淺析基于決策樹算法的機車電氣控制回路故障精確檢測方法

王海濤

（山東萬得福實業集團有限公司，山東 東營 257500）

機車電氣控制回路故障檢測一直是汽車研發領域比較難以解決的問題，由于機車電氣控制回路比較復雜，故障形成受多個因素影響，導致機車電氣控制回路故障檢測具有較高的難度。目前在該方面所使用的方法主要為基于人工智能的機車電氣控制回路故障檢測方法，該方法主要以人工智能算法為核心，利用人工智能算法判斷出機車電氣控制回路的故障，這種方法雖然可以檢測出機車電氣控制回路發生的故障，但是，在計算過程中選取的故障指標有限，致使在實際應用中具有較高的檢測殘差值，經常出現誤檢和漏檢現象。

因此，提出了基于決策樹算法的機車電氣控制回路故障精確檢測方法。決策樹算法是一種系統穩定性、可靠性全面分析的技術，其主要是根據對象運行、執行信息，判斷出對象當前系統運行邏輯是否正確，以此為依據檢驗對象運行狀態。該算法由于具有精度高、操作簡單、計算效率快等優點，已經被廣泛應用于各個領域，尤其是在系統故障檢測方面，經過長時間的實踐與應用，取得了比較好的使用效果。并且決策樹算法在技術方面已經發展得比較成熟，目前已經成為系統故障檢測分析的主要核心技術。

1 基于決策樹算法的機車電氣控制回路故障精確檢測方法設計

1.1 獲取機車電氣控制回路故障信息

機車電氣在常規運行狀態下時，會由于受到外界相關因素的影響，或不規范電氣設備負荷的運轉，從而產生大量故障信號。為了更好地監測機車電氣控制回路故障信息，需要掌握機車電氣的實時狀態。為了更好地實現這一行為，提出在機車電氣控制回路中，安裝遠程PLC設備與故障信號接/收裝置的方式，用于接收放大電氣控制回路中的故障濾波信號。機車電氣控制回路故障信號的獲取過程，應嚴格遵循TCP/IP網絡協議，根據機車電氣控制回路的信號正向傳遞方向，利用振動傳感器獲取故障信息的振動幅度，用于放大濾波故障信息。

在此過程中，應注意不同類型信號在線監測裝置的應用，以標準化的方式安裝裝置。在整車工作狀態下定位并獲取在線監測數據，以及機車電氣控制回路的狀態數據。包括機車電氣控制回路故障振動信號、集成工作信號等。在掌握基本數據信息的基礎上，利用終端大數據計算平臺，轉換并調整機車電氣控制回路故障信息的信號格式。實現將多種故障表達數據在輸出過程中呈現得更規律，也使機車電氣控制回路故障信號的形成可滿足時序數據正確集合的表達方式。

1.2 機車電氣控制回路故障信息處理

考慮到機車電氣控制回路故障信息存在濾波信號弱、整體表現能力差等問題。因此，提出放大法進行電力濾波信號信息的放大處理，并根據不同數據的類型，進行機車電氣控制回路故障信號的分賬處理。導出處理結構，將與故障狀態相關的信號，使用終端網絡進行信號的傳輸，并按照頂層機車電氣傳輸端對超負荷狀態濾波信號的解碼處理。在網絡傳輸協議的基礎上，進行數據信息的傳遞與集成，以此實現多機車電氣控制回路故障信息在網絡傳輸路徑中的合理化分配。此外，使用終端設備，獲取并接收故障信息，并在終端接收發射的信號。

為了避免獲取的信息與實際信息存在一定差異性，可假定機車電氣控制回路故障狀態下的濾波信號表示為y(n)；則y(n1)、y(n2)、y(3)…y(nm)表示回路故障離散信號。以此可用公式（1）表達機車電氣控制回路故障信號。

式中，y(n)表示為機車電氣控制回路故障傳輸端原始信息；m表示為故障行為轉換次數；j表示為信號在網絡中的傳輸路徑；D表示為信號分布平方和。根據上述計算公式，重構狀態信號在傳輸路徑中的排列，按照規范化的順序導出機車電氣控制回路故障信息，以此完成對機車電氣控制回路故障信息的處理。

1.3 基于決策樹算法的機車電氣控制回路故障精準檢測

處理完所采集的機車電氣控制回路故障信息后，利用決策樹算法對數據信息進行系統的分析，進而判斷出機車電氣控制回路故障發生的概率，其分析過程如下。

根據機車電氣控制回路實際情況建立故障決策樹，機車電氣控制回路主要分為繼電單元、中維放大單元以及中央罐區線路單元三部分，因此，以該三個單元作為故障決策指標，建立機車電氣控制回路故障決策樹如圖1所示。

圖1 機車電氣控制回路故障決策樹

將處理后的機車電氣控制回路故障信號按照圖1進行分類，并且將機車電氣控制回路三個單元故障作為頂事件，將故障的各種直接原因設置為中間事件。按照此規律找出中間事件的下一集中間事件，直到在故障信號集合中得到不能分解的底事件為止，利用邏輯門將所有故障事件聯結在一起，形成一個樹狀的決策樹，計算出頂事件失效概率，其用公式（2）表示如下：

式中，P(T)表示機車電氣控制回路頂事件失效概率，即機車電氣控制回路故障發生概率；T表示機車電氣控制回路頂事件發生所在的單元；Pi表示第i個底事件發生的概率；i表示計算過程中存在的底事件數量。利用上述公式即可計算出機車電氣控制回路發生故障的概率，并得到故障發生的所在單元，以此完成基于決策樹算法的機車電氣控制回路故障精確檢測。

2 實驗分析

實驗以某機車電氣控制回路為實驗對象，利用此次設計方法與傳統方法對其進行故障檢測。實驗中利用MATLAB軟件向該機車電氣控制回路發送故障信號，破壞回路運行邏輯，故障信號發送頻率為2.54Hz，使回路雙限繼電、中繼放大、中央罐區線路三個單元均發生不同程度的故障。利用兩種方法對回路故障進行檢測，檢測時間為15min，記錄兩種方法在實驗中漏檢和誤檢故障數量，并利用軟件計算出兩種方法檢測殘差值，實驗結果如表1所示。

表1 兩種方法檢測殘差值對

從表1中可以看出，此次設計方法機車電氣控制回路故障檢測殘差值基本可以控制在0.1以下，且遠遠低于傳統方法，因此實驗證明設計方法更適用于機車電氣控制回路故障精準檢測。

3 結語

本文針對目前現有的機車電氣控制回路故障檢測方法存在的不足之處，通過引用決策樹算法設計了一套新的方法。并通過實驗論證了該方法能夠有效提高機車電氣控制回路故障檢測精度，對傳統方法進行了改良與創新，有效解決了機車電氣控制回路故障問題，對機車電氣研發領域提供了有力的理論支撐。