地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

孫玉欣

摘要 文章基于目前常用地鐵信號系統(tǒng)類型、智能化監(jiān)測系統(tǒng)中的核心技術(shù)展開分析。結(jié)合地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用要點，包括建立監(jiān)測數(shù)據(jù)集、搭建存儲與共享機制、使用智能化分析技術(shù)、建立智能化監(jiān)測模型、執(zhí)行規(guī)范化操作等。通過研究系統(tǒng)互聯(lián)性較低、數(shù)據(jù)共享性較差、智能化水平較低、系統(tǒng)協(xié)調(diào)性較差這些問題常見原因及處理建議，其目的在于提高智能化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用效果，不斷完善地鐵信號系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 地鐵信號系統(tǒng);信號集中監(jiān)測系統(tǒng);智能化監(jiān)測技術(shù)

中圖分類號 TU855 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0075-03

0 引言

鐵路信號系統(tǒng)作為鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，還存在一定的不足，加強鐵路信號系統(tǒng)的智能化探索具有十分重要的意義。智能監(jiān)測技術(shù)是鐵路信號系統(tǒng)朝著安全、可靠、網(wǎng)絡(luò)化及數(shù)字化方向發(fā)展的重要途徑，能夠有效確保行車安全、強化信號設(shè)備管理、提升鐵路信號監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量。充分利用智能化監(jiān)測技術(shù)以及控制設(shè)備建設(shè)現(xiàn)代化鐵路信號系統(tǒng)，對信號設(shè)備的運行狀態(tài)進行全面、科學(xué)的動態(tài)監(jiān)測和記錄，從而為鐵路部門掌握鐵路運行狀況及分析事故提供有效參考。

1 目前常用地鐵信號系統(tǒng)類型

1.1 信號集中監(jiān)測系統(tǒng)

信號集中監(jiān)測的體系架構(gòu)特征為三級四層，能夠?qū)崿F(xiàn)信息存儲、狀態(tài)重現(xiàn)、監(jiān)測及報警等功能。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)通過CAN總線實時聯(lián)系各個信號設(shè)備的開關(guān)量信息和電氣參數(shù)模擬量信息，信號設(shè)備包括電源屏、軌道電路、信號機、信號電纜等。此外，該系統(tǒng)還可以利用通信接口連接TCC、CBI、ZPW2000軌道電路等設(shè)備的維修機，從而獲取相關(guān)信息。監(jiān)測人員可以通過信號集中監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)，并作出相應(yīng)診斷，確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，基于傳感器來完成信息獲取，并利用傳輸系統(tǒng)完成監(jiān)測信息傳遞，在中央控制系統(tǒng)中完成處理決策，為后續(xù)工作的有序開展提供參考。

1.2 GSM—R通信監(jiān)測系統(tǒng)

GSM—R通信監(jiān)測系統(tǒng)作為地鐵信號監(jiān)測系統(tǒng)中的常用類型，系統(tǒng)具體組成如圖2所示。在GSM—R通信監(jiān)測系統(tǒng)實際應(yīng)用中，通信接口監(jiān)測是對GSM—R網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵接口的實時監(jiān)測，其主要工作任務(wù)是對網(wǎng)絡(luò)接口信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)控和記錄，同時綜合分析和總結(jié)網(wǎng)絡(luò)異常事件，為GSM—R系統(tǒng)用戶提供在線歷史數(shù)據(jù)查詢和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測服務(wù);而GSM—R網(wǎng)管則具備了較強的管理功能，內(nèi)容涉及信息配置、故障報警、故障整理等方面，在這期間也需要做好實時監(jiān)測活動，采集實時有效的數(shù)據(jù)信息，從而為列車安全性的提升提供可靠保障。

1.3 列控監(jiān)測子系統(tǒng)

除上述提到的地鐵信號監(jiān)測系統(tǒng)外，列控監(jiān)測子系統(tǒng)也屬于常用系統(tǒng)類型，這也是確保列車運營安全性的重要保障。該系統(tǒng)在運行期間，可以根據(jù)現(xiàn)場實際需求，對列車運營數(shù)據(jù)進行實時采集與整理，以便決策活動的有序展開。在具體應(yīng)用中，會將車載司法記錄器安裝到列車上，作用是對列車運行數(shù)據(jù)進行記錄，內(nèi)容涉及司機動作狀態(tài)、輸入信息等。同時在RBC監(jiān)控室中布設(shè)RBC維護終端，借此來實現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)、通信狀態(tài)的實時檢查。同時也可以利用此系統(tǒng)來完成系統(tǒng)故障分析，從而更好地解決系統(tǒng)TSRS故障。

2 地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測系統(tǒng)中的核心技術(shù)

2.1 電子式互感器技術(shù)

在智能化檢測系統(tǒng)的搭建中，電子式互感器技術(shù)屬于常用技術(shù)類型。電子互感器在實際應(yīng)用中，主要用于連接地鐵信號系統(tǒng)的一、二次設(shè)備，搭配數(shù)字技術(shù)來完成信號內(nèi)容的數(shù)字化傳遞，更好地滿足監(jiān)測需求。目前常用的電子互感器類型如下：

（1）低功率互感器，從目前的應(yīng)用情況來看，具備了較強的經(jīng)濟性與節(jié)能性，非常契合地鐵信號系統(tǒng)的運行管理要求。

（2）電容式互感器，此類互感器包含了電容分壓器、低功率鐵芯線圈、轉(zhuǎn)換電路，相互間具備了一定的獨立性，借此來適應(yīng)復(fù)雜的地鐵運營環(huán)境，滿足相應(yīng)的系統(tǒng)運行要求。

2.2 在線監(jiān)測技術(shù)

為了提升地鐵信號傳輸過程的及時性，在系統(tǒng)應(yīng)用中也會使用到在線監(jiān)測技術(shù)，以此來提高信息獲取的及時性，更好的服務(wù)于狀態(tài)檢修工作。在狀態(tài)檢修活動中，其主要的工作內(nèi)容涉及信號系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、信號設(shè)備診斷、擬定系統(tǒng)檢修決策。在狀態(tài)檢修活動中，通過狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備，來對信號系統(tǒng)中的一次設(shè)備運行情況進行監(jiān)測，將獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)與相關(guān)評價標準進行對比，如果數(shù)值超過了既定閾值，便需要及時組織人員對系統(tǒng)設(shè)備進行檢修，從而形成穩(wěn)定的信號系統(tǒng)養(yǎng)護環(huán)境，確保所得信號的實時性與可靠性。

2.3 智能開關(guān)技術(shù)

在智能化檢測系統(tǒng)的搭建中，也會使用到智能開關(guān)技術(shù)，該技術(shù)在具體實踐中，包含以下內(nèi)容：

（1）進行網(wǎng)絡(luò)化控制，是指對開關(guān)分合閘狀態(tài)進行網(wǎng)絡(luò)化控制，利用二次設(shè)備模擬量、開關(guān)量、控制命令等途徑，順利完成通信網(wǎng)絡(luò)信息交互，以提高網(wǎng)絡(luò)化控制管理水平。

（2）展開信息互動處理，在具體應(yīng)用中會借助開關(guān)設(shè)備智能化系統(tǒng)來完成自我診斷，從而提高調(diào)度系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。而且在智能組件應(yīng)用背景下，也可以順利完成數(shù)據(jù)雙向傳輸，提升所整理數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。

（3）功能一體化，通過設(shè)置相應(yīng)的智能組件，可以順利完成監(jiān)測任務(wù)、控制任務(wù)、計量任務(wù)，進而凸顯出一體化應(yīng)用特征。

2.4 大數(shù)據(jù)技術(shù)

在地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測過程中，大數(shù)據(jù)技術(shù)具備了良好的應(yīng)用價值。從本質(zhì)上進行分析，大數(shù)據(jù)技術(shù)屬于一種隱性溝通狀態(tài)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，超過95%的數(shù)據(jù)都來源于社會生活，這些信息也是人們順利進行溝通活動的基礎(chǔ)條件。而且在時代更迭變化的過程中，也出現(xiàn)了多層次變化。例如，在初期發(fā)展中，信息交互過程多依靠肢體動作來完成，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，也產(chǎn)生了相應(yīng)的語言、文字，內(nèi)容上也在不斷豐富，更好地滿足人們對于信息的需求量。而地鐵系統(tǒng)在運行過程中，也會產(chǎn)生數(shù)量眾多的信號信息，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以對其進行快速整理，并從中篩選出價值數(shù)據(jù)，更好地滿足監(jiān)測管理要求。

2.5 人工智能技術(shù)

除上述提到的相關(guān)內(nèi)容外，在系統(tǒng)建設(shè)過程中也會使用到人工智能技術(shù)。在技術(shù)具體應(yīng)用中，涉及心理學(xué)、計算機學(xué)、機器語言等學(xué)科，屬于綜合各類學(xué)科內(nèi)容的技術(shù)手段。人工智能和思維科學(xué)之間具備緊密關(guān)聯(lián)性，基于思維觀點進行分析，人工智能技術(shù)在應(yīng)用中，不僅要考慮邏輯思維能力，而且涉及靈感思維與形象思維。這些思維的培養(yǎng)均離不開數(shù)學(xué)這一基礎(chǔ)工具，借助數(shù)學(xué)學(xué)科的邏輯思維性來完成內(nèi)容整理，對于提高監(jiān)測結(jié)果時效性和準確性有著積極的意義。

3 地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用要點

項目概述：該地鐵工程主通道長85.4 m，管節(jié)57節(jié)，每節(jié)長度1.5 m，每環(huán)重約43.5 t，底部埋深14.6 m，頂部埋深9.9 m。在信號系統(tǒng)的建設(shè)中，使用到了GSM—R通信監(jiān)測系統(tǒng)，以此來滿足相應(yīng)的監(jiān)測要求。具體建設(shè)要點如下：

3.1 建立監(jiān)測數(shù)據(jù)集

基于以往應(yīng)用經(jīng)驗可以得知，該地鐵項目電務(wù)段所采集的數(shù)據(jù)種類較多，而且所需要整理的數(shù)據(jù)總量較大，包括地面設(shè)備信息、車載設(shè)備信息、單元設(shè)備運營信息、模擬量信息、系統(tǒng)開關(guān)量信息等，每日產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量較大，需建立相匹配的數(shù)據(jù)集來輔助信息整理。從實際應(yīng)用情況來看，需要深入整理信號系統(tǒng)故障出現(xiàn)后的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性來完成數(shù)據(jù)集的建立。期間也會使用到預(yù)警算法、維護管理方法、趨勢分析算法等輔助數(shù)據(jù)整理，這樣可以搭建更加科學(xué)全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)集，提升地鐵監(jiān)測維護工作的開展效率。

3.2 搭建存儲與共享機制

在該項目信號系統(tǒng)的建設(shè)中，也需要搭建存儲與共享機制。數(shù)據(jù)中心的核心功能便是對數(shù)據(jù)進行共享性處理，從而為上級信號處理中心提供更加可靠的數(shù)據(jù)信息，也可以為監(jiān)測系統(tǒng)提供更加完整的服務(wù)內(nèi)容，滿足相應(yīng)的服務(wù)要求?；谛盘栂到y(tǒng)的經(jīng)濟性需求，結(jié)合信號監(jiān)測設(shè)備的布置狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來擬定數(shù)據(jù)存儲策略，搭配透明化共享體系，不斷提升數(shù)據(jù)信息利用過程的清晰化，更好地滿足數(shù)據(jù)應(yīng)用要求。另外，各個監(jiān)測子系統(tǒng)在運行中，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與性質(zhì)存在較多不同，如超過60%的數(shù)據(jù)都屬于半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，因此也需要以此來完成數(shù)據(jù)存儲和集成共享，以便于數(shù)據(jù)查詢或提取工作的順利進行。

3.3 使用智能化分析技術(shù)

在此次監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)中，也會使用到智能化分析技術(shù)，其作用是對設(shè)備信號邏輯、故障信息、單項設(shè)備信息進行整理，具體的分析過程如下：第一，設(shè)備相互之間的信號業(yè)務(wù)存在著明顯的關(guān)聯(lián)，按要求對出現(xiàn)的故障內(nèi)容進行整理，搭配對比分析法和關(guān)聯(lián)分析法，對信息內(nèi)容進行整理，從而提升推理活動的開展效率，提升判斷結(jié)果的準確性。第二，針對單項設(shè)備的運行故障問題，會借助信號系統(tǒng)的監(jiān)測信息來進行反饋，基于時頻分析、譜分析、自適應(yīng)濾波、狀態(tài)估計等途徑，來對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進行狀態(tài)預(yù)測，從而得到單項設(shè)備故障的有關(guān)特征，提升故障診斷結(jié)果的可靠性與準確性。

3.4 建立智能化監(jiān)測模型

基于上述積累的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立相匹配的智能化監(jiān)測模型，結(jié)合該項目的基本情況，也需具備以下功能：第一，對于各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯總整理，確保數(shù)據(jù)整理結(jié)果的完整性，以便于數(shù)據(jù)綜合分析工作的展開，從而及時獲取到設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，便于后續(xù)調(diào)整工作的順利展開。第二，搭建信號數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)，對于設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯總整合，并建立數(shù)據(jù)庫來為后續(xù)工作的順利展開奠定基礎(chǔ)。第三，做好歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用價值挖掘，該項目建成投入使用后，每天都會產(chǎn)生數(shù)量眾多的歷史數(shù)據(jù)，這也需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對其進行挖掘，篩選有價值的應(yīng)用數(shù)據(jù)，從而為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供參考。

4 地鐵信號系統(tǒng)智能化監(jiān)測常見問題及處理建議

4.1 系統(tǒng)互聯(lián)性較低

從現(xiàn)階段發(fā)展情況來看，系統(tǒng)在應(yīng)用中存在互聯(lián)性較低的問題。導(dǎo)致此類問題出現(xiàn)的主要原因為設(shè)備先進性較低、檢測設(shè)備關(guān)聯(lián)性較差，從而導(dǎo)致所得監(jiān)測數(shù)據(jù)無法順利進行關(guān)聯(lián)處理，從而影響到系統(tǒng)自我診斷、故障修復(fù)工作的推進。在后續(xù)工作中，要做好設(shè)備更新工作，確保設(shè)備內(nèi)容的先進性，同時也需要借助可靠的通信系統(tǒng)，將先進設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，這樣也可以提高監(jiān)測信號傳輸過程的及時性，確保所得監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性，從而為系統(tǒng)自我診斷、故障修復(fù)工作的推進提供價值參考[1]。

4.2 數(shù)據(jù)共享性較差

從目前的應(yīng)用情況來看，在系統(tǒng)運行中也存在數(shù)據(jù)共享性較差的情況。造成此類問題出現(xiàn)的原因為信號傳輸系統(tǒng)存在故障、傳輸系統(tǒng)帶寬較低等，隨著地鐵線路復(fù)雜度的增加，需要整理的數(shù)據(jù)總量也會急劇增加，從而影響到數(shù)據(jù)共享結(jié)果的可靠性。針對此類問題，在實際應(yīng)用中首要任務(wù)便是做好信號傳輸系統(tǒng)更新，內(nèi)容包括硬件設(shè)備、軟件技術(shù)等，同時也需要做好傳輸系統(tǒng)帶寬拓展，提高單位時間所能傳輸信息總量，以此來提高信息傳輸結(jié)果的安全性與穩(wěn)定性，滿足地鐵信號監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理要求[2]。

4.3 智能化水平較低

在地鐵信號監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中，也存在智能化水平較低的問題。導(dǎo)致此類問題出現(xiàn)的主要原因在于系統(tǒng)設(shè)備智能化水平較差、軟件技術(shù)滯后性較高、機器學(xué)習(xí)質(zhì)量較差等。在地鐵線路復(fù)雜度持續(xù)增加的情況下，地鐵線路上同時間段行駛列車數(shù)量也在增多，這也對信號系統(tǒng)時效性提出了較高要求。在后續(xù)工作中要做好信號傳輸系統(tǒng)更新，內(nèi)容設(shè)計信號系統(tǒng)硬件設(shè)備、軟件技術(shù)等。同時利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來完成數(shù)據(jù)集整理，充實數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)數(shù)量，并利用遺傳算法來提高機器學(xué)習(xí)質(zhì)量，使其可以更好地滿足地鐵信號監(jiān)測系統(tǒng)運行管理要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在地鐵信號系統(tǒng)的運行管理中，智能化監(jiān)測技術(shù)具備了良好的應(yīng)用價值，通過整理智能化監(jiān)測技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用要點及優(yōu)化建議。一方面，可以提高地鐵信號系統(tǒng)的完善度，加快信息傳輸速度;另一方面，能夠提升信息傳輸質(zhì)量，為決策活動的開展奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻

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