鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)設計研究

張清清

摘 要：作為鐵路運輸基礎設備之一，鐵路信號設備擔負著路網(wǎng)上各類行車設備狀況的信息傳輸與調度指令控制的作用。鐵路信號設備故障將存在重大事故隱患，如處理不到位，將給鐵路行車安全造成極大的影響。鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的應用，可通過實時捕捉故障與實時分析設備狀態(tài)，利用知識庫對鐵路信號設備故障維修需求加以充分滿足。為此，文章主要對鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)結構的概況、設計進行了分析與探究。

關鍵詞：鐵路信號設備；故障診斷專家系統(tǒng)

中圖分類號：TP392；U284 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0028-02

1 鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)結構的概況

以信號微機監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的基礎，其系統(tǒng)結構分為3部分：數(shù)據(jù)預處理、故障診斷專家系統(tǒng)與檢修管理模塊。其系統(tǒng)結構，如圖1所示。

由圖1可見，選取B/S結構作為鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)，需在服務器上存放應用程序數(shù)據(jù)庫與相應部件庫存，統(tǒng)一選取瀏覽器用客戶端訪問服務器，且操作系統(tǒng)，額外軟件無需安裝在客戶端?；贐/S結構故障診斷專家系統(tǒng)，可便于若干用戶共同運用與遠程診斷。管理員為系統(tǒng)維護功能負責，利用客戶端瀏覽器用戶可就可以運用系統(tǒng)。當新功能增加時，僅僅開發(fā)或部署服務端即可，無需更改客戶端，以此對系統(tǒng)擴展能力進行全面提升。

1.1 數(shù)據(jù)預處理模塊

數(shù)據(jù)預處理主要為故障初始數(shù)據(jù)服務，且能夠將有效數(shù)據(jù)提供給故障診斷模塊，由鐵路有關服務器進行實時故障數(shù)據(jù)采集，且轉換此類故障初始數(shù)據(jù)，把編碼數(shù)據(jù)進行可讀表數(shù)據(jù)轉換，同時在相應數(shù)據(jù)庫內添加轉換后的數(shù)據(jù)。

1.2 故障診斷模塊

作為鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的重要模塊，故障診斷模塊按照癥狀模塊輸入體現(xiàn)出的癥狀，對知識庫、數(shù)據(jù)庫進行適當調用，匹配故障數(shù)據(jù)、知識庫內的故障特點，且利用和用戶交互取得信息，在產(chǎn)生式規(guī)則的前提條件下，診斷其故障原因。

1.3 維修管理模塊

作為鐵路信號設備故障決策支持系統(tǒng)的重要構成成分，維修管理模塊可派發(fā)檢修任務，及時解決故障。

2 鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)結構總體框架設計

通過故障診斷專家系統(tǒng)的構成分析，并與鐵路信號設備故障診斷特征、要求相結合，設計系統(tǒng)結構總體框架。知識庫、人機接口等為構成故障診斷專家系統(tǒng)的重要成分。

其各項設計如下：

知識獲取子系統(tǒng)能夠對鐵路信號專業(yè)內的知識進行充分獲取，如設備故障機理、故障記錄等。知識庫也被稱為規(guī)則庫，根據(jù)相應格式、原則，有效處理、編寫取得的知識，把專業(yè)領域內的知識、專家知識進行計算機識別知識形式的轉換。

信號設備微機監(jiān)測系統(tǒng)作為鐵路車站現(xiàn)場設備的檢測系統(tǒng)，其能夠對設備運行狀態(tài)加以準確識別，且向檢測主機收集傳遞設備狀態(tài)信號，目前在鐵路系統(tǒng)內信號設備微機監(jiān)測系統(tǒng)應用較為廣泛。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

2.2.1 知識獲取子模塊

知識獲取子模塊設計中，要求取得的知識內容應具有準確、客觀的特點。其不僅需要編輯知識，還要實現(xiàn)知識自學習。以上功能具有緊密聯(lián)系，需知識庫內的知識進行有效管理，且按照需求進行知識的添加、修改或消除，利用同化、調節(jié)等作用對知識庫的統(tǒng)一性、完整性加以維護。編輯知識要求系統(tǒng)按照專家供給的知識，利用理解、編輯等方式滿足系統(tǒng)需求，且將其看作新知識向知識庫內適當添加。也可在專家對知識庫相關內容不了解的情況下對知識庫進行修改。

2.2.2 知識庫構造子模塊

作為事實規(guī)律的總結，知識庫是推理機正常運作的前提。知識庫應對電氣集中故障檢修專家知識進行正確表達。作為程序外部數(shù)據(jù)庫，其能夠對該行業(yè)專家的經(jīng)驗性知識進行存儲。作為專家系統(tǒng)的重要功能模塊，知識庫具有專家系統(tǒng)知識存儲與管理的作用。

一般根據(jù)固定格式進行其子模塊設計技術填寫，且準確區(qū)分中英文格式，確保系統(tǒng)能夠準確識別與正常運行。

2.2.3 診斷分析推理模塊

利用推理的方式專家系統(tǒng)可進行問題解決，且能夠取得等同于專家的結論。推理與控制為推理機的主要任務，致使專家系統(tǒng)與一般資料庫系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)不同，專家系統(tǒng)是實施推理的功能與知識，而不是存儲答案。

作為一組計算機程序，此子模塊設計技術必須確保程序能夠正常運作，具備異常處理作業(yè)。推理機制、控制策略為推理機的主要內容，選取反向推理機制作為專家系統(tǒng)故障診斷、維修專家系統(tǒng)的主要方式。其推理程序為先對結論正確性進行假設，隨后對其條件的符合性進行驗證，如條件符合就具有正確的結論。

2.2.4 綜合數(shù)據(jù)庫構造子模塊

在執(zhí)行和推理環(huán)節(jié)專家系統(tǒng)用以存儲所需或出現(xiàn)的信息的工作存儲器被稱為綜合數(shù)據(jù)庫。其包含的內容如用戶對系統(tǒng)提問的回答等。

通常將設備運行工作狀態(tài)數(shù)據(jù)存放到鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫。在設計該子模塊時應確保數(shù)據(jù)更新的及時性，能夠對設備狀態(tài)進行正確反應。在該系統(tǒng)設計技術內可進行設備故障時現(xiàn)場狀態(tài)的存放，如果運行燈的實時狀態(tài)等。在系統(tǒng)運行時，綜合數(shù)據(jù)庫內容呈現(xiàn)持續(xù)變化現(xiàn)象，因此其為動態(tài)知識庫。在整個故障診斷專家系統(tǒng)內，通常要將綜合數(shù)據(jù)庫充分結合知識庫，只有這樣才能確保系統(tǒng)的完整性。

2.2.5 人機對話子模塊

輸入、輸出為人機界面的主要構成部分。在該子模塊設計技術中不能任意修改數(shù)據(jù)庫與知識庫，只有這樣才能確保系統(tǒng)運行的正常性。

人機對話和專家、知識工程師接口都能對專家、知識工程師的知識進行接收，以此對系統(tǒng)工作性能進一步了解，且對系統(tǒng)求解問題的能力有效提升。選取Windows操作系統(tǒng)作為該系統(tǒng)的主要模式，界面良好，通過自然語言、文字輸入與輸出達到交流通暢，為理解、接受提供便利。

3 結 語

綜上所述，作為一個具有大量專門知識的程序系統(tǒng)，鐵路信號故障診斷專家系統(tǒng)可進行人工智能技術的合理應用，按照多個信號設備故障診斷專家提供的領域知識進行推理，模擬人類專家作決定的過程對專家所需解決的診斷問題進行處理。專家系統(tǒng)有效結合信號設備故障診斷知識，可有效提升診斷系統(tǒng)的智力水平。

參考文獻：

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[3] 黎想.專家系統(tǒng)在鐵路信號設備故障診斷中的應用[J].電腦開發(fā)與應 用，2012，（10）.