基于數據挖掘的鐵路信號設備故障自動診斷研究

李佳樹?于恒

摘要：鐵路信號系統包括車站信號控制系統、編組站調車控制系統、區間信號控制系統、行車指揮系統以及列車運行控制系統等。通過解析鐵路信號設備的結構組成，分析鐵路信號可能存在的故障隱患及危害性，針對常見的故障隱患提出鐵路信號設備維護與管理措施。本文對數據挖掘的鐵路信號設備故障自動診斷進行分析，以供參考。

關鍵詞：鐵路信號;設備故障;自動診斷

引言

過去，鐵路信號設備的故障診斷與檢修工作主要借助于檢修人員的專業判斷來實現，這種方式的弊端難以保證檢修質量，極易埋下重大的安全隱患，而鐵路信號設備故障檢修決策支持系統具有強大的動態實時監測診斷與檢修功能，能夠及時診斷出信號設備的故障原因，并在最短的時間內排除安全隱患，進而為鐵路行車安全提供了堅實可靠保障。

一、現狀

鐵路信號設備結構很復雜，同時受到環境因素的影響，使鐵路信號設備故障變化多樣，且具有一定的隨機性，最初通過維修人員對鐵路信號設備故障進行分析和判斷，這對維修人員的經驗要求相當高，經常因經驗不足出現鐵路信號設備故障誤判斷現象，延誤鐵路信號設備維修時間，嚴重時可能導致鐵路安全事故。隨后出現基于專家系統的鐵路信號設備故障診斷方法，通過建立鐵路信號設備故障診斷的知識庫，根據知識庫的規則對鐵路信號設備故障進行識別，但是這種方法的診斷結果與知識庫的豐富度密切相關，使得鐵路信號設備故障結果極不可靠。近年來，隨著人工智能技術的發展，出現故障樹的鐵路信號設備故障方法和人工神經網絡的鐵路信號設備故障方法，它們的診斷結果要優于專家系統，但是同樣存在一定的局限性，如診斷錯誤率高、診斷實時性差等。

二、鐵路信號設備維修關鍵點

（一）信號機維修關鍵點

鐵路信號設備信號機設備故障主要問題在于兩點。①信號機無法正確的識別所出現的故障以及故障類型;②信號機無法對發現的故障向外部發出警示信號。這兩種情況出現之后，列車或者是車站就無法及時的發現問題，給列車的運行造成巨大的安全隱患。所以為了及時的發現信號機所存在的上述的問題，必須要對信號機進行定時的監測以便及時的發現信號機所存在的隱性問題，避免出現較為嚴重的事故。在實際檢修過程中檢修人員要定期對設備的性能以及設備的功能進行測試。信號設備維修人員通常情況下是按照1個月或者是1個季度的頻率來對信號設備按照既定的標準進行檢修和測試，根據測試的結果來確定相應的維護方案。在天氣較為惡劣的情況下，信號機發生故障的概率極大的增加，所以在相對惡劣的天氣下，信號機設備的檢修人員必須加大對信號機檢修的頻率，比如信號機長期處于潮濕的甚至雨水浸入的環境下，要經常對其中的滲水以及積水情況進行排查，在檢修的過程中檢修人員應當充分掌握好檢修和測試流程，提高檢修的準確率以及檢修的效率。為了解決信號機維修過程中的問題，要充分的利用好各種檢修的工具，對信號機設備的內部結構的零部件進行檢測。比如當變壓器或二極管出現故障的時候通過儀器的診斷就會告訴工作人員更換變壓器或二極管。工作人員要按照既定的檢修流程規范來對信號設備進行檢修，以便保證設備安全運行。

（二）軌道電路維修重點

在對軌道電路進行檢修的過程中，需要嚴格對該部分電路進行檢查，應當從機械室內和機械室外的兩個方面來實現對軌道電路的檢修。通常情況信號故障發生在設備的外部，比如塞釘連接由于振動而出現脫落、道岔跳線斷股的問題，通常由于塞釘與所在鋼軌之間沒有充分的結合造成，或者跳線銹蝕或者被人為損壞等因素造成;也存在由于檢修人員維修不到位所造成的上述的問題。所以針對上述問題對于軌道電路應當采取內外部結合的方式來進行檢修，為了防止某些配件出現破皮的現象，對于其中配件的檢測要做到全面細致;詳細檢查箱盒內部的配線端子是否存在脫落的現象;并且要及時對箱盒內部的灰塵進行處理避免短路的情況出現。

三、基于數據挖掘的鐵路信號設備故障自動診斷

步驟1）采集鐵路信號設備的工作狀態數據。2）采用小波變換對原始鐵路信號設備的工作狀態數據進行分解，對噪聲小波系數置0，然后通過小波重構得到無噪的鐵路信號設備的工作狀態數據。3）采用經驗模態分解法提取鐵路信號設備故障診斷特征，對特征采用式（9）進行歸一化操作。4）確定支持向量機參數c、σ的取值范圍，并初始化蝙蝠算法自身參數。5）蝙蝠算法通過模擬蝙蝠找食物機制，得到一條從巢到食物之間的最優路徑，對最優路徑進行解碼，得到支持向量機參數c、σ的最優取值。6）根據c、σ的最優取值，支持向量機對鐵路信號設備的工作狀態和特征向量之間的關系進行擬合，建立鐵路信號設備的工作狀態分類器。

四、鐵路信號設備維護與安全管理措施

（一）強化鐵路信號設備維護的重要性與安全責任意識

首先要讓員工意識到鐵路信號設備維護的重要性，可以通過安全培訓、每周例會，還可以組織觀看由于鐵路信號問題引發的鐵路事故教育影片。這些主題教育活動要形成工作制度，定期向員工灌輸鐵路信號設備的重要性，增強其安全的意識。此外，還要向員工宣傳安全責任意識，在明確工作職責時務必做到班組間的無縫銜接，工作交接過程中要將問題講明白，接班班組注意檢查設備運行狀態是否與描述一致，以確保設備的無問題交接和問題交接，從而將發生事故的可能性降到最低。同時向每位工作人員傳達此項工作的職責以及應承擔的責任。

（二）施工建材管理

鐵路信號設備能否正常工作，施工材料質量也是非常關鍵的因素。為確保鐵路信號設備施工質量，要對涉及的各種材料進行嚴格監管。首先要對材料供應商的渠道進行嚴格把關，嚴格考察進貨廠家的資質以及產品質量。另外，不僅在進貨之初對建材進行嚴格檢查，施工過程中也要定期對材料的質量進行檢查，避免材料出現問題。可以利用現代的信息管理系統對材料的采購、使用及庫存等情況進行統計，不僅能優化管理流程，還能提高管理效率，此外，各種管理過程中的信息也便于存檔，便于后期對材料的采購、使用過程進行調查。

（三）部門之間多溝通

工作人員之間也應當形成一定的默契，對于工作中出現的難點要及時的溝通，對安全保證措施的制定要經過嚴格的設計。除此之外部門之間的溝通與協調需要進一步加強，從協調性方面保證安全保證措施的順利實施。

五、鐵路信號設備故障診斷的性能對比

支持向量機的鐵路信號設備診斷結果要優于BP神經網絡，這是因為支持向量機可以在小樣本的條件下得到充分訓練，但是由于參數采用隨機方式確定，鐵路信號設備診斷準確度要低于本文方法。由于本文方法引入了蝙蝠算法確定參數c、σ的最優取值，可以對鐵路信號設備故障變化特點進行建模，構建鐵路信號設備工作狀態的分類器，得到了鐵路信號設備故障診斷結果。

結束語

鐵路信號設備在實際的應用過程中能夠很好地保證鐵路運輸的安全性，因此我們需要進一步提升對鐵路信號設備的維護與安全保障的力度。針對鐵路信號設備在應用過程中出現的問題，要積極進行研究，并且根據當地鐵路管理的實際情況進行應對措施的設計，進一步確保鐵路信號設備能夠處于穩定運行的狀態。

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作者單位：鄭州地鐵集團有限公司運營分公司