鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的分析與運用

王曉鵬

摘要：我國鐵路和城市軌道交通發(fā)展日新月異。鐵路信號系統(tǒng)是行車安全的核心保障系統(tǒng)，在技術(shù)和設(shè)施上的不斷研發(fā)投入，從而進入了迅猛發(fā)展的新階段。不同信號設(shè)備合理有效的正常工作是鐵路運輸平穩(wěn)、高效與安全的根本前提。所以，鐵路管理部門應(yīng)該及時有效的研發(fā)和管理信號監(jiān)測系統(tǒng)，不斷將信號設(shè)備控制從以往的人工模式向自動化與智能化的方向發(fā)展。本文對鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，并展望了未來的發(fā)展趨向。

【關(guān)鍵詞】鐵路;信號監(jiān)測;運用

1.信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的作用及構(gòu)成要素

信號集中監(jiān)測設(shè)備是關(guān)鍵的行車設(shè)備。其主要有鐵路局、電務(wù)段、車站監(jiān)測設(shè)備等組成的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的功能體現(xiàn)在如下幾點上：第一，通過微機及時信息分析手段，開展高效監(jiān)測、問題分析、智能選擇;第二，通過微機大規(guī)模信息儲存手段，對數(shù)據(jù)進行分析、處理和存儲;第三，通過微機聯(lián)網(wǎng)手段，提高調(diào)度指揮、問題解決和統(tǒng)一控制的水平。

2.現(xiàn)階段信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

車站監(jiān)測網(wǎng)為系統(tǒng)的核心組成要素，主要是進行數(shù)據(jù)的收集、細分與處理，完成信號設(shè)備的高效監(jiān)測和問題分析。其主要是由站機、收集設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成的。

電務(wù)段監(jiān)測子系統(tǒng)為系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，主要控制段內(nèi)全部的車站節(jié)點，保存站機數(shù)據(jù)，對外傳播相關(guān)指令而對站機進行管理，按照監(jiān)測終端的要求進行數(shù)據(jù)傳播與web服務(wù)。其能夠裝配數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信前置機、web服務(wù)器和監(jiān)測終端等設(shè)備。鐵路局電務(wù)監(jiān)測子系統(tǒng)為整個信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的管理核心，對其中全部的電務(wù)段和車站節(jié)點進行控制，能夠和電務(wù)段與鐵路總公司間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。其裝配了應(yīng)用服務(wù)器和聯(lián)網(wǎng)車站，能夠和不同鐵路局間形成連接與數(shù)據(jù)共享。

廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要包括鐵路總公司的上層網(wǎng)、電務(wù)段和鐵路局等。其基層采取了環(huán)形組網(wǎng)的形式，環(huán)路包括5到12個車站，還采取大于2M通道抽頭方式來和電務(wù)段星型建立聯(lián)系。上層網(wǎng)采取了高于2M通道星型的組網(wǎng)形式，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過TCP/IP協(xié)議與集中的數(shù)據(jù)形式建立聯(lián)系。

鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的對象主要是由模擬量、帶自診作用的信號與開關(guān)量組成。系統(tǒng)能夠及時的收集到信號設(shè)備的電氣特點、設(shè)備情況、故障等信息，其中采取曲線等方式帶來了人機交互頁面，有著信息呈現(xiàn)、集中分析、故障分析等作用。系統(tǒng)能夠?qū)υ嫉男盘栐O(shè)備信息進行收集和分析，還能夠?qū)Σ煌盘栕酉到y(tǒng)的維護單元進行幾種整理，給電務(wù)維護人員帶來一體化的集中監(jiān)測與問題處理模式。

自這一系統(tǒng)被使用之后，其有效的進行了故障分析與場地操作，給事故定責(zé)帶來了合理的參考，在很大程度上減小了電務(wù)部門的工作困難，強化了電務(wù)維護的質(zhì)量，提高了行車的安全性，從而發(fā)展成鐵路信號系統(tǒng)的核心設(shè)備。

隨著鐵路運輸安全要求的不斷提高，信號集中監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)一些問題：第一，系統(tǒng)的自動化研究和故障分析水平低下。現(xiàn)階段的系統(tǒng)還停滯在收集數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)頁面，設(shè)備的維護信息主要通過人工來分析和研究，未能利用系統(tǒng)智能化分析設(shè)備工作過程中所存在的問題。怎樣把系統(tǒng)收集的信息進行合理的整理和研究，為電務(wù)維護人員帶來有效的輔助信息與有效的處理方法，是急需要去處理的問題。第二，系統(tǒng)的監(jiān)測規(guī)模需進一步的擴大。對于RBCHE TSRS等設(shè)備來說，雖然現(xiàn)階段系統(tǒng)存在預(yù)留接口，然而未能完成監(jiān)測，車載ATP子系統(tǒng)的信息還沒有被錄入;和信號系統(tǒng)有關(guān)的安全數(shù)據(jù)網(wǎng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)也沒有被錄入到監(jiān)測范圍之中。對于一些已經(jīng)錄入到監(jiān)測范圍之中的信號設(shè)備，系統(tǒng)所收集的設(shè)備狀態(tài)信息與業(yè)務(wù)信息需進行細化和延伸。第三，系統(tǒng)的作用需待擴展?，F(xiàn)階段的系統(tǒng)作用表現(xiàn)為對信號設(shè)備的監(jiān)測，在電務(wù)部門的施工操作與指揮管理上力度不足。

3.信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨向

3.1基于仿真的系統(tǒng)級故障診斷

鐵路信號系統(tǒng)包括不同的子系統(tǒng)與設(shè)備等單元，不同單元間通過業(yè)務(wù)信息來實現(xiàn)連接，在電氣特征上不存在較大的聯(lián)系。研究不同單元的業(yè)務(wù)作用，收集核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立業(yè)務(wù)體系，是系統(tǒng)故障分析的前提。基于模擬的系統(tǒng)故障分析，就是通過數(shù)學(xué)模型來模擬信號系統(tǒng)，之后把模型所處狀態(tài)和信號系統(tǒng)的實際業(yè)務(wù)狀態(tài)進行對比，以此找出系統(tǒng)所存在的問題。進行分析的數(shù)據(jù)模型涉及到不同單元的業(yè)務(wù)體系和彼此間的聯(lián)系，能夠體現(xiàn)實際系統(tǒng)的核心特點。在對信號系統(tǒng)的業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進行研究后，將其歸結(jié)為離散事件系統(tǒng)，也就是它的狀態(tài)在部分離散時間點上出現(xiàn)改變。模擬的完成需要事件來推動，該種事件有區(qū)段占用與進路公開等，它的出現(xiàn)時間和實際系統(tǒng)相互影響。如果仿真系統(tǒng)和實際系統(tǒng)的業(yè)務(wù)狀態(tài)出現(xiàn)不同，則需要按照時間順序和判斷原則來對故障進行辨別和研究。

3.2基于機器學(xué)習(xí)的設(shè)備級故障診斷

信號設(shè)備的故障診斷本質(zhì)體現(xiàn)在所處的不可預(yù)估性與困難性狀態(tài)。監(jiān)測中外部的噪音等客觀條件通常有著不可預(yù)估性的特點。信號設(shè)備包括眾多元件，各元件的電氣功能間存在不同，并且設(shè)備的操作條件與搭載業(yè)務(wù)也在持續(xù)改變，很難形成高效合理的體系。圍繞已知數(shù)據(jù)展開，采取概率與分析的手段，利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，找出其中存在的知識，接著再利用這部分知識來分析不確定性數(shù)據(jù)，是處理這一系列問題的根本手段。特征挖掘是其中非常關(guān)鍵的內(nèi)容，需作用不同設(shè)備層面的相關(guān)知識，從而讓挖掘而出的特點和故障種類密切相關(guān)，還要保持不同特征間相互獨立。機器學(xué)習(xí)技術(shù)建立在概率的基礎(chǔ)上，對特征數(shù)據(jù)進行研究，智能化建立科學(xué)的概率體系與處理算法，還要進一步完善參數(shù)，從而找出統(tǒng)計層面上的合理分析結(jié)果。

轉(zhuǎn)轍機為所有故障中較為復(fù)雜的設(shè)備，它的監(jiān)測量主要是由動作功率、轉(zhuǎn)換方向與動作電流組成。在利用相關(guān)的觀察數(shù)據(jù)和以往的經(jīng)驗，對轉(zhuǎn)轍機故障進行了分析之后，收獲了較大的成就。系統(tǒng)智能化設(shè)定閾值，對初始的電流與功率曲線實現(xiàn)劃分，從而分成和動作頻率相契合的片段，對于不同片段而言，利用不同的信號分析方式來挖掘合理的統(tǒng)計特性，譬如電流強度與外部噪聲分布均衡度等;對于需要分析的數(shù)據(jù)，以后驗概率密度分布來把故障研究的結(jié)果依次列出。系統(tǒng)能夠?qū)Σ淮_定的故障自學(xué)習(xí)和已有的故障種類進行智能化更新，滿足于交流和直流轉(zhuǎn)轍機的需求，還包括單機多動和雙機多動的操作情況。

3.3電務(wù)綜合監(jiān)測平臺

把信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測范圍進行擴大，建立包括所有信號設(shè)備與通信設(shè)備的電務(wù)一體化監(jiān)測平臺，其為系統(tǒng)向深度發(fā)展的主導(dǎo)趨勢。不同信號設(shè)備與相關(guān)的通信設(shè)備為密切相關(guān)的大系統(tǒng)，獨立的信息不便于系統(tǒng)展開故障分析。此外，如果單類設(shè)備裝配獨立性的維護單元，那么維護人員應(yīng)該對各種維護終端進行分散化維護，導(dǎo)致控制與維護出現(xiàn)較大的困難。相對于已有功能而言，這一平臺應(yīng)該把TSRS和車載ATP等信號設(shè)備進行錄入，還要把安全數(shù)據(jù)網(wǎng)與視頻監(jiān)控等設(shè)備進行錄入。

3.4電務(wù)綜合管理平臺

在對這一平臺的電務(wù)部門不同信息系統(tǒng)進行整理后，能夠杜絕信息孤島現(xiàn)象。建立在該平臺的基礎(chǔ)上，對電務(wù)信息進行分析，從而來完善電務(wù)作業(yè)環(huán)節(jié)，以此強化電務(wù)管理水平，促進鐵路電務(wù)信息化建設(shè)。

4.結(jié)束語

從我國鐵路運輸實際出發(fā)，鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)歷經(jīng)幾代發(fā)展，完成了信號設(shè)備狀態(tài)的合理收集采集和傳輸，強化了電務(wù)維修的自動化水平，保障行車安全和運營效率。鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)作為一項重要的技術(shù)裝備，必將隨著其深度和廣度的進一步發(fā)展而得到普遍的應(yīng)用。

【參考文獻】

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