鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

黃 聰

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

1 鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 知識(shí)庫設(shè)計(jì)

知識(shí)庫是設(shè)備診斷過程中智能化分析的關(guān)鍵性技術(shù)，通過知識(shí)庫設(shè)計(jì)能夠明確監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)信息與實(shí)際故障現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過因果分析法判斷設(shè)備故障與模擬量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)之間的因果關(guān)系。為了方便廣大用戶的操作與管理，知識(shí)庫的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，按照設(shè)備功能將其劃分為多個(gè)類型，知識(shí)庫包括外電網(wǎng)模塊、電源屏模塊、電碼化模塊等若干模塊，能夠在發(fā)生故障的第一時(shí)間，根據(jù)故障情況以及數(shù)據(jù)因果關(guān)系的分析，建立診斷規(guī)則[1]。通過信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能化分析系統(tǒng)知識(shí)庫，解析采集到的車站站機(jī)信息，并通過模擬量的定義方式，了解知識(shí)庫字段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確知識(shí)庫規(guī)則編制流程。專家團(tuán)隊(duì)能夠結(jié)合故障現(xiàn)象，分析故障發(fā)生的主要原因，通過信號(hào)集中監(jiān)測(cè)，將信號(hào)設(shè)備車站站機(jī)得到的開關(guān)量、模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，解析故障現(xiàn)象。在知識(shí)庫管理階段，系統(tǒng)能夠隨時(shí)調(diào)取故障診斷規(guī)則，得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，判斷故障發(fā)生的具體位置，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行流程存在較大差異，導(dǎo)致集中監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的信息內(nèi)容各不相同。為了保證診斷規(guī)則配置的精準(zhǔn)性，需要運(yùn)用新一代管理工具，能夠自動(dòng)校準(zhǔn)知識(shí)庫規(guī)則分配的準(zhǔn)確性，根據(jù)設(shè)備類型差異，分別設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，要求技術(shù)人員熟練地進(jìn)行系統(tǒng)操控，生成自動(dòng)采集點(diǎn)[2]。

1.2 案例庫設(shè)計(jì)

案例庫主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的診斷案例儲(chǔ)存，通過ORACLE數(shù)據(jù)庫提高推理機(jī)的檢索速度，加強(qiáng)歷史案例儲(chǔ)存的安全性，在知識(shí)庫設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上建立案例庫分析模塊，選擇故障發(fā)生前后的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將時(shí)間節(jié)點(diǎn)所具有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行差異劃分，將最終的檢測(cè)結(jié)果與案例庫中的歷史案例進(jìn)行一一對(duì)比。按照相似度得到準(zhǔn)確的比較結(jié)果，判斷故障發(fā)生的具體位置以及故障解決方案，在對(duì)案例庫管理的過程中，電務(wù)人員需要結(jié)合個(gè)人所具有的管理權(quán)限，對(duì)案例庫進(jìn)行新增、查詢和刪除管理，并結(jié)合分析得到的故障發(fā)生原因，為后續(xù)的故障維護(hù)提出合理化建議。通過維修過

程的全面監(jiān)管，得到全新的維護(hù)案例，嚴(yán)格約束工作人員的操作權(quán)限，預(yù)防越權(quán)操作問題的發(fā)生。

1.3 推理機(jī)設(shè)計(jì)

推理機(jī)設(shè)計(jì)需要確定目標(biāo)對(duì)象、輸入外部信息，通過演繹歸納的邏輯算法，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行模式演算，本程序以案例庫為基礎(chǔ)，在出現(xiàn)信號(hào)設(shè)備故障的第一時(shí)間，分析故障發(fā)生前后開關(guān)量、模擬量的數(shù)據(jù)變化情況。通過邏輯推理提出相應(yīng)的維修意見，推理機(jī)需要結(jié)合知識(shí)庫的診斷規(guī)則，參考案例庫中的對(duì)應(yīng)案例完成推理任務(wù)，常用的推理方式有演繹推理、歸納推理和配比推理，根據(jù)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(jù)，在一致性校正中發(fā)揮著重要作用，歸納推理通過觀察實(shí)踐與探究分析故障發(fā)生這一特殊形式，通過完全歸納法、簡(jiǎn)單枚舉法和差異法等推理方式得到相應(yīng)的分析結(jié)果[3]。推理具有特殊性，明確設(shè)備的基礎(chǔ)屬性，將具有同一屬性的設(shè)備類型結(jié)合到一起，通過相同性質(zhì)對(duì)比了解設(shè)備的其他性質(zhì)，根據(jù)相同故障因素提出相應(yīng)的推理假設(shè)。按照一定的推理方案，提取出知識(shí)庫中的知識(shí)內(nèi)容，選擇合適的推理方法，以事實(shí)為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)總結(jié)，方向推理可以先提出假設(shè)，尋找支持假設(shè)的理論依據(jù)，當(dāng)證據(jù)不足時(shí)要提出新的假設(shè)，得出最終的故障分析結(jié)論。通過正向推理提出假設(shè)，運(yùn)用反向推理尋找假設(shè)條件，保證最終推理結(jié)果的精確性，在推理過程中所涉及的知識(shí)內(nèi)容具有一定的邏輯關(guān)系、因果關(guān)系。推理所采用的計(jì)算規(guī)則不是肯定的，要通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)的合理組合，形成不同的推理結(jié)果，通過對(duì)比分析得到最終的推理結(jié)論。

1.4 圖形化設(shè)計(jì)

圖1 推理機(jī)運(yùn)行流程

圖形化設(shè)計(jì)功能能夠隨時(shí)探查信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，工作人員能夠在智能檢測(cè)終端查看信號(hào)設(shè)備，加強(qiáng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備工作之間的緊密聯(lián)系，同步采集模擬量數(shù)據(jù)中，觀察繼電器接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化。AutoCA D技術(shù)作為繪圖軟件，在國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)拓展，根據(jù)用戶的觀察需求，隨機(jī)訪問圖形實(shí)體的非圖形數(shù)據(jù)信息，是系統(tǒng)二次開發(fā)必不可少的重要功能。將拓展的數(shù)據(jù)添加到所有對(duì)象中，AutoLSP編寫的應(yīng)用程序resbuf鏈表組成Xdata，拓展數(shù)據(jù)以實(shí)體化的形式進(jìn)入到圖塊信息中，將拓展數(shù)據(jù)的應(yīng)用名稱提前儲(chǔ)存在實(shí)體拓展數(shù)據(jù)中，在用戶登記處理階段，可以隨機(jī)調(diào)用函數(shù)查詢附加拓展數(shù)據(jù)中，將數(shù)據(jù)輸送到結(jié)果緩沖區(qū)，作為AutoCAD圖塊文件的重要組成部分。

1.5 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算任務(wù)移交到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，由客戶機(jī)完成簡(jiǎn)單的前端操作，將任務(wù)內(nèi)容合理分配到客戶端與服務(wù)器端，充分發(fā)揮系統(tǒng)環(huán)境所具有的分析優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。信號(hào)設(shè)備的故障診斷，需要在鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，連接新的開發(fā)系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)。在鐵路電務(wù)段建立信號(hào)檢測(cè)中心，擴(kuò)展監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，在電務(wù)段監(jiān)測(cè)中心設(shè)置故障診斷服務(wù)器，采用電務(wù)調(diào)動(dòng)指揮中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)報(bào)警數(shù)據(jù)管理，豐富信號(hào)設(shè)備故障診斷功能。

2 鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析

系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析的主要任務(wù)是捕捉瞬態(tài)故障，發(fā)出故障警報(bào)，顯示故障設(shè)備的具體位置，在進(jìn)行站場(chǎng)連鎖邏輯關(guān)系分析的過程中，需要進(jìn)行選排一致性、排列過程的實(shí)時(shí)分析，了解區(qū)段空閑狀態(tài)。在道岔電路分析的過程中需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在無法獲取到操作信息時(shí)，發(fā)生故障將無法進(jìn)行報(bào)警提示，通過繼電器進(jìn)行提速道岔報(bào)警，并根據(jù)電壓的波動(dòng)情況，設(shè)計(jì)出道岔電壓曲線，對(duì)道岔轉(zhuǎn)換工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，分析道岔轉(zhuǎn)換過程中存在的阻力[4]。

2.2 故障分析診斷功能

通過智能化技術(shù)的有效應(yīng)用，數(shù)據(jù)分析人員能夠快速的解析鐵路信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所獲得的報(bào)警信息，加強(qiáng)報(bào)警模塊與知識(shí)庫之間的有效連接，合理配置維護(hù)人員，能夠在發(fā)生報(bào)警的第一時(shí)間，快速進(jìn)行故障診斷，并下達(dá)故障維護(hù)指令，遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)故障處理。建立圖文管理系統(tǒng)，確保信號(hào)設(shè)備故障的應(yīng)急處置系統(tǒng)集成化發(fā)展，嚴(yán)格按照設(shè)備原理圖、技術(shù)材料，調(diào)整故障處理流程，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障現(xiàn)象以照片圖像的形式發(fā)送到統(tǒng)一管理中心。指揮人員根據(jù)實(shí)際故障信息排查故障診斷案例，充分發(fā)揮信號(hào)集中監(jiān)測(cè)智能綜合分析系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行報(bào)警信息與知識(shí)庫之間的關(guān)聯(lián)配置時(shí)，需要讀取外部配置形式，根據(jù)報(bào)警類型、設(shè)備類型以及報(bào)警內(nèi)容進(jìn)行智能化診斷，捕捉故障紅光帶，分析道岔電路，得到道岔動(dòng)作異常報(bào)警時(shí)間。觀察列車信號(hào)的關(guān)閉流程是否正常，根據(jù)報(bào)警信息對(duì)配置文件進(jìn)行增加與修改，制定出關(guān)聯(lián)配置修改意見，由專業(yè)的維修人員對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)化完善，在歷史報(bào)警界面添加診斷列，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)找出與報(bào)警信息相關(guān)的資料，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。運(yùn)用數(shù)據(jù)提取技術(shù)將各項(xiàng)故障參數(shù)輸入到診斷系統(tǒng)中，為后續(xù)診斷工作提供理論依據(jù)，診斷分析系統(tǒng)屬于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)需要根據(jù)發(fā)生故障的設(shè)備類型，選擇相應(yīng)的分析模塊。通過個(gè)性化配置，針對(duì)故障現(xiàn)象明確相同模塊故障問題的差異性，通過報(bào)警信息得到準(zhǔn)確的故障發(fā)生時(shí)間，由車務(wù)部門根據(jù)故障發(fā)生時(shí)間，選擇合適的診斷分析方案。在關(guān)聯(lián)設(shè)備選擇階段，要從站場(chǎng)圖中進(jìn)行設(shè)備選擇，根據(jù)故障現(xiàn)象確定故障類別和具體位置。在故障關(guān)聯(lián)選擇階段做好知識(shí)庫、案例庫之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，通過分析模塊判斷故障現(xiàn)象，自動(dòng)顯示出關(guān)聯(lián)設(shè)備的名稱與編號(hào)，由分析人員輸入相關(guān)信息進(jìn)行案例比對(duì)。分析人員獲得各項(xiàng)故障數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)加載提取信號(hào)集中監(jiān)測(cè)站機(jī)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并將其發(fā)送到故障分析子模塊[5]。

3 系統(tǒng)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 故障輔助分析界面優(yōu)化

傳統(tǒng)的系統(tǒng)分析需要在選擇時(shí)間點(diǎn)后，通過人工輸入的形式導(dǎo)入故障分析參考材料中。經(jīng)過統(tǒng)一的優(yōu)化處理，分析人員能夠結(jié)合故障前時(shí)間點(diǎn)的選擇規(guī)則，精準(zhǔn)地找到故障發(fā)生前的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，只需要簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操控，系統(tǒng)就能夠自動(dòng)進(jìn)行故障時(shí)間點(diǎn)的填入，由分析人員得到準(zhǔn)確的時(shí)間數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)，發(fā)生故障后時(shí)間點(diǎn)功能設(shè)計(jì)優(yōu)化流程相同。通過這一設(shè)計(jì)形式，可有效降低人工輸入存在的數(shù)據(jù)誤差，保障故障維修檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠節(jié)約數(shù)據(jù)獲取時(shí)間，減少故障維護(hù)人員的工作量。

3.2 歷史開關(guān)量查詢優(yōu)化

傳統(tǒng)的歷史開關(guān)量查詢結(jié)果需要進(jìn)行單一的開關(guān)量數(shù)據(jù)篩選。經(jīng)過優(yōu)化處理后能夠同時(shí)完成多個(gè)開關(guān)量數(shù)據(jù)的同時(shí)篩選，保證查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性，分析人員在系統(tǒng)操作階段進(jìn)入開關(guān)量的查詢界面，通過歷史變化，設(shè)置好查詢開始時(shí)間以及結(jié)束時(shí)間，通過系統(tǒng)自動(dòng)查詢顯示出時(shí)間范圍內(nèi)的查詢結(jié)果。分析人員在進(jìn)行某一特定開關(guān)量動(dòng)態(tài)變化查詢的過程中，需要在查找欄輸入開關(guān)量的名稱，系統(tǒng)能夠自動(dòng)解析輸入的查詢指令完成篩選工作，直接在計(jì)算機(jī)上顯示開關(guān)量的變化情況。數(shù)據(jù)分析人員在查詢多個(gè)開關(guān)量變化情況的過程中，需要逐個(gè)填寫開關(guān)量的具體名稱，運(yùn)用特定的符號(hào)作為間隔，優(yōu)化后歷史開關(guān)量的查詢過程更加便捷，能夠節(jié)約大量的數(shù)據(jù)分析時(shí)間。

3.3 站場(chǎng)圖設(shè)備選擇優(yōu)化

傳統(tǒng)的系統(tǒng)操作想要從站場(chǎng)圖中進(jìn)行設(shè)備選擇，需要按照一定的規(guī)則和操作順序進(jìn)行。經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化處理后，只需要進(jìn)入選站提示界面，添加“跳過”功能，數(shù)據(jù)分析人員能夠在故障數(shù)據(jù)提取界面運(yùn)用站場(chǎng)圖設(shè)備選擇功能，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)提示站場(chǎng)圖設(shè)備的選擇順序。如果站場(chǎng)圖中缺乏與之相匹配的智能設(shè)備，存在規(guī)則設(shè)備與實(shí)際設(shè)備信息不符的問題時(shí)，由數(shù)據(jù)分析人員通過“跳過”操作，進(jìn)入到下一階段的設(shè)備選項(xiàng)，重新輸入選擇設(shè)備名稱。當(dāng)多個(gè)設(shè)備無法智能選擇時(shí)，可以連續(xù)使用“跳過”選項(xiàng)，對(duì)同一類型的設(shè)備進(jìn)行忽略處理，當(dāng)完成站場(chǎng)圖設(shè)備選擇后，自動(dòng)關(guān)閉提示界面，數(shù)據(jù)分析人員結(jié)合系統(tǒng)彈出的設(shè)備名稱，根據(jù)數(shù)據(jù)分析任務(wù)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，進(jìn)入到后續(xù)的數(shù)據(jù)分析流程中，通過系統(tǒng)優(yōu)化改善運(yùn)行環(huán)境。

4 結(jié)束語

為了保障在設(shè)備出現(xiàn)故障的第一時(shí)間智能發(fā)出故障預(yù)警，需要全面提高鐵路車站的信號(hào)設(shè)備安全管理能力，要求值班工作人員具有優(yōu)秀的崗位意識(shí)，能夠熟練掌握各項(xiàng)故障檢測(cè)技能，在鐵路高速、高載重的發(fā)展指標(biāo)下，通過智能化電務(wù)管理有效地解決設(shè)備故障問題。利用智能數(shù)據(jù)分析軟件獲得豐富的數(shù)據(jù)信息，明確故障發(fā)生的具體位置，下達(dá)鐵路維修指令，在進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過程中，能夠完成道岔電路、軌道電路、區(qū)間閉塞分區(qū)的系統(tǒng)分析，通過智能化系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警故障處理，并向指揮總部提交維修分析報(bào)告。