基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的動車組預警系統(tǒng)研究

【摘要】應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡良好的泛化能力對動車組（EMU）監(jiān)控系統(tǒng)加以改進，使動車組監(jiān)控系統(tǒng)具備檢測潛在故障源并預警的能力，同時將無線射頻識別技術(shù)（RFID）應用到動車組監(jiān)控系統(tǒng)，定時獲取并快速傳輸動車組設備的運行數(shù)據(jù)。本文以動車組受電弓工作電壓為例建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型。模擬和仿真結(jié)果表明，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡能夠準確判斷故障趨勢并起到預警的作用，具有較高的應用價值。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控系統(tǒng)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡；無線射頻識別技術(shù)

目前，動車組大多采用機車微機控制監(jiān)視系統(tǒng)[1]（TCMS），其主要功能是實現(xiàn)機車特性控制、邏輯控制、故障監(jiān)視和自我診斷，并將信息傳送到司機操縱臺上的微機顯示屏給司機以直觀的反映機車實時狀態(tài)。但該監(jiān)控系統(tǒng)對故障判斷的準確性和快速性存在不足。

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的動車組預警系統(tǒng)是在機車微機控制監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡對機車系統(tǒng)運行參數(shù)發(fā)展趨勢具有很強的學習能力的特性，對機車微機控制監(jiān)視系統(tǒng)加以改進，使得機車微機控制監(jiān)視系統(tǒng)具備一定的預警能力。同時，將無線射頻識別技術(shù)應用到動車組監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對動車組設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和傳輸[2]，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，實現(xiàn)潛在故障源的精確定位，很好地提高監(jiān)控系統(tǒng)對動車組監(jiān)控的快速性和準確性。完善后的動車組監(jiān)控系統(tǒng)，可減少人為誤差、減少工作人員工作量，在發(fā)生故障時，可使鐵路監(jiān)控中心及時做出決策，降低事故造成的損失，在很大程度上保障旅客的生命和財產(chǎn)安全。

１．BP神經(jīng)網(wǎng)絡

2.2系統(tǒng)設備選型及主要性能

（1）采用UHF頻段的RFID標簽。UHF頻段包括433.92MHz和860～930MHz兩個不同范圍，該頻段的RFID標簽最遠識別距離可達6m，能夠滿足動車組車廂內(nèi)設備運行數(shù)據(jù)的識別與采集，且該頻段的DFID標簽具有識別速度快和通訊品質(zhì)佳的優(yōu)點[4]，能滿足動車組RFID系統(tǒng)的要求。

（2）采用有源可讀寫標簽電子標簽，有源電子標簽發(fā)射功率大，傳輸速度、傳輸距離、穩(wěn)定性均比無源電子標簽好，鋰電池壽命在10年以上。同時，可讀寫標簽內(nèi)部的存儲器除了RAM，ROM和緩沖存儲器之外，還有非活動可編程記憶存儲器，可實現(xiàn)對原有數(shù)據(jù)的擦除及數(shù)據(jù)的重新寫入。

（3）采用發(fā)射功率小于100mW的閱讀器，符合國際微波衛(wèi)生安全防護標準。

2.3系統(tǒng)工作原理

在動車組中，各設備均裝有監(jiān)控設備，如溫度、壓力、電壓、電流、速度傳感器等。將傳感器產(chǎn)生的電信號進行預處理，獲得行車數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入RFID系統(tǒng)的應答器中儲存。控制RFID系統(tǒng)的閱讀器定時與應答器進行通訊，獲取應答器中的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控終端電腦，將采集到的行車數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡對行車數(shù)據(jù)進行計算。判斷動車組設備是否存在潛在的危險，并將預測結(jié)果及時地傳送至動車機組及鐵路運行監(jiān)控部門。

3.系統(tǒng)建模及仿真

3.1訓練樣本的選取

動車組運行中的重要參數(shù)有：受電弓電壓[5]、主斷路器開端容量、高壓電流互感器變流比、牽引電機功率等。由動車組在運行中各個設備運行狀態(tài)變化非常復雜，難以判斷某個或某些設備運行參數(shù)的某個發(fā)展趨勢能夠引起設備故障。

本文以某一車廂受電弓工作電壓為例，研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡在動車組在線監(jiān)控[6]中的應用。

動車組受電弓工作電壓變化選取以下基本趨勢：

（1）受電弓工作電壓發(fā)生較大突變（突變范圍大于額定工作電壓的4%），系統(tǒng)報警。

（2）受電弓工作電壓超過額定工作電壓長時間持續(xù)升高或低于額定工作電壓長時間持續(xù)降低，系統(tǒng)報警。

（3）受電弓工作電壓超過額定工作電壓短時間持續(xù)升高或低于額定工作電壓短時間持續(xù)減低，最后返回額定工作電壓，系統(tǒng)不報警。

（4）受電弓工作電壓為額定工作電壓上下小范圍浮動，此時不報警。

4.結(jié)論

本次BP神經(jīng)網(wǎng)絡對故障趨勢的模擬結(jié)果與訓練樣本誤差小于1%，能夠準確地判斷出故障趨勢，可在故障發(fā)生前，在動車組上報警，可減少動車組故障所造成的損失。

由于動車組為一個復雜的運行系統(tǒng)，其中擁有許多極為復雜的運行設備。因此，為了能設計出功能更為完整、判斷更為準確的動車組監(jiān)控預警系統(tǒng)，需采集更多各類動車組設備的運行數(shù)據(jù)，組建動車組監(jiān)控預警系統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡訓練樣本數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，進行大量的訓練，使得建立的網(wǎng)絡模型具有很好的穩(wěn)定性和準確性。 [科]

【參考文獻】

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