基于改進神經網絡的城市軌道交通信號系統故障智能運維

趙宇航 徐永能 劉英舜 陳新

摘 ? 要：要確保城市軌道交通信號系統最大限度發揮其自身的功能，就必須定期對其現有的，可能發生的或一定條件下轉化生成的故障實施有效監控，結合可靠性與安全性相關理論的分析研究，在最短時間內找到最優解決方案，排除故障，確保交通參與者的安全，讓信號系統與城軌系統有效配合，給城市軌道交通運營帶來最佳經濟效益和社會效益。

關鍵詞：故障檢測 ?可靠性 ?人-機-環境 ?軌道交通信號

中圖分類號：U239.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0001-02

“若要富，先修路”，交通的便利與否直接制約著當地的社會發展，一條好的交通干線可以帶動周圍一大片地區的經濟發展，在近5年以來，我國在軌道交通領域迅速發展，隨著地鐵、輕軌的大規模建設，信號系統技術上取得重大突破。城市軌道信號系統不斷向精密化，數字化，集成化方向發展，對其功能的完善與有效的運維難度也不斷加大[1]，對于實現列車運行自動化管理，對提高城市交通管理現代化水平具有重要意義。

1 ?城市軌道交通信號系統構成

在軌道交通系統中采用與之對應的交通信號系統，不僅能夠最大程度保證列車行駛安全，避免追尾事故發生，還能有效縮短行車間隔，加大車次密度，從而從整體上提高列車運行效率，加快軌道交通建設與增大運營帶來的經濟效益和社會效益。

在城市里，軌道交通信號系統的組成相對簡單，主要是列車運行自動控制系統（ATC，Automatic Train Control），它是列車自動駕駛，跟蹤以及調度控制的系統。ATC系統又分為三個子系統，一是列車自動防護系統ATP（Automatic Train Protection），它是信號系統的安全核心，能夠進行超速防護，檢測列車的位置等;二是列車自動監控系統ATS（Automatic Train Supervision），監督控制列車運行，在調度人員調度全線列車時提供輔助;三是列車自動運行系統ATO（Automatic Train Operation），根據ATS的指令來自動控制列車的平穩運行，如控制列車在每個區間的速度值平穩過渡，提高旅客舒適度和列車運行效率[2]。此外，還有軌道電路，信號機，行車調度指揮中心相應的的信號設備等，也屬于城市軌道交通信號系統的范疇。信號系統的正常運行，需要有相應智能運維系統的故障維護作為保證。

2 ?故障預測方法分析

為了對故障進行有效控制，以保證在故障產生之前就能對其遏止。在近幾年，傳統的方法是對歷史數據進行預處理，通過特征提取算法獲取有效特征離線訓練模型，然后基于歷史數據對未來時刻的故障進行預測。

因此基于歷史數據所預測得到的設備狀態信息將會無法精確描述當前設備的運行狀態，此時需要檢測設備運行狀態的同時，考慮使用新產生的傳感器數據訓練模型來更新模型參數，以適應當前設備的運行狀態，對此可以采用滑動窗口實現故障設備的在線檢測和模型的在線更新。

3 ?信號系統發展展望

故障檢測預測和診斷基于已有信號設備結構的基礎上進行的，在未來，如果信號系統本身的結構上有所改進，那將會大大降低對政府投入的運維成本，從根本上保障信號系統的可靠性與安全性，從這個意義上講，之前所用的一切故障檢測預測的方法，都是為了維持信號設備的可靠性。為了保障系統可靠度，消除或減少信號系統本身存在的事故隱患，應盡量少使用串聯系統，實在不得已使用也應該盡量減少構成系統單元數或提高單元內最薄弱環節的可靠度。系統的構成有并聯系統、表決系統、混聯系統類型的工作儲備系統，也有旁聯系統類型的非工作儲備系統。如果系統單元壽命都可近似看成指數分布，可以考慮在整個系統框架下設計工作儲備系統，在儲備系統的每個分支系統選擇旁聯系統，理論計算可得，這樣的組合，能得到很高的系統可靠性。對于各子系統內部的旁聯系統來說，一般要確保在信號設備實際發生故障之前，檢測裝置就能夠預警，通過轉換轉置提前切換到下一待機工作的非故障子單元，從而能夠將備用的待機工作子單元接入系統，保證系統持續穩定的工作。最后，在系統或單元故障發生時需要遵循故障導向安全原則。為確保系統可靠性，在不斷提高自動化運營的軌道交通信號系統框架下，為減少系統偏差，在故障分析，決策層增加一個人-機并聯的冗余系統，只有當人機的決策結果一致或誤差范圍在可接受范圍內，指令才能夠從系統輸出，這樣就更加能確保整個系統穩定，高效，經濟地運作。

對城軌信號系統可靠性的分析具有重要的意義，在實際中，信號承包商需要對其承包的城軌信號系統項目進行量化風險，并得出一份量化風險評估報告，里面包含故障樹模型的輸入輸出，所錄入的數據，最小割集表，事件樹模型等。信號承包商還要提出設計的量化計算，模型和分析，來證明已達到指定的量化目標。在全線所有系統通過驗收并正式投入運營后，信號承包商應對信號系統進行定期可靠性檢驗測試，檢驗信號系統是否達到了平均無故障時間目標。

4 ?結語

城市軌道交通信號系統的智能運維系統應該是一個高效，動態，與外部環境協調適應的系統。有必要運用系統工程的原則和方法，在深入研究三者各自性能的基礎上，綜合考慮人-機-環境三大要素的關系，從整體的角度把握整個系統，把構成整體系統的不同子系統有機銜接起來，通過三者間的信息傳遞、加工和控制，形成一個相互關聯的復雜系統，使他們之間的關系協調并最優，最大限度發揮系統組成部分功能。

參考文獻

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