基于神經(jīng)網(wǎng)絡的列車自動運行控制系統(tǒng)研究

孫昊雯

中車大連電力牽引研發(fā)中心，中國·遼寧 大連 116052

神經(jīng)網(wǎng)絡；列車自動運行；控制系統(tǒng)

1 引言

在鐵路運輸壓力的不斷增強中，列車中的自動化運行管控系統(tǒng)開始突破傳統(tǒng)的運輸管理模式，以信息網(wǎng)絡技術為載體，實現(xiàn)列車運行全過程的實時控制。為了進一步的提高車速，增加行車管理密度，必須要增強鐵路運輸總量，提高運列車運行的智能化標準，實現(xiàn)列車運行信號的創(chuàng)新改革，適當調節(jié)機車控制準則，形成新的列車運行標準模式。

2 列車自動化控制系統(tǒng)分析含義

在鐵路的運行管理中，鐵路運輸自動化控制系統(tǒng)主要是以保證車輛行駛安全，在一定的車速中增加行車運作的載體，實現(xiàn)列車的智能化運作為目的。在傳統(tǒng)的列車控制中，以信號來命令列車司機進行指定操作，通過控制車內的電子化設備，實現(xiàn)對列車的牽引和制動，但這種方式經(jīng)常受制于列車的行駛速度，一旦行駛速度高達250km/h，該項操作的完成時間會縮短，完成的概率減小，列車運行的阻礙性增大，也許會引發(fā)部分隱患事故。[1]自動化控制系統(tǒng)是應用計算機網(wǎng)絡技術，通過控制對象和技術準則的新設定，完成選擇方案管控的優(yōu)化選擇，增強列車的智能化應用技術。在城市交通軌道運輸中，列車的行駛速度不高，但間距短，對此，必須要精確地控制行車之間的距離，保證行車安全，減少安全事故發(fā)生概率。應用智能化信號系統(tǒng)可以明確列車運行條件，利用車載信息系統(tǒng)和頁面信息系統(tǒng)做出真實性的模型，在互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)中進行多種參數(shù)的調試，為真實做好信息調配做好準備工作，實現(xiàn)列車的自動化管理工作，實現(xiàn)列車自動化控制系統(tǒng)的多元創(chuàng)新[2]。

3 列車的速度控制過程分析

在列車的安全運行中，為了進一步的實現(xiàn)自動化管理工作，必須要根據(jù)列車運行的速度信息及位置等及時進行數(shù)據(jù)記錄，形成一種高效的管理模式。列車運行中的ATP 系統(tǒng)可以根據(jù)列車軸輪上的速度感應器，實時監(jiān)測列車的運行速度，了解列車運行中車輪的磨損、空撞以及打滑等現(xiàn)象是否會對列車運行速度造成影響，利用加速度、位置以及其他數(shù)據(jù)記錄等進行比對校正，最終得到列車運行輸入結果。ATP 系統(tǒng)利用所得到的速度信息和位置信息，結合相應的線路地理條件等形成新的ATP 系統(tǒng)限速和移動授權等功能，利用控制算法得到控制量，執(zhí)行相應的控制命令，使得列車的牽和引制動等都有專業(yè)性的系統(tǒng)可以測量，以此便能得到準確的信息，增強極點配置和零起點配置，均衡二者之間的結果差異，對所獲取的信息進行輸入和輸出，實現(xiàn)最終的子目標測算，完成基礎性的參數(shù)設定[3]。

4 自學習功能的神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)分析

4.1 內涵分析

在列車運行過程中，一旦其運行環(huán)境發(fā)生變化，神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)就根據(jù)程序的變更運轉融入新環(huán)境，形成一種整體性的系統(tǒng)工作框架，將有經(jīng)驗的司機在駕駛列車時的速度參數(shù)作為網(wǎng)絡系統(tǒng)的輸出。通過多次基礎程序編碼的設定，使得基礎性自帶學習功能的神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)可以在工作模式下將控制器獲取的列車運行參數(shù)輸入網(wǎng)絡模型中，如位置、加速度、位移及其他相關數(shù)據(jù)輸入模型中，將其作為控制命令，使模糊邏輯算法與神經(jīng)網(wǎng)絡算法相結合，通過性能評估得到最終的評估值，使得結果變得更加準確。除此之外，還存在一種二階點數(shù)算法，它是在目標函數(shù)在二次性較強的區(qū)域中的良好收斂性的體現(xiàn)，在計算過程中可以采用網(wǎng)絡連接全局的方式，對網(wǎng)絡連接權值賦值，建立高質量的網(wǎng)絡運行系統(tǒng)[4]。

4.2 系統(tǒng)結構分析

基于神經(jīng)網(wǎng)絡的系統(tǒng)結構主要由兩層組成，即控制層和智能協(xié)調層。前者是由PID 調節(jié)器構成，后者為相關的專家評估系統(tǒng)組成。二者皆是采用部分傳感器所獲取的信息將列車的運行狀態(tài)以及其他的性能指標推理而成，逐步形成一種優(yōu)化狀態(tài)下的速度曲線。后者可以將傳統(tǒng)的知識處理結果利用儲備系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理，完善傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結構儲備系統(tǒng)的知識管理庫差、學習能力不足等情況，將多種列車運行處理機制的優(yōu)勢集合起來，以此克服部分模糊邏輯以及網(wǎng)絡列車自動化系統(tǒng)的運行管理控制，確定車輛的狀態(tài)，了解列車自我合適的速度模式，實現(xiàn)3 種神經(jīng)網(wǎng)絡算法的合理應用[5]。

4.3 高速列車運行神經(jīng)網(wǎng)絡的應用

在列車的運行過程中，由于其涉及到多方面的關系，在運行期間司機和機車設備的關系、列車與車站之間關系以及前后車廂之間的關系等都可以作為參數(shù)，建立起對應的函數(shù)，保證鐵路的安全運轉，高效率的完成運輸管控任務，保證各項工作的持續(xù)發(fā)生。一般來說，在列車運營中必須要根據(jù)約束下多種條件的變量系統(tǒng)化目標控制問題進行分析，以動力學作為標準，建立起對應的精確模型，實現(xiàn)目標約束性量化內容，利用其正點性和舒適性優(yōu)勢，完善對列車速度監(jiān)督控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，選擇基于過程劃分和神經(jīng)網(wǎng)絡目標優(yōu)化技術的智能控制系統(tǒng)，逐步對列車進行管理。借用列車的自動化管控機制，了解高速列車運行控制系統(tǒng)的結構優(yōu)化管理。

5 列車自動運行控制系統(tǒng)存在的問題

在列車的運行過程中，列車維修基地在對列車維修管理時，利用列車組的運用管理模式來編制運行計劃，使列車運行能夠滿足城市區(qū)域的人員出行需求。除此之外，列車在進行自動化運行時主要是運用實時監(jiān)測系統(tǒng)來了解列車運行線的情況。根據(jù)鐵路運行的管控模式確定列車管理模式，利用網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)的方式確立起模型，優(yōu)化列車的運用計劃，提升客戶的滿意程度，提高鐵路列車組運行的穩(wěn)定性，降低鐵路列車運行成本。隨著鐵路技術的快速發(fā)展，鐵路列車的自動化運行管理系統(tǒng)的設計和應用開始借鑒其他國家先進的經(jīng)驗，通過不斷挖掘列車運行過程中出現(xiàn)的多種不利之處，將其分為多個階段，如運用計劃編制模型組、運用模式編制算法組等。在列車組的編制算法問題研究中，中國鐵路行業(yè)的學者深入前線了解影響機列車組效率提升的因素且從相關文獻著作中了解一知半解內容，為后續(xù)的研究提供有效的數(shù)據(jù)支持，提升列車運行質量[6]。

6 提升列車自動運行控制系統(tǒng)運行效率的舉措

6.1 構建完整的列車自動運行體系

在列車的運行過程中，必須要根據(jù)實際情況來優(yōu)化中國鐵路列車自動化運行管理系統(tǒng)，兼容各部門之間的信息傳遞，為鐵路運輸車流優(yōu)化數(shù)據(jù)配置提供準確的資料，保證車流運輸計劃的精準。不僅如此，還要推進鐵路運輸調度信息資源的高效整合，構建新型的運輸調度體系，改進鐵路運行管理上的工作疏漏，提升工作效率，充分發(fā)揮戰(zhàn)區(qū)協(xié)調性的作用，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，保證鐵路運輸組織效率的有效提升。在選擇優(yōu)質的員工時，可以采取競爭上崗的方式激勵職工，改善員工的儲備管理模式，對交接列車的行車運行記錄情況，編制不同線路的網(wǎng)絡自動化運輸方案，同時增強方案的執(zhí)行力度。在此期間，想要提升列車的行車效率，必須要制定相對應的定點線協(xié)調匹配管理方式，在各個線路上加大機車牽引能力，提升組織運輸效率。

6.2 實現(xiàn)列車管理的自動化管控

在列車的運行過程中，中國列車的管理技術的創(chuàng)新發(fā)展需要根據(jù)鐵道部的規(guī)定進行統(tǒng)一管理，制定好完善的列車的自動化管控，結合中國列車的自動化管控要求，加強鐵路列車組檢修的信息化的建設，建立起專業(yè)性的管理信息系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的運用以及收集效率。目前的管理信息內容有臺賬管理，檢查管理和管理模塊等相關內容，利用集中化的信息平臺可以實時收集列車運行管理的信息數(shù)據(jù)內容，制定對應的車輛管理檢修計劃，實時記錄其中數(shù)據(jù)的變化，做到對車輛信息的系統(tǒng)管理，提升列車機組的運行效率，降低車輛的成本管理。在此期間，改善列車組運用計劃，利用不同的方式將列車的運行規(guī)策略改善，保證車輛的長期性運行管理建設，優(yōu)化列車組運用計劃調整情況，提高列車組列車的運行效率。與此同時，還需要利用不同的列車自動化管理模式將列車進行合理化調整，了解鐵路車輛的運用情況。

6.3 增強對列車進行自動化系統(tǒng)的應用

在列車的運行過程中，列檢員可以根據(jù)既定的時間，提前出發(fā)進行接車，及時注重觀察聽輪軌的振動頻率，確定踏面是否出現(xiàn)了剝離。在進行列檢時，可以在列車的兩側用紅外線對滾動軸承進行溫度測試，將高溫值的滾動軸承之間的零部件空隙降低，增強磨合度，對該車同側的軸承溫度進行對比分析。注重同時檢查轉向配件狀態(tài)。一旦車輪存有舊痕的擦傷，列車的自動化控制系統(tǒng)可以有效的識別出來，以此降低架構出現(xiàn)破損或者制動梁支柱斷裂以及制動梁安全鏈被磨亮等。鐵路列車的運用區(qū)間是分散管理的，其管理上的靈活性進一步增強了列車的運行管理效率，可以有效降低管理成本，提高鐵路列車運行的安全性。

7 結語

綜上所述，現(xiàn)階段國家越來越重視神經(jīng)網(wǎng)絡的列車自動運行控制系統(tǒng)管理工作。為了進一步的提升列車的運行效率，完善鐵路運輸自動控制系統(tǒng)的功能，必須要給予神經(jīng)網(wǎng)絡的列車運行情況，將其自動化運行系統(tǒng)的設計方案完善，協(xié)調神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)模型，發(fā)揮鐵路列車運行的功能管控價值，提高最終的計算數(shù)據(jù)的精度，增強結果的信服力，實現(xiàn)最優(yōu)化目標，促進其可持續(xù)進步與發(fā)展。