微機監測檢測決策支持系統的研究

蘭州交通大學光電技術與智能控制教育部重點實驗室 張 荃

1.引言

鐵路信號設備是鐵路交通系統中最為關鍵和重要的設備之一。近年來隨著科技的進步我國的鐵路朝著高速、重載和高密度的方向發展，由此可見，如何保證鐵路交通系統的安全和高效運行極為重要。信號設備的可靠性和安全性直接影響著鐵路交通系統的安全、輸送力和效率。鐵路信號微機監測系統是保證行車安全、加強信號設備結合部管理、監測鐵路信號設備運用質量的重要行車設備。微機監測系統的應用一般分為三部分：監測站機系統、電務段監測服務器和各類監測終端組成。本文研究的微機監測檢測決策支持系統就是運用在電務段監測服務器上，為了保證行車安全，該系統能夠為鐵路信號設備檢修人員故障診斷，故障定位，故障排除等方面提供輔助決策支持，在最短時間內提供出最有效的診斷方案，有效避免由于檢修人員經驗不足而造成的診斷失誤。此決策支持系統研究的內容包括列車運行現狀進行識別診斷、對其運行過程的檢測以及對其運行發展趨勢的預測。微機監測檢測決策支持系統為行車安全和系統運行安全提供了有利的保證。

2.系統結構

微機監測檢測決策支持系統以信號微機監測系統的數據為基礎，由數據預處理模塊、智能決策支持系統及檢修管理模塊和學習模塊四部分組成。其中，智能決策支持系統由決策支持系統和專家系統組成。決策支持系統主要是：①問題處理及人機交互系統；②數據庫系統；③模型庫系統等組成。專家系統主要由知識庫、知識庫管理系統和推理機三部分組成。本系統新增設了一個學習系統，提出了一種基于學習的新一代DSS體系結構。系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 基于機器學習的IDSS總體結構圖

（1）數據預處理模塊。主要是為故障初始數據進行數據預處理，為故障診斷模塊提供可用數據，實現從鐵路相關服務器上采集實時故障數據到本地，對這些故障初始數據進行數據轉換，將編碼數據轉換為可讀的表數據，并將轉換后的數據添加到指定數據庫中。

（2）智能決策支持模塊。這是微機監測檢測決策支持系統的核心部分。智能決策支持系統分以下幾個部分：

1）數據系統

數據系統包括數據庫和數據管理系統，其功能包括對數據的存儲、檢索、處理和維護，并能從來自多種渠道的各類信息資源中吸取數據，把它們轉換成IDSS要求的各種內部數據，充分利用現有各種類型的數據資源。

2）模型系統

由于決策問題的廣泛性、決策模式的多樣性、決策過程的復雜性，決定了模型庫子系統是決策支持系統的核心。模型系統應能靈活地完成模型的存儲和管理功能，實現各類決策輔助支持。

3）問題處理與人機交互系統

此系統通過與決策者的不斷交互開始一個決策問題的求解，并向決策者提供各種信息。它為決策者提供信息收集、問題識別以及模型構造、使用、改進、分析和計算等功能，是決策者能夠依據個人經驗，主動地利用IDSS的各種支持功能。

4）知識系統

它是DSS能夠解決用戶問題的智囊，它主要包括一個綜合性的知識庫、多屬性知識庫（事實、規則）、知識庫管理和推理部件。知識庫系統是管理和維護知識的系統，主要功能是實現知識的推理、學習和獲取等。知識庫模塊中包含著與信號設備故障有關的知識。鐵路信號設備的故障總體上可分為電路故障和機械故障。鐵路車站微機聯鎖系統是鐵路信號系統的核心控制系統，目前大部分采用微機聯鎖系統。運行中出現的故障應該進行針對性地排查，若采用事后經驗性維修和盲目性維修，不僅故障處理時間長、效率也相對較低，因此本系統采用了故障樹的分析方法，基于故障樹技術的決策支持系統可以快速追蹤故障原因，提高檢修工效。

知識量是否充裕、知識是否準確，是決定決策支持系統性能的最主要的方面。任何一種決策支持系統在建立初期都不可能將該領域所有的知識都能收集到位，知識庫建成后，后期的知識獲取工作非常重要。

知識庫中知識的獲取來源于以下幾個方面：①通過專家等知識和經驗豐富的人來獲取；②各系統之間檢修經驗的交互；③系統的自學習機制知識庫維護包括兩方面：A.常規性維護：知識庫的常規性維護包括知識的增添、刪除、修改以及知識庫的重組。B.語義一致性維護：a.檢查先有知識庫語義是否一致；b.檢查增添、刪除、修改知識是否會破壞知識庫的。

5）推理機

它是實施問題求解的核心執行機構，它是對知識進行解釋的程序。推理機問題求解過程就是判斷如何應用規則的過程。

6）學習系統

圖2 擬實現功能

學習系統將用戶對話及分析結果，結合領域層次知識對問題求解過程進行歸納學習，生成新的模型操作知識，對問題求解系統以及知識系統進行修正或對原有的模型操作知識進行修正，實現機器學習的功能。

（3）維修管理模塊。微機監測檢測決策支持系統的最后一步，實現檢修任務的派發，保證故障得以及時處理。生成故障檢修方案以后，就應該安排工人進行維修工作了。本系統提供的維修管理模塊包括工單生成、工單派發、工單回籠、工單歸檔等4個部分。

3.擬實現的功能

本決策支持系統擬實現四種功能包括：故障診斷、告警管理、故障統計、工單管理，具體實現功能如圖2所示。

4.軟件開發環境

圖3 開發環境結構圖

IDSS的開發環境是指支持智能決策支持系統開發的軟件系統。由于智能決策支持系統具有相當的特殊性，而這些特殊性在很大程度上是依賴于開發環境的，所以智能決策支持系統開發環境與其他通用開發系統不同。一個重要的特點就是智能決策支持系統的開發環境/運行環境和智能決策支持系統聯系非常密切。一般通用的開發環境，如Visual C++6.0，專門化差一些，直接在一般的操作系統上達不到IDSS的要求，因此必須要把智能決策支持系統與其開發環境融為一體。其開發環境結構如圖3所示。

5.結束語

本文從決策支持系統的整體結構出發，基于故障診斷的理論與方法，對微機監測檢測決策支持系統的結構和功能進行了設計。設計一套集故障排序，故障診斷，故障檢修為一體的微機監測檢修決策支持系統。能為鐵路信號設備的基本故障檢修工作提供解決方案和決策支持。為鐵路運行安全提供了進一步的保證，適應了我國鐵路發展的需要。

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