鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

敬 軍

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林省 吉林市 132299）

為了保障在設(shè)備出現(xiàn)故障的第一時(shí)間智能發(fā)出故障預(yù)警，需要全面提高鐵路車站的信號(hào)設(shè)備安全管理能力，要求值班工作人員具有優(yōu)秀的崗位意識(shí)，能夠熟練掌握各項(xiàng)故障檢測(cè)技能，在鐵路高速、高載重的發(fā)展指標(biāo)下，通過(guò)智能化電務(wù)管理有效地解決設(shè)備故障問(wèn)題[1]。利用智能數(shù)據(jù)分析軟件獲得豐富的數(shù)據(jù)信息，明確故障發(fā)生的具體位置，下達(dá)鐵路維修指令，在進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，能夠完成道岔電路、軌道電路、區(qū)間閉塞分區(qū)的系統(tǒng)分析，通過(guò)智能化系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警故障處理，并向指揮總部提交維修分析報(bào)告[2]。

1 鐵路信號(hào)系統(tǒng)安全智能檢測(cè)技術(shù)概述

智能安全檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)鐵路信號(hào)系統(tǒng)優(yōu)化新開(kāi)發(fā)的信息技術(shù)。在鐵路系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施逐步改善的情況下，鐵路列車運(yùn)行監(jiān)測(cè)要求不斷完善。安全智能檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于信號(hào)系統(tǒng)后，可提高信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速度，接收信號(hào)數(shù)據(jù)后，經(jīng)數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換為指令信號(hào)后，直接傳輸?shù)叫盘?hào)系統(tǒng)后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制?；谥悄馨踩珯z測(cè)系統(tǒng)，不僅可以列舉列車運(yùn)行的全部記錄，還可以根據(jù)列車運(yùn)行的實(shí)際情況完成列車規(guī)劃，進(jìn)行列車需求分析，有效提高鐵路系統(tǒng)運(yùn)行效率。智能安全檢測(cè)技術(shù)在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。通過(guò)信號(hào)采集設(shè)備獲取站內(nèi)車輛運(yùn)行信息，分析安全智能檢測(cè)模塊轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)故障或異常，及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端計(jì)算機(jī)，便于發(fā)布精確的車輛調(diào)節(jié)指令。[3]

2 現(xiàn)階段信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)使用情況

中央信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是站監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，它可以收集、處理和分析信號(hào)設(shè)備的基本狀態(tài)信息，發(fā)揮設(shè)備準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的作用，同時(shí)可以將收集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢測(cè)危害CSM 系統(tǒng)的主要系統(tǒng)是電氣分段子系統(tǒng)，其功能是與站單元、監(jiān)控終端和鐵路服務(wù)器等節(jié)點(diǎn)建立通信連接，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交互，以及執(zhí)行數(shù)據(jù)流規(guī)劃和路由等功能。CSM 系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，通過(guò)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、電力段網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控子系統(tǒng)和上層網(wǎng)絡(luò)。wan 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)之間傳輸IP 數(shù)據(jù)包。經(jīng)過(guò)畢業(yè)生的回訪，獲悉工程機(jī)構(gòu)的學(xué)生將負(fù)責(zé)建造監(jiān)控系統(tǒng)，電力部門(mén)的學(xué)生將主要負(fù)責(zé)維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)和曲線分析。

3 鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)研究

3.1 知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)

知識(shí)庫(kù)是設(shè)備診斷過(guò)程中智能化分析的關(guān)鍵性技術(shù)，通過(guò)知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)能夠明確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)信息與實(shí)際故障現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)因果分析法判斷設(shè)備故障與模擬量、開(kāi)關(guān)量等數(shù)據(jù)之間的因果關(guān)系[4]。為了方便廣大用戶的操作與管理，知識(shí)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，按照設(shè)備功能將其劃分為多個(gè)類型，知識(shí)庫(kù)包括外電網(wǎng)模塊、電源屏模塊、電碼化模塊等若干模塊，能夠在發(fā)生故障的第一時(shí)間，根據(jù)故障情況以及數(shù)據(jù)因果關(guān)系的分析，建立診斷規(guī)則。通過(guò)信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能化分析系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，解析采集到的車站站機(jī)信息，并通過(guò)模擬量的定義方式，了解知識(shí)庫(kù)字段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確知識(shí)庫(kù)規(guī)則編制流程。專家團(tuán)隊(duì)能夠結(jié)合故障現(xiàn)象，分析故障發(fā)生的主要原因，通過(guò)信號(hào)集中監(jiān)測(cè)，將信號(hào)設(shè)備車站站機(jī)得到的開(kāi)關(guān)量、模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，解析故障現(xiàn)象。在知識(shí)庫(kù)管理階段，系統(tǒng)能夠隨時(shí)調(diào)取故障診斷規(guī)則，得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，判斷故障發(fā)生的具體位置，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行流程存在較大差異，導(dǎo)致集中監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的信息內(nèi)容各不相同。為了保證診斷規(guī)則配置的精準(zhǔn)性，需要運(yùn)用新一代管理工具，能夠自動(dòng)校準(zhǔn)知識(shí)庫(kù)規(guī)則分配的準(zhǔn)確性，根據(jù)設(shè)備類型差異，分別設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，要求技術(shù)人員熟練地進(jìn)行系統(tǒng)操控，生成自動(dòng)采集點(diǎn)。

3.2 強(qiáng)化信息網(wǎng)絡(luò)的支撐

網(wǎng)絡(luò)信號(hào)是有效連接智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最主要的方式。這需要有關(guān)技術(shù)人員在建立智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和維護(hù)智能化監(jiān)測(cè)工作時(shí)合理有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的優(yōu)化和發(fā)展，以此強(qiáng)化設(shè)施設(shè)備之間的聯(lián)系，保證相關(guān)設(shè)施設(shè)備在完好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下能夠達(dá)到既定的系統(tǒng)互聯(lián)的要求[5]。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)機(jī)制的過(guò)程中，需要工作人員重視細(xì)節(jié)方面的問(wèn)題，看重鐵路信號(hào)系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)共享以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的監(jiān)管。在發(fā)生鐵路故障后，需要科學(xué)有效地使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)施所建立的互聯(lián)設(shè)施開(kāi)展相應(yīng)的工作，在最短的時(shí)間內(nèi)完成信息的互通，以此明確故障發(fā)生的具體地點(diǎn)，并且對(duì)信號(hào)系統(tǒng)所給的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的剖析。鐵路信號(hào)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)的根本在于數(shù)據(jù)之間的資源共享，通過(guò)合理有效的構(gòu)建資源共享平臺(tái)能夠較好地將每一個(gè)車務(wù)段的資源與信息連接，提供更多的數(shù)據(jù)資源，同時(shí)還能讓列車與鐵路之間實(shí)現(xiàn)資源的共享。相關(guān)工作人員需要重視合理有效地將相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元以及分配方式進(jìn)行分析，使用科學(xué)的共享管理系統(tǒng)以及相關(guān)機(jī)制，確保其數(shù)據(jù)的使用能夠更加直面地呈現(xiàn)于工作人員眼中。平臺(tái)與機(jī)制本身才是提升鐵路信號(hào)監(jiān)測(cè)能力的關(guān)鍵，所以有關(guān)監(jiān)管部門(mén)需要看重構(gòu)建鐵路信號(hào)智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)的架構(gòu)，并且合理有效地運(yùn)用該平臺(tái)，以此達(dá)到較好的監(jiān)測(cè)效果。

3.3 安全智能檢測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集構(gòu)建方面的應(yīng)用

電氣段中要進(jìn)行智能監(jiān)控的設(shè)備種類和設(shè)備總量多種多樣，主要包括地面設(shè)備到嵌入式設(shè)備的數(shù)字量、單位設(shè)備到系統(tǒng)、模擬量和孔徑量等。在智能監(jiān)控信息技術(shù)的整個(gè)使用過(guò)程中，有必要進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和存儲(chǔ)的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)，深入分析信號(hào)故障檢測(cè)時(shí)形成的關(guān)鍵監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并為整體的對(duì)比和相關(guān)性提供車載地面綜合分析基礎(chǔ)。此外，利用預(yù)警計(jì)算、設(shè)備狀況數(shù)據(jù)分析和海量數(shù)據(jù)管理等高級(jí)技術(shù)手段，它能夠形成預(yù)防重大事件、設(shè)備狀況數(shù)據(jù)分析和列車生命周期管理所需的海量數(shù)據(jù)分析工具包并通過(guò)形成一套科學(xué)、全面的共享監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，提高列車監(jiān)測(cè)和維護(hù)的總體效率。

3.4 健康評(píng)估

對(duì)原始事實(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、故障和維護(hù)數(shù)據(jù)、設(shè)備的履歷數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。確定健康評(píng)估的主要影響因素，主要包括環(huán)境因素、操作因素、設(shè)備因素和四種主要災(zāi)害因素。溫度和濕度是影響環(huán)境因素的主要因素；工作人員的活動(dòng)水平和業(yè)績(jī)是業(yè)務(wù)因素；設(shè)備的履歷、電氣特性（電流、電壓、電阻）和空間位置特性是設(shè)備因素；超收率和流離失所率是災(zāi)害因素。在確定健康評(píng)估的影響因素的基礎(chǔ)上，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)計(jì)算了每個(gè)影響因素的基線和基線。其中Laot是所有收集數(shù)據(jù)的平均值，Laog 是同一模型和期間數(shù)據(jù)的平均值。[6]

3.5 推理機(jī)設(shè)計(jì)

推理機(jī)設(shè)計(jì)需要確定目標(biāo)對(duì)象、輸入外部信息，通過(guò)演繹歸納的邏輯算法，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行模式演算，本程序以案例庫(kù)為基礎(chǔ)，在出現(xiàn)信號(hào)設(shè)備故障的第一時(shí)間，分析故障發(fā)生前后開(kāi)關(guān)量、模擬量的數(shù)據(jù)變化情況。通過(guò)邏輯推理提出相應(yīng)的維修意見(jiàn)，推理機(jī)需要結(jié)合知識(shí)庫(kù)的診斷規(guī)則，參考案例庫(kù)中的對(duì)應(yīng)案例完成推理任務(wù)，常用的推理方式有演繹推理、歸納推理和配比推理，根據(jù)普遍存在的思維方式做出特殊推理。其推理形式能夠提供有效的分析依據(jù)，在一致性校正中發(fā)揮著重要作用，歸納推理通過(guò)觀察實(shí)踐與探究分析故障發(fā)生這一特殊形式，通過(guò)完全歸納法、簡(jiǎn)單枚舉法和差異法等推理方式得到相應(yīng)的分析結(jié)果。推理具有特殊性，明確設(shè)備的基礎(chǔ)屬性，將具有同一屬性的設(shè)備類型結(jié)合到一起，通過(guò)相同性質(zhì)對(duì)比了解設(shè)備的其他性質(zhì)，根據(jù)相同故障因素提出相應(yīng)的推理假設(shè)。按照一定的推理方案，提取出知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)內(nèi)容，選擇合適的推理方法，以事實(shí)為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)總結(jié)，方向推理可以先提出假設(shè)，尋找支持假設(shè)的理論依據(jù)，當(dāng)證據(jù)不足時(shí)要提出新的假設(shè)，得出最終的故障分析結(jié)論。

3.6 分析交流道岔曲線實(shí)訓(xùn)過(guò)程

中央信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備電氣參數(shù)、設(shè)備使用狀態(tài)、站內(nèi)服務(wù)人員運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄和回放，在設(shè)備故障或設(shè)備出現(xiàn)危險(xiǎn)和異常時(shí)進(jìn)行記錄和回放，在監(jiān)控的電氣參數(shù)超出限值時(shí)發(fā)出警報(bào)或報(bào)警，避免故障和事故，并為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托侍峁┎豢商娲幕A(chǔ)。電氣、車間、維修區(qū)發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備故障90%以上，通過(guò)曲線分析監(jiān)測(cè)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修和故障的預(yù)先確定。對(duì)于監(jiān)測(cè)曲線分析來(lái)說(shuō)，高校在實(shí)地沒(méi)有實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，收集曲線比較困難。對(duì)于配備監(jiān)控設(shè)備的高校，我們可以建立典型的故障，在設(shè)備真正有故障后，通過(guò)實(shí)際監(jiān)控曲線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，這樣，設(shè)備的維護(hù)工作量就會(huì)很大。對(duì)于沒(méi)有集中監(jiān)控系統(tǒng)的大學(xué)，我們可以收集現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)典型故障案例的監(jiān)控曲線視頻。根據(jù)記錄的監(jiān)測(cè)曲線，學(xué)生學(xué)習(xí)如何進(jìn)行協(xié)商和掌握監(jiān)測(cè)曲線分析方法。

3.7 站場(chǎng)圖設(shè)備選擇優(yōu)化

傳統(tǒng)的系統(tǒng)操作想要從站場(chǎng)圖中進(jìn)行設(shè)備選擇，需要按照一定的規(guī)則和操作順序進(jìn)行。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化處理后，只需要進(jìn)入選站提示界面，添加“跳過(guò)”功能，數(shù)據(jù)分析人員就能夠在故障數(shù)據(jù)提取界面運(yùn)用站場(chǎng)圖設(shè)備選擇功能，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)提示站場(chǎng)圖設(shè)備的選擇順序。如果站場(chǎng)圖中缺乏與之相匹配的智能設(shè)備，存在規(guī)則設(shè)備與實(shí)際設(shè)備信息不符的問(wèn)題時(shí)，由數(shù)據(jù)分析人員通過(guò)“跳過(guò)”操作，進(jìn)入下一階段的設(shè)備選項(xiàng)，重新輸入選擇設(shè)備名稱。當(dāng)多個(gè)設(shè)備無(wú)法智能選擇時(shí)，可以連續(xù)使用“跳過(guò)”選項(xiàng)，對(duì)同一類型的設(shè)備進(jìn)行忽略處理，當(dāng)完成站場(chǎng)圖設(shè)備選擇后，自動(dòng)關(guān)閉提示界面，數(shù)據(jù)分析人員結(jié)合系統(tǒng)彈出的設(shè)備名稱，根據(jù)數(shù)據(jù)分析任務(wù)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，進(jìn)入后續(xù)的數(shù)據(jù)分析流程中，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化改善運(yùn)行環(huán)境。

3.8 安全智能檢測(cè)技術(shù)在數(shù)據(jù)智能化分析方面的應(yīng)用

智能系統(tǒng)分析技術(shù)包括機(jī)器間信息邏輯錯(cuò)誤分析方法和針對(duì)個(gè)別機(jī)器的特殊錯(cuò)誤分析方法，具體如下：

1.由于機(jī)器間存在一系列信息業(yè)務(wù)關(guān)系而導(dǎo)致的信息錯(cuò)誤系統(tǒng)分析，主要是通過(guò)收集、梳理和編譯專家和技能系統(tǒng)。

2.對(duì)于單臺(tái)機(jī)器的故障分析，機(jī)構(gòu)的故障條件通常可以通過(guò)監(jiān)控信號(hào)或現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)（如時(shí)頻分析、頻譜分析、自適應(yīng)濾波和狀態(tài)預(yù)測(cè)）來(lái)表示，從而有助于分析凸輪趨勢(shì)。

3.9 測(cè)試與評(píng)價(jià)

故障數(shù)據(jù)庫(kù)及其附帶的數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)是下一代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能測(cè)試方案的核心。該系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的故障邏輯注入系統(tǒng)，能夠與復(fù)雜對(duì)象分離。同時(shí)，還可以對(duì)被測(cè)試公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行充分測(cè)試，以支持被測(cè)試系統(tǒng)的分類。方案可以根據(jù)安全級(jí)別分為多個(gè)級(jí)別，測(cè)試在不同方案級(jí)別測(cè)試的系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性，并評(píng)估系統(tǒng)的評(píng)估級(jí)別。

3.10 歷史開(kāi)關(guān)量查詢優(yōu)化

傳統(tǒng)的歷史打開(kāi)查詢結(jié)果只需要對(duì)打開(kāi)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次過(guò)濾。經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后，可以同時(shí)篩選多個(gè)未結(jié)數(shù)量數(shù)據(jù)，確保查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性，將未結(jié)數(shù)量查詢界面輸入系統(tǒng)運(yùn)行階段，通過(guò)設(shè)置查詢的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間運(yùn)行特定的洞口動(dòng)態(tài)變化查詢時(shí)，分析員必須在搜索欄中輸入洞口名稱。系統(tǒng)可以自動(dòng)解析輸入的查詢語(yǔ)句，以便直接在計(jì)算機(jī)上過(guò)濾和顯示打開(kāi)差異。在查詢多個(gè)洞口的變化情況時(shí)，數(shù)據(jù)分析員必須逐個(gè)填充洞口的特定名稱，使用特定符號(hào)作為范圍，查詢歷史優(yōu)化洞口的過(guò)程更加方便，并且可以節(jié)省大量數(shù)據(jù)分析時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)鐵路行業(yè)建設(shè)與發(fā)展日益需要鐵路信號(hào)系統(tǒng)智能監(jiān)控，原因是應(yīng)用信號(hào)系統(tǒng)智能監(jiān)控技術(shù)可以減少鐵路運(yùn)行故障，有助于提高鐵路系統(tǒng)規(guī)劃質(zhì)量[7]。但是，為了更好地規(guī)范我國(guó)高速鐵路信息系統(tǒng)，本文認(rèn)為有必要對(duì)中國(guó)鐵路信號(hào)系統(tǒng)智能監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行更科學(xué)的分類，以便在分析科技數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，更好地發(fā)現(xiàn)科技應(yīng)用的作用。