鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)研究

楊鵬飛

摘 要：鐵路信號設備為我國鐵路運輸事業(yè)地健康發(fā)展提供了充足的設備支持。在鐵路運輸過程中，通過鐵路信號設備可以將收集到的各類行車設備狀況的信息進行傳輸與調(diào)度指令控制。如果鐵路信號設備出現(xiàn)了故障，將會給鐵路的行車安全帶來極大的隱患。通過運用鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)，可以對設備的故障信息進行實時的捕捉與分析，并合理地運用知識庫滿足鐵路信號設備故障的維修需求。為此，本文對鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)進行研究，望能夠促進我國鐵路運輸事業(yè)快速、健康地發(fā)展。

關鍵詞：鐵路信號設備；故障診斷專家系統(tǒng)

隨著我國鐵路事業(yè)快速、健康發(fā)展，鐵路維修也不斷地呈現(xiàn)出專業(yè)化、自動化等特點。目前，鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)受到了很多機構的研究，雖然取得了一定的進展，但是在檢修上仍然存在著局限性，比如，只能檢修一些常見的且簡單的故障，同時由于知識庫的知識存在表示不夠準確等問題，使得檢測出的故障信息無法與知識庫里的故障信息進行精準的匹配。因此，加大鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)研究工作就顯得尤為重要。

一、鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構

為了提高鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)研究的準確性，本文將信號微機監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為研究的基礎。此系統(tǒng)由三個部分組成：數(shù)據(jù)預處理、故障診斷專家系統(tǒng)與檢修管理模塊[1]。以下為系統(tǒng)結(jié)構示意圖，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構示意圖

由圖1我們可以看出，此鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)應用的是B/S結(jié)構，此結(jié)構的應用主體存在廣泛性，即多個用戶可以共同運用此系統(tǒng)并對設備進行遠程診斷。此系統(tǒng)的成功運用，需要在服務器上安裝應用程序數(shù)據(jù)庫和相應的部件庫存，在訪問服務器時只需用統(tǒng)一選取的瀏覽器來訪問就行。以下內(nèi)容對三個模塊進行了相應地闡述。

1、數(shù)據(jù)預處理模塊

故障數(shù)據(jù)是從鐵路上的相關服務器采集而來，此模塊通過對收集到的故障數(shù)據(jù)進行預處理，可以為故障診斷模塊提供充足的數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)預處理主要包括對故障初始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可讀的表數(shù)據(jù)，同時將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)添加保存到制定的數(shù)據(jù)庫中。

2、故障診斷模塊

故障診斷模塊是鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)中最核心的模塊。通過調(diào)用知識庫與數(shù)據(jù)庫，對行車設備的故障癥狀進行匹配，同時結(jié)合設備用戶提供的信息，來對行車設備進行故障診斷。

3、維修管理模塊

維修管理模塊是鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的最后一個模塊。數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理和故障診斷后，可以通過維修管理模塊進行檢修任務的派發(fā)，進而保證行車故障設備得到及時地處理。

二、鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)知識的獲取與知識模型的表示

（一）鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)知識的獲取

鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)中所獲取的知識會包括多個領域，具體要獲取的領域知識主要有：信號系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象、部位和原因；歷史故障的數(shù)據(jù)記載和分析結(jié)果；維修工程是對各種故障診斷的方法、原理以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)[2]。為了保證整個系統(tǒng)性能的良好，會結(jié)合不同的方式，比如像交互式獲取、學習式獲取等方式來實現(xiàn)知識的獲取。

（二）鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)知識模型的表示

鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)會包含大量的知識，為了將這些知識進行有效的管理分類，按照信號設備可以將這些故障知識分為：道岔故障、電源屏故障、軌道電路故障、控制臺設備故障、信號機故障、軌道電路故障、控制臺設備故障、信號機故障、自閉設備故障和移頻接收設備故障[3]。通過對鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)進行研究我們發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)故障知識呈現(xiàn)著繁雜性與層次性，這就對知識的表示形式提出了更高的要求，而故障樹儲存方式則剛好契合系統(tǒng)故障知識的特點，將繁雜與富有層次的故障知識有效地表達了出來。

故障樹又名“事故樹”，它是運用邏輯推理對系統(tǒng)知識的子類組成、原理和功能進行分析辨識和評價，不僅可以分析出故障現(xiàn)象的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因，進而統(tǒng)計分析出鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)所含有的故障記錄和維修記錄等。而將各個子故障樹連接在一起就可以形成整個系統(tǒng)的故障樹。

三、故障推理機設計

（一）故障推理機的作用

故障推理機是鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)中的核心組成部分。對其進行科學合理地設計可以保證系統(tǒng)高效地運行。為了能夠高效地為用戶提供故障檢修方案，我們會將過往的專家檢修方案記錄在故障診斷結(jié)果庫中。當行車設備發(fā)生故障時，故障推理機在對故障進行診斷時，會選用相應的策略將數(shù)據(jù)知識庫中的相應知識調(diào)取出來，并對行車設備故障信息數(shù)據(jù)進行相應地分析與隔離，進而分析定位出行車設備發(fā)生故障的源頭，并向用戶制定出故障檢修方案。

（二）故障推理機診斷推理的原理

推理機是鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)行駛診斷的重要組成部分。推理機的設計要從推理方法、推理方向和搜索策略三個方面來進行[2]。

1、推理方法

推理方法可以劃分為精確推理和不精確推理兩種。精確推理是指領域知識之間的因果關系是必然的，也就是說推理的前提和推理的結(jié)論不是否定就是肯定的。而不精確推理又可以稱之為似然推理，是由不確定的根據(jù)知識推算出不確定性的結(jié)論。

2、推理方向

鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)可以進行正向、反向與混合雙向推理三種方式的推理。正向推理是指根據(jù)已知的事實向結(jié)論方向進行推導，直到推導出正確的結(jié)論。反向推理則是將知識庫中的某種故障作為前提假設，然后再尋找相關的證據(jù)或者事實來驗證假設的真實與否，當假設故障所需的數(shù)據(jù)與客戶提供的數(shù)據(jù)匹配成功后，則反向推理成功。混合雙向推理是將正向和反向推理共同運用到推理過程中，首先根據(jù)提前給定的數(shù)據(jù)向前推理，在得出診斷結(jié)論后，再以結(jié)論為假設進行反向推理。

3、搜索策略

鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)推理機在進行規(guī)格匹配時會出現(xiàn)三種結(jié)果：一條規(guī)則匹配成功；兩種以上的規(guī)則匹配成功；沒有規(guī)則匹配成功。在進行推理時，可以建立專家系統(tǒng)解釋機構，此機構可以解釋推理結(jié)果，也可以大大地提升鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)的性能。就目前常用的搜索策略主要有兩種：盲目搜索和啟發(fā)式搜索。盲目搜索的限制條件比較少，不需要問題域內(nèi)的專門信息。啟發(fā)式搜索則需要問題域內(nèi)的專門信息，此種搜索可以縮小搜索空間，并大大地提高了搜索效率。

四、結(jié)束語

總之，本文從鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構出發(fā)，對系統(tǒng)結(jié)構的各個模塊的功能進行了詳細地介紹分析，并對鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)知識的獲取與知識模型的表示進行了詳細的闡述，這樣可以為鐵路信號設備的一些常規(guī)故障提供強有力的決策支持，并最終促進鐵路事業(yè)良性健康地發(fā)展。

參考文獻

[1]張清清.鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)設計研究[J].企業(yè)技術開發(fā)，2013，35（9）：28-29.

[2][3]張保銀，梁朝輝，李永燕.鐵路信號設備故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].鐵道通信信號，2016，46（9）：26-28.

（作者單位：陜西陜煤澄合礦業(yè)公司鐵路運輸分公司）