鐵道信號(hào)設(shè)備集中診斷及智能分析系統(tǒng)技術(shù)

張亦秋

摘 ?要：鐵道信號(hào)設(shè)備在信號(hào)接收及傳輸過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障問題。本文就從故障診斷、分析和監(jiān)測(cè)等角度出發(fā)，研究使用現(xiàn)代化信息技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)工作平臺(tái)，引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)來防范信號(hào)故障風(fēng)險(xiǎn)的方法。首先根據(jù)工作需求做好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)和硬件配置工作，然后選擇合適的故障診斷方法，完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能的優(yōu)化。其中，關(guān)鍵是要將抽象的數(shù)據(jù)信息以便于觀察和處理的方式呈現(xiàn)出來，并完成信息的傳遞、整理和存儲(chǔ)等一系列基礎(chǔ)工作任務(wù)，這要求技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)的可視化設(shè)計(jì)及組網(wǎng)設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞：鐵道信號(hào) ?集中診斷 ?人工智能 ? 故障分析

鐵路出行是一種相對(duì)較為經(jīng)濟(jì)、便捷的方式，受到受眾群體的一致認(rèn)可。為了保證出行安全，通常在鐵道建設(shè)工作中，要做好通信信號(hào)的管理工作，關(guān)鍵要對(duì)鐵道當(dāng)中運(yùn)行的所有機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一、集中的管理，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，并第一時(shí)間處理。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，可以嘗試融入信息技術(shù)，讓鐵道信號(hào)設(shè)備診斷及分析工作具有智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，以此來降低管理工作的難度。

1鐵道信號(hào)設(shè)備集中診斷及智能分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，關(guān)注鐵道信號(hào)連接情況，需要先進(jìn)行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)層的構(gòu)建工作，應(yīng)根據(jù)工作的基本流程和要求，完成對(duì)相應(yīng)軟件的安裝。基礎(chǔ)監(jiān)控與診斷工作的側(cè)重點(diǎn)要放在軌道電路、電源、外電網(wǎng)等信號(hào)設(shè)備上，要進(jìn)行信號(hào)的輸入與輸出管理，并在實(shí)際工作中完成對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息的采集。相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 信號(hào)集中檢測(cè)系統(tǒng)的信息采集結(jié)構(gòu)圖

1.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

使用智能分析系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好功能設(shè)計(jì)工作。實(shí)際上，智能分析技術(shù)主要依靠人工智能技術(shù)來完成信息篩選、識(shí)別和處理等工作。與傳統(tǒng)的故障處理方法相比，能夠減輕員工的工作壓力，并提升工作質(zhì)量及水平。具體在完善系統(tǒng)功能時(shí)，不僅要保障基礎(chǔ)硬件設(shè)施完善，還要讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身具有延展性、開放性的特點(diǎn)，并要發(fā)揮智能系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)能力，不斷優(yōu)化智能分析技術(shù)，提升集中診斷與分析的效果。另外，系統(tǒng)應(yīng)具有安全防御能力，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要遵循標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定，嚴(yán)格規(guī)范工作行為。

1.3硬件配置工作

在軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，工作人員還要進(jìn)行鐵路車站內(nèi)部機(jī)械裝置的配置工作。具體包括：計(jì)算機(jī)顯示器、采集機(jī)柜、通信裝置、感應(yīng)裝置和線路控制設(shè)備等[1]。此外，還要完善組網(wǎng)設(shè)備，應(yīng)保障互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)良好，才能確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸狀態(tài)符合工作要求。

2在智能系統(tǒng)中進(jìn)行鐵道信號(hào)設(shè)備故障診斷工作的方法

鐵道信號(hào)出現(xiàn)連接異常后，需要迅速通過智能系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷工作。在科技信息技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的過程中，有效的診斷方法有以下幾種。

2.1規(guī)則推理

故障診斷工作應(yīng)當(dāng)具有動(dòng)態(tài)化、預(yù)見性的特征，目的是科學(xué)降低故障問題的發(fā)生概率。而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，使用規(guī)則推理的方式，主要是通過概括專家經(jīng)驗(yàn)，來完成對(duì)故障的準(zhǔn)確判斷和細(xì)節(jié)分析。具體使用該方法時(shí)，要編寫相應(yīng)的程序。當(dāng)鐵道信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障問題時(shí)，應(yīng)通過系統(tǒng)程序的設(shè)定情況，自動(dòng)對(duì)引發(fā)故障的各種原因依次進(jìn)行分析，逐一推理出核心問題。

2.2故障樹

在集中診斷故障問題時(shí)，也可以在系統(tǒng)當(dāng)中收集數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建故障樹結(jié)構(gòu)。在這項(xiàng)工作環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要完成兩項(xiàng)操作：一項(xiàng)是進(jìn)行定性分析，另一項(xiàng)是進(jìn)行定量分析。首先，要進(jìn)行故障樹編輯，輸入問題信息，篩選和判斷基本故障原因和頂事件相關(guān)信息[2]。優(yōu)勢(shì)是在故障推理階段，技術(shù)人員可以依靠數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行反向推理，全面找出引發(fā)鐵道信號(hào)設(shè)備故障的原因，有針對(duì)性地制定解決對(duì)策。

2.3案例推理

案例推理的診斷工作流程是：根據(jù)實(shí)際發(fā)生的故障問題類型，在案例信息庫(kù)當(dāng)中查找類似事件的相關(guān)信息。重點(diǎn)要找出引發(fā)問題的原因和案例當(dāng)中所使用的解決方案，科學(xué)分析采用相關(guān)解決方法的優(yōu)缺點(diǎn)，依靠智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)處理故障的有效方法，歸納出最佳解決思路。這個(gè)環(huán)節(jié)要使用的基礎(chǔ)技術(shù)包括大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)，這是分析問題、處理問題的關(guān)鍵前提，需要保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

3鐵道信號(hào)設(shè)備故障問題的智能分析系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用要點(diǎn)

在集中診斷工作結(jié)束后，下一項(xiàng)任務(wù)就是使用信息技術(shù)進(jìn)行故障的智能分析，相應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)建思路如下。

3.1知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)

知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)采集和歸納整理工作，是決定智能分析工作效果及質(zhì)量的主要因素。基于此，在構(gòu)建智能系統(tǒng)，使用智能技術(shù)之前，必須要先安排技術(shù)人員做好對(duì)知識(shí)庫(kù)組織結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)工作。系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)以便于人們操作為前提，通常知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)要與外電網(wǎng)模塊、電源屏、電碼化模塊相關(guān)聯(lián)，每個(gè)模塊下都會(huì)對(duì)故障進(jìn)行命名并分類。因此，在系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，還要對(duì)數(shù)據(jù)中各種符號(hào)、字段進(jìn)行準(zhǔn)確的定義，并應(yīng)當(dāng)確定系統(tǒng)的運(yùn)行流程，提前進(jìn)行流程設(shè)計(jì)工作[3]。比如，信號(hào)設(shè)備在傳遞數(shù)據(jù)后，智能系統(tǒng)要接受開關(guān)量和模擬量，從復(fù)雜、大量的數(shù)據(jù)信息中準(zhǔn)確識(shí)別故障，完成集中診斷任務(wù)后，將相關(guān)信息存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)當(dāng)中，方便有序展開故障分析工作。

3.2知識(shí)庫(kù)管理

在進(jìn)行知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，要發(fā)揮信息技術(shù)的使用價(jià)值，完成對(duì)系統(tǒng)的管理工作。具體要完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、信息的增刪與更改等基礎(chǔ)操作，還要能根據(jù)工作需求完成信息的一鍵檢索。在管理任務(wù)中，可以借助人工智能技術(shù)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的校對(duì)。由于鐵路建設(shè)規(guī)模大，實(shí)際要安裝的信號(hào)設(shè)備數(shù)量多，要使用智能系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)、診斷和分析等工作任務(wù)，需要設(shè)置多個(gè)信息采集點(diǎn)，這也是知識(shí)庫(kù)配置工作的關(guān)鍵任務(wù)之一，要能夠保證采集工作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和全面性。此外，相關(guān)設(shè)計(jì)工作要嚴(yán)格參照《鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)技術(shù)條件》的相關(guān)規(guī)定來完成。

3.3案例庫(kù)設(shè)計(jì)

案例庫(kù)主要是為案例推理工作提供數(shù)據(jù)信息的一種資源庫(kù)，其中所有的信息都來源于以往各種信號(hào)設(shè)備故障情況的實(shí)際處理經(jīng)驗(yàn)，要求工作人員在處理故障問題后，按照規(guī)定的格式將相關(guān)案例整理出來[4]。比如，要設(shè)置標(biāo)題、摘要，對(duì)故障原因和維修方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。相關(guān)案例的標(biāo)題及摘要中的關(guān)鍵字段，能讓工作人員快速調(diào)取案例相關(guān)信息。新時(shí)期，技術(shù)人員還會(huì)使用人工智能技術(shù)來比對(duì)現(xiàn)有信號(hào)設(shè)備故障問題和以往案例的相似度，找到問題的異同點(diǎn)，繪制表格，用于分析和處理故障。因此，應(yīng)及時(shí)、合理地給人員設(shè)定登錄案例庫(kù)、修改案例資料的權(quán)限。

3.4推理機(jī)設(shè)計(jì)

信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)的故障問題有時(shí)具有一定的邏輯性，可以進(jìn)行邏輯分析，而推理機(jī)的設(shè)計(jì)工作就是為了便捷地找出故障自身、故障與故障之間的邏輯關(guān)系。常用推理方法如下。

3.4.1演繹法

其技術(shù)原理是：在網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境的發(fā)展前提下，根據(jù)信號(hào)設(shè)備的運(yùn)作情況，通過推導(dǎo)的方式引出結(jié)論，前因和后果之間要有明顯的、必然的關(guān)聯(lián)，才能使用這種方法，屬于一種特殊推理方案。在故障智能分析階段，需要依靠智能技術(shù)來模擬人的思維過程，去分析和解決問題。這是目前應(yīng)用頻率較高的一種技術(shù)方法，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

3.4.2歸納法

歸納法是在已知各種數(shù)據(jù)信息的前提下，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的對(duì)比和整合，來找出與故障問題相關(guān)的特征。此方法側(cè)重于進(jìn)行數(shù)據(jù)觀察、實(shí)驗(yàn)分析等工作，有一定的技術(shù)難度，對(duì)系統(tǒng)的智能化水平及人員操作能力都有較高的要求。在使用此技術(shù)之前，應(yīng)當(dāng)按時(shí)根據(jù)科技信息技術(shù)的發(fā)展情況更新系統(tǒng)，讓系統(tǒng)各項(xiàng)功能得以優(yōu)化，為降低信號(hào)設(shè)備的診斷和分析難度奠定良好基礎(chǔ)。

3.4.3類比法

當(dāng)兩種故障問題導(dǎo)致了相同的結(jié)果時(shí)，就可以通過類比的方式來分析兩種故障之間的關(guān)聯(lián)性，從中科學(xué)判斷出故障信息的共同屬性特點(diǎn)。實(shí)際上，鐵道信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障的原因比較復(fù)雜，要有序展開故障分析工作，必須要總結(jié)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，積極融合多種分析技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，共同研究出提升智能分析水平的方法。

4鐵道信號(hào)設(shè)備集中診斷及智能分析系統(tǒng)的可視化與組網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.1可視化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1.1虛擬設(shè)備圖

一般在構(gòu)建智能系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)各種信號(hào)設(shè)備的實(shí)際安裝位置、連接方式以及設(shè)備自身型號(hào)等多方面的因素，繪制虛擬圖形。按照實(shí)物的擺放位置，借助BIM技術(shù)或其他技術(shù)方法，完成設(shè)備平面圖、立體圖形的建設(shè)任務(wù)[5]。這主要是為了在信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障問題時(shí)，可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，配合虛擬圖形展開生動(dòng)化、形象化的數(shù)據(jù)分析工作，以解決故障信息過于抽象的問題。

4.1.2工作原理圖

要在工作中全面應(yīng)用信息技術(shù)，完成智能系統(tǒng)的構(gòu)建工作，需要先了解工作原理，并進(jìn)行原理圖的繪制工作。這個(gè)環(huán)節(jié)常用的軟件以CAD為主，要做好擴(kuò)展數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、更新等工作，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，并使用專用的應(yīng)用程序來收集和管理數(shù)據(jù)，還要在程序當(dāng)中為數(shù)據(jù)命名。完成上述操作后，進(jìn)行組件對(duì)象模型的構(gòu)建任務(wù)。其特點(diǎn)是每個(gè)組件都可以在系統(tǒng)當(dāng)中獨(dú)立運(yùn)行，互不影響，并統(tǒng)一受到核心系統(tǒng)的管控。實(shí)際工作時(shí)，還涉及對(duì)靜態(tài)圖和動(dòng)態(tài)圖的繪制工作。

4.1.3具體操作

完成可視化設(shè)計(jì)后，還要規(guī)范對(duì)可視化系統(tǒng)的操作行為。通常依靠計(jì)算機(jī)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的放大和縮小操作，還能移動(dòng)圖形。對(duì)于系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)圖，也有回放、慢放、倒放等功能，可以按照時(shí)間軸來獲取工作信息，判斷故障發(fā)生的時(shí)間、位置。另外，在信息技術(shù)的支持下，可視化系統(tǒng)當(dāng)中還配備了警報(bào)裝置。當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)到鐵道信號(hào)設(shè)備的故障問題時(shí)，窗口界面會(huì)變?yōu)樾涯康募t色，并彈出對(duì)應(yīng)的窗口，提醒技術(shù)人員及時(shí)處理問題。

4.2組網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.2.1集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在組網(wǎng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入許可方面展開分析，選擇合適的準(zhǔn)入?yún)f(xié)議，并做好系統(tǒng)架構(gòu)工作。新時(shí)期，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的智能系統(tǒng)都是以c/s架構(gòu)方案為核心，應(yīng)用價(jià)值較高。在此基礎(chǔ)上，還要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，讓設(shè)備運(yùn)行的所有參數(shù)都能第一時(shí)間輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)行集中、統(tǒng)一的遠(yuǎn)程管理。要考慮到系統(tǒng)負(fù)荷問題，分析多個(gè)設(shè)備連接同一個(gè)核心系統(tǒng)是否會(huì)出現(xiàn)卡頓的情況，做好網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)設(shè)計(jì)工作，從而順利完成基礎(chǔ)組網(wǎng)任務(wù)[6]。除此之外，還要保障車站內(nèi)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施齊全，才能為信號(hào)設(shè)備集中診斷和智能分析工作提供基礎(chǔ)支持。

4.2.2電務(wù)專用辦公網(wǎng)絡(luò)

由于鐵路車站內(nèi)大部分的設(shè)備都屬于機(jī)電設(shè)備，需要通過電能來啟動(dòng)設(shè)備，并維持設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。基于此，技術(shù)人員在實(shí)際進(jìn)行智能系統(tǒng)架構(gòu)，開展故障診斷與分析等基礎(chǔ)工作時(shí)，也要進(jìn)行電務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)工作。在相應(yīng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)任務(wù)中，應(yīng)當(dāng)專門設(shè)置故障診斷的傳感器，方便第一時(shí)間排查網(wǎng)絡(luò)故障，避免影響設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。

5結(jié)語

綜上所述，常用于診斷故障的方法有規(guī)則推理、故障樹及案例推理，要根據(jù)故障問題的實(shí)際特點(diǎn)以及基礎(chǔ)信息系統(tǒng)的架構(gòu)情況進(jìn)行選擇，并要從知識(shí)庫(kù)構(gòu)建和管理、案例庫(kù)設(shè)計(jì)、推理機(jī)設(shè)計(jì)等角度，靈活展開智能分析工作。這項(xiàng)工作在信息技術(shù)的支持下，可以便捷地找出故障問題之間的關(guān)聯(lián)性，能有效降低故障管理工作的難度。新時(shí)期，技術(shù)人員還會(huì)根據(jù)人們?cè)阼F道信號(hào)設(shè)備管理環(huán)節(jié)的基本要求，優(yōu)化系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，目的是發(fā)揮出智能系統(tǒng)的使用價(jià)值，排查和監(jiān)管信號(hào)設(shè)備的故障問題，全面保障設(shè)備的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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