基于粗糙集和遺傳算法的補償電容故障分析方法

摘 要：在現有機車信號系統的基礎上增加車載分析設備，利用雙路接收線圈中感生電壓和軌道電流成正比的關系，分析電容故障對感生電壓的影響規律，給出基于粗糙集和遺傳算法的補償電容故障的診斷方法。利用機車信號的數據記錄功能和綜合無線傳輸系統LAIS，能夠對無絕緣軌道電路中補償電容故障作出正確的評判和實時在線監測，彌補了目前檢測方法的不足，為補償電容故障診斷提供了全新的技術手段。

關鍵詞：無絕緣軌道電路;故障診斷;粗糙集;遺傳算法;補償電容

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.145

1 我國無絕緣軌道電路故障檢測現狀

目前我國鐵路列控系統中普遍使用無絕緣軌道電路作為列車的定位和控車信息傳送設備。軌道電路信號的傳輸質量直接決定了列車車載ATP設備能否正常工作及輸出控車曲線的合理程度。當補償電容故障時將改變軌道電路網絡參數，進而降低了軌道電路的傳輸質量，影響正常工作從而危及行車安全。當前，對補償電容故障的診斷方法國外主要采取檢測車定期巡檢，國內普遍采用人工定期巡檢，都具有相對滯后的特性，不能滿足當前列車高速高效運行的要求。

粗糙集理論的行解組成群體的逐代進化過程中，通過對種群個體按其適應度進行選擇、交叉和變異等操作，最終獲得性能最優的個體。

無絕緣軌道電路由發送設備、鋼軌線路和接收設備等幾部分組成，如圖1。

2 車載無絕緣故障分析設備的設計

本文中作者設計了一套車載無絕緣軌道電路故障分析設備。車載無絕緣軌道電路分析主機與機車信號主機相類似，使用標準6U機箱，從右向左依次為電源板、連接板、主機板2、主機板1、通信板、和預留位，各板件之間的系統內部通信和電源分配等由機箱內的母板完成，同時母板還完成系統與外部的通信。電源板負責將機車配電柜的110V直流電壓轉換成主機板工作電壓DC24V，主機板采用2乘2取2的安全冗余結構結構，主機板1和主機板2互為熱備，開機時采用競爭機制決定主備關系即在同時獲得輸入信號的條件下哪塊主機板先輸出就作為主用另一塊自動轉入備用，連接板完成兩塊主機板的電源分配、主機板1和主機板2的人工倒機，通信板用于數據的記錄和與LAIS系統的通信。故障分析主機通過電纜并聯方式與機車信號主機共享機車信號接線盒送來軌道電路交流信號電流，機車信號接線盒起到集線的作用并不能對軌道電路交流信號電流進行調整改變，軌道電路電流被機車信號雙路接收線圈以電磁耦合的形式從鋼軌上感應到車載設備上來。通過本套系統可以完成在機車上實時獲取軌道電路工作電流，并充分利用粗糙集和遺傳算法的優勢完成補償電容等參數的最優化求解，實現無絕緣軌道電路故障的實時在線診斷。

3 算法的設計

理論上鋼軌和道床的信號傳輸特性可以用兩端口網絡來描述，按照補償電容的個數N分成N個相串聯的形式，每個二端口網絡都由補償電容C和其兩邊各LT/2長度的軌道線路共同構成（設某段軌道電路的長度為L，補償電容的相鄰間距LT= L/ N）。

粗集理論基礎知識：

設為一個信息系統，也可認為是某一決策信息系統，其中， 為非空有限集合，稱為論域對象，是我們所考慮的對象; 為屬性的非空有限集合; ，是屬性的值域; 為信息函數，對于， ， 。若中的屬性集可分為兩個不相交的子集，即為條件屬性集和決策屬性集， ， ， ，則稱該信息系統也稱為決策表。

4 結論

本方法以補償電容為變量，將實際和仿真機車信號模型的差值作為目標函數，通過包絡信號相互關系的極值點和平均值加以權重構造目標函數，并適度調整，從而得到最優解，實現補償電容故障的綜合診斷。為軌道電路的故障診斷提供了新的有效方法。

參考文獻：

[1]孫玲芳，許鋒等.基于粗糙集理論的遺傳屬性約簡算法研究[J].江蘇科技大學學報（自然科學版），2014（03）：271-276.

[2]劉斌，陳釘均.基于粗糙集和遺傳算法的道路交通事故分析[J].蘭州交通大學學報，2010，29（01）：69-71.

[3]夏菁，金犇.基于粗糙集和遺傳算法的駝峰超速連掛事故分析[J].交通經濟與科技，2016，29（01）：49-52.