铁路信号设备故障诊断专家系统相关技术探讨

张楠

摘要：铁路信号设备故障诊断专家系统的应用，能够提高诊断维修和预防的水平，并且为维修人员提供诊断和故障分析的辅助决策，进而确保铁路的通行安全。本文介绍了铁路信号设备故障诊断专家系统结构，分析了信号设备故障具有多样性和复杂性，总结了信号故障诊断专家系统的技术措施。

关键词：铁路信号故障诊断专家系统结构多样性复杂性技术措施

中图分类号： U2 文献标识码： A 文章编号：

铁路信号设备的故障处理一直是信号领域研究的重点，仅仅依靠人员的经验对设备进行维护不仅耗时耗力，而且可靠性较低。通过开发铁路信号设备故障诊断专家系统，可帮助信号维修人员对故障进行分析和诊断，提高预防和维修的水平，从而保证铁路列车运行安全。随着铁路的发展，信号技术的不断完善，对知识库进行及时更新和维护变得越来越困难。因此，研究出更加智能和完善的专家系统将是今后的研究方向。

一、铁路信号设备故障诊断专家系统结构

铁路信号设备故障诊断专家系统以信号微机监测系统的数据为基础, 由数据预处理、故障诊断专家系统及其检修管理模块3部分组成。其中。故障诊断专家系统由人机接口、推理机、知识库、数据库、知识库维护和解释机制等组成, 系统结构示意图如图1所示。

图1系统结构示意图

从图1 可以看出, 系统采用B /S结构, 将应用程序数据库及一些相关部件库存放在服务器上,客户端统一用浏览器访问服务器, 并对系统进行操作, 在客户端无需安装额外的软件。基于B /S 结构的故障诊断专家系统, 能够很方便地实现多用户的同时使用和远程诊断。系统维护功能由管理员负责, 而用户只需通过客户端上的浏览器即可使用系统。如果需要增加新功能, 只需在服务端进行相应的开发和部署, 客户端无需进行任何修改, 提高了系统扩展能力。

1、数据预处理模块。主要是为故障初始数据进行数据预处理, 为故障诊断模块提供可用数据,实现从铁路相关服务器上采集实时故障数据到本地, 对这些故障初始数据进行数据转换, 将编码数据转换为可读的表和数据, 并将转换后的数据添加到指定数据库中。

2、故障诊断模块, 是铁路信号故障诊断专家系统的核心模块。它根据输入症状模块传来的症状表现, 调用知识库和数据库, 将故障数据与知识库中故障特征进行匹配, 并通过与用户交互获得信息, 以产生式规则为基础进行故障诊断。

3、维修管理模块。铁路信号设备故障决策支持系统的最后一步, 实现检修任务的派发, 保证故障得以及时处理。

二、信号设备故障具有多样性和复杂性

信号设备是铁路运输生产的重要组成部分, 对确保铁路运输安全起着至关重要的作用。由于信号设备种类多、数量大、分布范围广、运用环境复杂, 故障类别、原因和表现多种多样, 一旦发生故障, 往往给正常的运输秩序带来很大影响。

1、按照故障发生的时间历程, 分为突发性故障和渐进性故障。突发性故障是指发生故障前, 不能提前测试与预测, 表现出明显的随机性; 渐进性故障是由系统性能、参数的逐步劣化而产生的, 是信号故障诊断专家系统分析的基本内容。

2、按照故障的显现程度, 分为潜在故障和功能故障。潜在故障是系统参数变化并未超过允许范围, 但其参数已有明显的变化, 发生了偏移或波动, 或超过允许范围但还未导致系统功能失效; 功能故障则是系统参数的变化已经超过了规定范围,并导致系统功能失效。

3、按照故障原因, 分为内在故障和环境故障。内在故障是系统设计不当或内部器件变化引起的故障; 环境故障是系统外部环境变化导致的故障, 如其他行车部门的设备和作业对信号设备产生干扰而导致的故障, 雨雪风沙等恶劣天气导致的故障等。

4、按照故障将会导致结果的性质, 分为险性故障和一般故障。在专家系统中, 能够导致严重后果的故障称作险性故障, 其他故障称作一般故障。要强调的是: 不是每一类故障都会导致严重的后果, 即使是能够导致严重后果的故障类, 也不是每一个故障都会导致严重的后果; 同样, 不能够直接导致严重后果的故障, 也不表示不会与其他因素一起构成严重后果, 如调车信号机蓝灯熄灭导致机车误闯信号, 轨道电路分路不良导致道岔提前解锁等。

5、按照故障存在的时间历程, 分为间歇性故障和永久性故障。信号设备在运用过程中, 发生故障后功能能够自然恢复、时有时无的故障叫做间歇性故障; 故障现象持续、稳定存在的设备故障叫永久性故障。

三、信号故障诊断专家系统的技术措施

1、实时反应

系统的实时性是指系统在固定时间内及时做出响应的能力, 这个固定时间预先并不知道。例如,在信号设备运用过程中的故障诊断大致有3种情况: 第1种是当系统出现异常情况时, 设备仍然能够保持原来的状态正常运行, 在这种情况下, 需要专家系统及时作出判断, 是否提示设备维护人员进行处理; 第2种是当系统出现异常情况时, 系统转为在次优条件下运行(如单系工作或启用备用冗余设备), 这必然会降低系统的可靠性, 在一定时间内不及时处理可能会导致设备继续降级使用甚至停用, 在这种情况下, 需要专家系统在严重问题发生前, 用最短的时间查明原因, 使设备维护人员有足够的时间进行处理; 第3种是故障发生后, 专家系统能够立即制定出故障查找思路, 甚至确定具体的故障位置和故障点, 帮助设备维护人员快速处理故障、压缩延时。因此, 信号故障诊断专家系统必须具有快速的推理能力和实时判断能力。

2、信息合理采集与快速处理

在信号故障诊断专家系统中, 信息基本都是连续的和时变的, 而且信息量很大。由于故障诊断专家系统的诊断结果依赖于故障征兆, 而准确提取故障征兆的前提是监测系统无遗漏地捕捉到异常信号, 并进行合理的系统处理, 所以在动态情况下,需要随时监视对象的运用状态, 按照一定的频率进行信息采集, 或一旦有需要的信息出现就自动采集, 即使在推理的过程中也是如此, 始终不能间断。系统采集的设备信息大多是原始数据, 而在推理过程中需要一些特征信息, 因此需要对一些原始数据进行加工处理, 这就需要在系统设计上能够适应这一变化, 与相关的动态检测、数据采集、信号分析等系统有机结合, 当信息量大而且需要处理的信息量多时, 要充分利用有用信息, 减少重复, 通过提高处理器的速度或者多个处理器并行推理, 提高系统的执行速度。

3、具备较完善的知识库

专家系统的知识库(数据库) 是关键内容,有些问题是必须加以高度重视和避免的, 如知识的不完整性、术语的不规范性、某些知识的不正确性等, 这些都会影响知识库的质量和专家系统的应用效果。这就需要系统设计人员对信号专业知识和实践经验有比较详尽地了解, 建立较完善的知识库,而且知识库的修改和维护性要强, 不但具备检查库内知识是否正确、是否存在矛盾、是否存在冗余等问题的功能, 而且要提供用户参与开发、管理数据库的手段, 使工程师、领域专家和设备维护人员都能很方便地对知识库进行修改、扩充和完善。同时, 必须形成一套有效的维护体制和服务体制, 及时听取维护使用者的反馈意见, 不断对系统进行优化, 包括对数据进行修改、替换、更新、合并和删除, 增减知识库的规则和条件, 对推理策略和逻辑判断进行改进等。

铁路信号设备故障诊断专家系统的应用，能够提高诊断维修和预防的水平，为维修人员提供诊断和故障分析的辅助决策，进而确保铁路的通行安全。然而，开发和建立专家系统却是一项非常复杂的系统性工程，不仅需要对大量数据进行处理和采集，而且还需要进行不断的模拟验证以及修改。

参考文献：

[1] 李金文.浅谈铁路信号技术的发展[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2011(01)

[2] 索红军.一种故障诊断专家系统推理机设计分析[J]. 价值工程. 2011(01)