地鐵車載故障診斷及優化

陳利 郭玉峰

地鐵車載故障診斷及優化

陳利 郭玉峰

（成都地鐵運營有限公司 四川成都 610000）

隨著社會經濟的發展，城市人口持續增長，這進一步加快了城市擴張的速度，由此也提出了對城市交通的巨大挑戰。地鐵軌道交通因具備快捷、運力大的特點，已在城市交通中發揮起了越來越大的作用。然而，目前我國對于地鐵相關技術的掌握還存在一些問題，尤其是在地鐵車載故障診斷方面還有一些不成熟的地方。本文就我國在地鐵車載故障診斷方面的現狀進行了分析，并針對存在的問題提出了優化建議。

地鐵車輛；車載故障；診斷技術；優化

1 我國地鐵車載故障診斷技術研究現狀

地鐵軌道交通在國外已有一百多年的歷史，因此在相關的車載故障診斷技術開發及使用方面，也進行了更多的研究。在國外的地鐵軌道交通系統中，都配備了為實現對整個機車的綜合診斷的故障診斷系統。目前，國外使用的地鐵車載故障診斷系統是基于商業無線通訊網絡的機車遠程監測診斷系統，該系統是通過車載監測裝置對機車的運行狀態信息進行測量記錄，并利用無線網絡將相關信息發送至電力驅動分部的機車管理中心，相關專家則對這些發送回來的數據進行分析，以此找出機車的故障，并找出故障原因和制定維修方案，及時排除地鐵車載故障，不僅可以有效縮短車輛的檢修停時，還可以提升機車的實際利用率，保證地鐵的正常運行。

自20世紀80年代開始，我國在鐵道部運輸局裝備部布局指導和大力推動下，將各科研機構聯合起來，并結合鐵路局、機務段和車輛段的力量，對地鐵車載故障診斷技術進行了深入的研究、開發和應用，并在相關技術在地鐵運行上的應用方面取得了一定的成績，明顯提高了地鐵的工作效率，進而促時了經濟效益的提升。目前，我國在軸溫檢測、振動檢測等診斷技術的開發利用方面比較成熟，并利用運行狀態監控記錄裝置為地鐵的提速提供了安全保障。在主流的電力機車中，相應的配備了如SS4G型、SS8型、SS9型等機車狀態顯示系統和列車運行監控記錄裝置，對機車的運行狀態和線路信號進行了顯示，并具備了一些簡單的在線故障診斷功能，但車載故障診斷系統的主要功能依然是司機操作監控和機車狀態顯示兩個方面。由此也形成了我國鐵車載故障診斷系統對地鐵故障只具備一定的提示功能，而無法對故障進行有效的分析診斷，即使可以進行一些簡單的在線故障診斷工人和，但依然無法針對故障制定出合理的故障處理方案。在我國，有關地鐵車載故障診斷系統和相關技術的開發應用有以下特點：

（1）目前我國對于地鐵車輛的故障診斷主要分為便攜式診斷設備、地面故障檢測診斷設備、道旁監測診斷、車載和設備四大類。而經過多年的努力，我國在便攜式診斷設備和地面故障檢測診斷設備兩個方面取得不錯的成績，也積累了一些經驗，但與國外的先進經驗相比，在故障早期診斷、及時處理等方面的進展沒有追上國際的步伐，依然存在落后，在實際工作中顯現出了我國地鐵車載故障診斷方面明顯的局限性。

（2）由于涉及到地鐵車載故障診斷系統的故障診斷裝置還達不到相關要求，因此地鐵運行的重要部件和子系統的監測和診斷無法得到全面實現，即使是在我國取得了較好開發應用的地面診斷系統，也存在只能針對單一的子部件或子系統進行故障診斷的缺陷。

（3）我國的地鐵車輛運行，由于還沒有建立將監控中心與集地面、車載連為一體的遠程診斷和網絡化監測的綜合系統，因此在實現對地鐵車載故障的診斷時缺乏實用性有及時性。

（4）目前我國的地鐵車載故障診斷系統只具備簡單的報警的功能和應急操作指導，對于故障隱患和故障發生之間的因果關系沒有實現有效的因果聯系，因此在預防故障發生方面存在嚴重的缺陷。

（5）雖然我國在相關技術開發方面已加大了力度，然而關鍵的地鐵車載故障診斷核心技術依然掌握在國外車輛供應商手中，這使得我國的地鐵車載故障診斷水平始終無法得到有效提升。

2 地鐵車載故障診斷系統的總體設計

隨著我國城市地鐵交通系統在城市交通中發揮的作用越來越大，城市軌道交通線路里程也得到不斷增加，因此對地鐵網絡的運營效率和安全運行保障模式的要求也越來越高。如果等到車輛發生了故障再進行維修，會對龐大的地鐵運營系統的工作效率造成嚴重影響。另外，由于地鐵系統是在一個廣闊的區域內建立運輸軌道，并形成一個復雜的運輸網絡的典型的軌道交通系統，因此相關的車輛安全信息存在比較分散的現象，在以往這些信息只有實際操作車輛的司機能夠使用，不能實現對地面中心的信息傳遞，因此無法建立針對地鐵車輛的有效的綜合安全狀態復合檢測、故障實時智能診斷等綜合系統。隨著科學技術的不斷提升，地鐵車載故障診斷系統的開發應用成為可能，這使得該系統在技術人員很少的情況下也能通過相關技術設備實現對地鐵車輛的實時監控，并進行故障數據的及時車地傳輸和遠程故障診斷。地鐵車載故障診斷系統主要由監控中心、網絡傳輸層、車載設備層及維修中心形成其體系結構，監控中心級分系統、車輛段分系統以及車載級分系統三個功能分系統形成了整個地鐵車載故障診斷系統：

2.1 監控中心級分系統

監控中心級分系統的作用是通過與現有的監控設備進行科學的集成，對整個地鐵系統進行整體的分析，以及全局車輛的故障診斷和影響評估，以此找出造成地鐵系統故障的影響因素，并幫助技術人員針對這些影響因素進行應急處理措施和方案的制定時提供有效建議。

2.2 車輛段分系統

車輛段分系統的作用是針對具體車輛段進行該車輛段的相關車輛的關鍵設備的故障隱患推演、實時監控、組織維修、故障診斷及影響評估工作。車載級分系統可以利用計算機網絡與車地無線通訊網絡進行有效接入結合，實現將車輛段的實時故障信息進行傳遞和診斷的目的。

2.3 車載級分系統

車載級分系統的作用是針對具體車輛的各個車廂的制動系統、智能控制、車門系統、牽引系統等關鍵設備，進行相關的狀態監測、故障報警以及應急處理等。

3 地鐵車載故障診斷系統專家診斷系統的設計

地鐵車載故障診斷系統的專家診斷系統是基于長期的實踐摸索和積累的經驗知識和科研成果，與當前高速發展的計算機技術相結合而建立起來的針對地鐵車載故障診斷的集故障預處理、故障隔離、故障處理、故障預報及故障定位于一體的在線智能地鐵車輛故障診斷體系，可以為地鐵車載故障的維修提供必要的技術決策支持，其目標功能主要有以下幾點：

（1）通過針對故障診斷進行相關的混合故障推理診斷的模塊化、圖形化、組件化軟件系統的開發，并應用到地鐵軌道交通的關鍵裝備上，實現對地鐵車載故障的診斷。

（2）針對造成地鐵車載故障的一些具有特殊性質的不確定因素，建立相應的故障診斷模型，通過模擬故障發生的過程，找到故障發生的原因，并進行有效的預防和排除。

（3）在以上相關技術得到實現后，結合計算機技術，建立針對地鐵車載故障診斷的專家系統。

通過在地鐵車載故障診斷專家系統中建立基于故障診斷相關知識和專家診斷總結積累、以及因果圖模型庫和故障模式庫等信息資源的地鐵車載故障診斷系統的故障征兆庫。

4 地鐵車載故障診斷系統的實現和優化

由于地鐵交通網絡和車輛結構的復雜性、以及相關的組成部件繁多，相關的故障類型也多種多樣，導致了在進行地鐵車載故障診斷時涉及到的檢測參數較多，要實現對地鐵車載故障的科學診斷，需要針對以下幾個方面對地鐵車載故障診斷系統進行優化。

4.1 用戶權限管理與系統管理

在地鐵車載故障診斷系統中，針對使用該系統的不同對象，設立不同級別的管理權限，以實現對地鐵車載故障管理的科學性、有效性、及時性。

4.2 征兆獲取模塊

地鐵車載故障診斷系統的主要功能是實現對地鐵安全運行的有效控制，因此，需要為實現該系統的診斷功能而進行大量輔助接點或傳感器的布置，通過人機交互對話診斷和自動診斷，以加強系統對地鐵車載故障征兆獲取的效率。

4.3 知識查詢與管理

在地鐵車載故障診斷系統中，相關用戶分為普通用戶與高級用戶、管理員三個等級。普通用戶可以利用相關診斷系統，對系統的知識庫進行瀏覽，實現對地鐵車載故障的診斷，但不具備改動知識庫信息資料的權利。高級用戶則可根據實際經驗和獲得的新的信息和知識，對知識庫進行修改、添加、刪除等操作。而管理員的權限更大，在普通用戶與高級用戶權限的基礎上，管理員還可以對用戶的權限進行制定和調整。

4.4 規則診斷

通過系統的混合推理方法，結合系統知識庫中的診斷規則，對地鐵車載故障進行診斷，并進行診斷可信度的評估和有序排列。當診斷結果被評估為滿意時，則可結束診斷；當診斷結果被評估達不到相關標準時，由需要進行進一步的詳細診斷，如進行人機交互對話診斷等，得出更可信的診斷結果。

4.5 因果圖診斷

基于基本事件的確定、因果圖模型的建立及推理計算、連接事件的概率等模塊建立的因果圖模型，對地鐵車載故障進行的診斷。

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U279

A

1004-7344（2016）33-0182-02

2016-11-9

陳利（1984-），女，大專，主要從事軌道交通車載信號方面工作。