖如圖1所示。

基于HLA的列車運行控制系統(tǒng)仿真平臺分別包括CTC總機與分機、RBC、TCC、聯(lián)鎖、臨時限速、車載、軌旁、G網(wǎng)以及仿真管理器十個模塊，部分模塊仿真結(jié)果如圖2所示。

如果故障事件發(fā)生，上述模塊會將注入數(shù)據(jù)信息發(fā)布出去，目標模塊接收并處理數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果直觀的顯示出來。將常見設備故障按照順序編碼，比如無信號、通信中斷等等，其他故障注入信息按照預先制定好的格式發(fā)布，故障類型編碼如圖3所示。

3 列車運行控制仿真平臺

列車運行控制仿真平臺包括仿真平臺信息交互方式以及控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。這里只簡要說明一下信息交互方式。列車運行控制系統(tǒng)各個模塊之間的通信能夠采用UDP通信協(xié)議，但是由于該協(xié)議是一種無連接協(xié)議，經(jīng)常會出現(xiàn)丟包、重復以及無序等問題，無法保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，因此不適用于列車運行控制系統(tǒng)這樣的復雜系統(tǒng)中。相反，HLA可以盡量涵蓋相關領域中各種類型的仿真系統(tǒng)，而且通過他們之間的互操作能夠不斷的發(fā)展新技術(shù)，從而能夠滿足復雜的仿真要求，各個模塊之間進行數(shù)據(jù)交換也可以保證安全地進行。

4 結(jié)束語

列車運行控制系統(tǒng)的診斷問題是關系到列車安全運行的重大問題，我們在面對這一問題時不能馬虎，要保持萬分嚴謹?shù)淖鍪嘛L格，保證列車安全的運行。通過對當今列車運行控制系統(tǒng)的故障診斷方法的介紹，不難看出隨著鐵路的不斷發(fā)展，以后列車運行控制系統(tǒng)的故障診斷必將成為該領域的重中之重。

參考文獻

[1]蔡伯根，尹青，上官偉，等.列車運行控制系統(tǒng)仿真故障注入方法研究[J].鐵道學報，2014（06）：55-60.

[2]陸陸，徐正國，王文海，等.列車運行控制系統(tǒng)故障診斷方法研究[J].鐵道通信信號，2010（05）：44-46.