鐵路信號集中監測智能綜合分析系統研究與實現

敬 軍

（吉林鐵道職業技術學院，吉林省 吉林市 132299）

為了保障在設備出現故障的第一時間智能發出故障預警，需要全面提高鐵路車站的信號設備安全管理能力，要求值班工作人員具有優秀的崗位意識，能夠熟練掌握各項故障檢測技能，在鐵路高速、高載重的發展指標下，通過智能化電務管理有效地解決設備故障問題[1]。利用智能數據分析軟件獲得豐富的數據信息，明確故障發生的具體位置，下達鐵路維修指令，在進行系統實時監測的過程中，能夠完成道岔電路、軌道電路、區間閉塞分區的系統分析，通過智能化系統及時進行報警故障處理，并向指揮總部提交維修分析報告[2]。

1 鐵路信號系統安全智能檢測技術概述

智能安全檢測技術是近年來鐵路信號系統優化新開發的信息技術。在鐵路系統基礎設施逐步改善的情況下，鐵路列車運行監測要求不斷完善。安全智能檢測技術應用于信號系統后，可提高信號數據傳輸速度，接收信號數據后，經數據分析存儲轉換為指令信號后，直接傳輸到信號系統后臺，實現信號系統的自動控制。基于智能安全檢測系統，不僅可以列舉列車運行的全部記錄，還可以根據列車運行的實際情況完成列車規劃，進行列車需求分析，有效提高鐵路系統運行效率。智能安全檢測技術在鐵路信號系統中的應用方案。通過信號采集設備獲取站內車輛運行信息，分析安全智能檢測模塊轉發的信號數據是否出現故障或異常，及時將數據傳輸到終端計算機，便于發布精確的車輛調節指令。[3]

2 現階段信號集中監測系統的現場使用情況

中央信號監測系統的核心是站監測子系統，它可以收集、處理和分析信號設備的基本狀態信息，發揮設備準確實時監測的作用，同時可以將收集到的數據與標準數據進行比較，檢測危害CSM 系統的主要系統是電氣分段子系統，其功能是與站單元、監控終端和鐵路服務器等節點建立通信連接，進行網絡通信和數據交互，以及執行數據流規劃和路由等功能。CSM 系統還包括網絡傳輸子系統，通過廣域網數據傳輸系統連接站監控網絡、電力段網絡監控子系統和上層網絡。wan 數據傳輸系統在計算機之間傳輸IP 數據包。經過畢業生的回訪，獲悉工程機構的學生將負責建造監控系統，電力部門的學生將主要負責維護監控系統和曲線分析。

3 鐵路信號集中監測智能綜合分析系統研究

3.1 知識庫設計

知識庫是設備診斷過程中智能化分析的關鍵性技術，通過知識庫設計能夠明確監測系統所采集到的數據信息與實際故障現象之間的內在聯系，通過因果分析法判斷設備故障與模擬量、開關量等數據之間的因果關系[4]。為了方便廣大用戶的操作與管理，知識庫的整體結構設計采用模塊化設計方式，按照設備功能將其劃分為多個類型，知識庫包括外電網模塊、電源屏模塊、電碼化模塊等若干模塊，能夠在發生故障的第一時間，根據故障情況以及數據因果關系的分析，建立診斷規則。通過信號集中監測智能化分析系統知識庫，解析采集到的車站站機信息，并通過模擬量的定義方式，了解知識庫字段結構設計，明確知識庫規則編制流程。專家團隊能夠結合故障現象，分析故障發生的主要原因，通過信號集中監測，將信號設備車站站機得到的開關量、模擬量數據進行對比分析，解析故障現象。在知識庫管理階段，系統能夠隨時調取故障診斷規則，得到詳細的數據信息，判斷故障發生的具體位置，由于現場設備運行流程存在較大差異，導致集中監測設備采集到的信息內容各不相同。為了保證診斷規則配置的精準性，需要運用新一代管理工具，能夠自動校準知識庫規則分配的準確性，根據設備類型差異，分別設置多個數據采集點，要求技術人員熟練地進行系統操控，生成自動采集點。

3.2 強化信息網絡的支撐

網絡信號是有效連接智能監測系統最主要的方式。這需要有關技術人員在建立智能化監測系統和維護智能化監測工作時合理有效地利用網絡資源對其進行科學有效的優化和發展，以此強化設施設備之間的聯系，保證相關設施設備在完好的網絡環境之下能夠達到既定的系統互聯的要求[5]。在構建網絡系統機制的過程中，需要工作人員重視細節方面的問題，看重鐵路信號系統智能監測的數據共享以及存儲數據的監管。在發生鐵路故障后，需要科學有效地使用網絡設備設施所建立的互聯設施開展相應的工作，在最短的時間內完成信息的互通，以此明確故障發生的具體地點，并且對信號系統所給的信息和數據進行一定的剖析。鐵路信號智能監測技術的根本在于數據之間的資源共享，通過合理有效的構建資源共享平臺能夠較好地將每一個車務段的資源與信息連接，提供更多的數據資源，同時還能讓列車與鐵路之間實現資源的共享。相關工作人員需要重視合理有效地將相關數據的存儲單元以及分配方式進行分析，使用科學的共享管理系統以及相關機制，確保其數據的使用能夠更加直面地呈現于工作人員眼中。平臺與機制本身才是提升鐵路信號監測能力的關鍵，所以有關監管部門需要看重構建鐵路信號智能監測平臺的架構，并且合理有效地運用該平臺，以此達到較好的監測效果。

3.3 安全智能檢測技術在監測數據集構建方面的應用

電氣段中要進行智能監控的設備種類和設備總量多種多樣，主要包括地面設備到嵌入式設備的數字量、單位設備到系統、模擬量和孔徑量等。在智能監控信息技術的整個使用過程中，有必要進行數據共享和存儲的關鍵點檢測，深入分析信號故障檢測時形成的關鍵監控數據，并為整體的對比和相關性提供車載地面綜合分析基礎。此外，利用預警計算、設備狀況數據分析和海量數據管理等高級技術手段，它能夠形成預防重大事件、設備狀況數據分析和列車生命周期管理所需的海量數據分析工具包并通過形成一套科學、全面的共享監測數據分析，提高列車監測和維護的總體效率。

3.4 健康評估

對原始事實數據、預警數據、故障和維護數據、設備的履歷數據等進行統計分析。確定健康評估的主要影響因素，主要包括環境因素、操作因素、設備因素和四種主要災害因素。溫度和濕度是影響環境因素的主要因素；工作人員的活動水平和業績是業務因素；設備的履歷、電氣特性（電流、電壓、電阻）和空間位置特性是設備因素；超收率和流離失所率是災害因素。在確定健康評估的影響因素的基礎上，使用大數據技術計算了每個影響因素的基線和基線。其中Laot是所有收集數據的平均值，Laog 是同一模型和期間數據的平均值。[6]

3.5 推理機設計

推理機設計需要確定目標對象、輸入外部信息，通過演繹歸納的邏輯算法，對目標對象進行模式演算，本程序以案例庫為基礎，在出現信號設備故障的第一時間，分析故障發生前后開關量、模擬量的數據變化情況。通過邏輯推理提出相應的維修意見，推理機需要結合知識庫的診斷規則，參考案例庫中的對應案例完成推理任務，常用的推理方式有演繹推理、歸納推理和配比推理，根據普遍存在的思維方式做出特殊推理。其推理形式能夠提供有效的分析依據，在一致性校正中發揮著重要作用，歸納推理通過觀察實踐與探究分析故障發生這一特殊形式，通過完全歸納法、簡單枚舉法和差異法等推理方式得到相應的分析結果。推理具有特殊性，明確設備的基礎屬性，將具有同一屬性的設備類型結合到一起，通過相同性質對比了解設備的其他性質，根據相同故障因素提出相應的推理假設。按照一定的推理方案，提取出知識庫中的知識內容，選擇合適的推理方法，以事實為驅動進行數據總結，方向推理可以先提出假設，尋找支持假設的理論依據，當證據不足時要提出新的假設，得出最終的故障分析結論。

3.6 分析交流道岔曲線實訓過程

中央信號監測系統的主要功能是實現現場信號基礎設備電氣參數、設備使用狀態、站內服務人員運行狀態的實時監測記錄和回放，在設備故障或設備出現危險和異常時進行記錄和回放，在監控的電氣參數超出限值時發出警報或報警，避免故障和事故，并為鐵路運輸的安全和效率提供不可替代的基礎。電氣、車間、維修區發現信號設備故障90%以上，通過曲線分析監測指導現場維修和故障的預先確定。對于監測曲線分析來說，高校在實地沒有實際的運行環境，收集曲線比較困難。對于配備監控設備的高校，我們可以建立典型的故障，在設備真正有故障后，通過實際監控曲線進行現場教學，這樣，設備的維護工作量就會很大。對于沒有集中監控系統的大學，我們可以收集現場每一個典型故障案例的監控曲線視頻。根據記錄的監測曲線，學生學習如何進行協商和掌握監測曲線分析方法。

3.7 站場圖設備選擇優化

傳統的系統操作想要從站場圖中進行設備選擇，需要按照一定的規則和操作順序進行。經過系統優化處理后，只需要進入選站提示界面，添加“跳過”功能，數據分析人員就能夠在故障數據提取界面運用站場圖設備選擇功能，系統將會自動提示站場圖設備的選擇順序。如果站場圖中缺乏與之相匹配的智能設備，存在規則設備與實際設備信息不符的問題時，由數據分析人員通過“跳過”操作，進入下一階段的設備選項，重新輸入選擇設備名稱。當多個設備無法智能選擇時，可以連續使用“跳過”選項，對同一類型的設備進行忽略處理，當完成站場圖設備選擇后，自動關閉提示界面，數據分析人員結合系統彈出的設備名稱，根據數據分析任務重新進行數據加載，進入后續的數據分析流程中，通過系統優化改善運行環境。

3.8 安全智能檢測技術在數據智能化分析方面的應用

智能系統分析技術包括機器間信息邏輯錯誤分析方法和針對個別機器的特殊錯誤分析方法，具體如下：

1.由于機器間存在一系列信息業務關系而導致的信息錯誤系統分析，主要是通過收集、梳理和編譯專家和技能系統。

2.對于單臺機器的故障分析，機構的故障條件通常可以通過監控信號或現代信號處理技術（如時頻分析、頻譜分析、自適應濾波和狀態預測）來表示，從而有助于分析凸輪趨勢。

3.9 測試與評價

故障數據庫及其附帶的數據生成系統是下一代監測系統功能測試方案的核心。該系統是一個獨立的故障邏輯注入系統，能夠與復雜對象分離。同時，還可以對被測試公司的產品數據處理能力進行充分測試，以支持被測試系統的分類。方案可以根據安全級別分為多個級別，測試在不同方案級別測試的系統響應的準確性，并評估系統的評估級別。

3.10 歷史開關量查詢優化

傳統的歷史打開查詢結果只需要對打開數據進行一次過濾。經過優化處理后，可以同時篩選多個未結數量數據，確保查詢結果的準確性，將未結數量查詢界面輸入系統運行階段，通過設置查詢的開始時間和結束時間運行特定的洞口動態變化查詢時，分析員必須在搜索欄中輸入洞口名稱。系統可以自動解析輸入的查詢語句，以便直接在計算機上過濾和顯示打開差異。在查詢多個洞口的變化情況時，數據分析員必須逐個填充洞口的特定名稱，使用特定符號作為范圍，查詢歷史優化洞口的過程更加方便，并且可以節省大量數據分析時間。

4 結語

當前我國鐵路行業建設與發展日益需要鐵路信號系統智能監控，原因是應用信號系統智能監控技術可以減少鐵路運行故障，有助于提高鐵路系統規劃質量[7]。但是，為了更好地規范我國高速鐵路信息系統，本文認為有必要對中國鐵路信號系統智能監控技術的應用進行更科學的分類，以便在分析科技數據的基礎上，更好地發現科技應用的作用。