楊鵬飛

摘 要：鐵路信號設(shè)備為我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)地健康發(fā)展提供了充足的設(shè)備支持。在鐵路運(yùn)輸過程中，通過鐵路信號設(shè)備可以將收集到的各類行車設(shè)備狀況的信息進(jìn)行傳輸與調(diào)度指令控制。如果鐵路信號設(shè)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(yùn)用鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)，可以對設(shè)備的故障信息進(jìn)行實(shí)時的捕捉與分析，并合理地運(yùn)用知識庫滿足鐵路信號設(shè)備故障的維修需求。為此，本文對鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行研究，望能夠促進(jìn)我國鐵路運(yùn)輸事業(yè)快速、健康地發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鐵路信號設(shè)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(diǎn)。目前，鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)受到了很多機(jī)構(gòu)的研究，雖然取得了一定的進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行精準(zhǔn)的匹配。因此，加大鐵路信號設(shè)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(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了提高鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)研究的準(zhǔn)確性，本文將信號微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為研究的基礎(chǔ)。此系統(tǒng)由三個部分組成：數(shù)據(jù)預(yù)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(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1我們可以看出，此鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)用的是B/S結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的應(yīng)用主體存在廣泛性，即多個用戶可以共同運(yùn)用此系統(tǒng)并對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。此系統(tǒng)的成功運(yùn)用，需要在服務(wù)器上安裝應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的部件庫存，在訪問服務(wù)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(jìn)行了相應(yīng)地闡述。

1、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊

故障數(shù)據(jù)是從鐵路上的相關(guān)服務(wù)器采集而來，此模塊通過對收集到的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)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(yù)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(shè)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(shè)備的故障癥狀進(jìn)行匹配，同時結(jié)合設(shè)備用戶提供的信息，來對行車設(shè)備進(jìn)行故障診斷。

3、維修管理模塊

維修管理模塊是鐵路信號設(shè)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(yù)處理和故障診斷后，可以通過維修管理模塊進(jìn)行檢修任務(wù)的派發(fā)，進(jìn)而保證行車故障設(shè)備得到及時地處理。

二、鐵路信號設(shè)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(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)知識的獲取

鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)中所獲取的知識會包括多個領(lǐng)域，具體要獲取的領(lǐng)域知識主要有：信號系統(tǒng)運(yùn)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(yàn)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(xué)習(xí)式獲取等方式來實(shí)現(xiàn)知識的獲取。

（二）鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)知識模型的表示

鐵路信號設(shè)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(jìn)行有效的管理分類，按照信號設(shè)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(shè)備故障、信號機(jī)故障、軌道電路故障、控制臺設(shè)備故障、信號機(jī)故障、自閉設(shè)備故障和移頻接收設(shè)備故障[3]。通過對鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)，將繁雜與富有層次的故障知識有效地表達(dá)了出來。

故障樹又名“事故樹”，它是運(yùn)用邏輯推理對系統(tǒng)知識的子類組成、原理和功能進(jìn)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(jìn)而統(tǒng)計(jì)分析出鐵路信號設(shè)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(jī)設(shè)計(jì)

（一）故障推理機(jī)的作用

故障推理機(jī)是鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)中的核心組成部分。對其進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計(jì)可以保證系統(tǒng)高效地運(yùn)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(dāng)行車設(shè)備發(fā)生故障時，故障推理機(jī)在對故障進(jìn)行診斷時，會選用相應(yīng)的策略將數(shù)據(jù)知識庫中的相應(yīng)知識調(diào)取出來，并對行車設(shè)備故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)地分析與隔離，進(jìn)而分析定位出行車設(shè)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(jī)診斷推理的原理

推理機(jī)是鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)行駛診斷的重要組成部分。推理機(jī)的設(shè)計(jì)要從推理方法、推理方向和搜索策略三個方面來進(jìn)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(lǐng)域知識之間的因果關(guān)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(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)可以進(jìn)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(shí)向結(jié)論方向進(jìn)行推導(dǎo)，直到推導(dǎo)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(shè)，然后再尋找相關(guān)的證據(jù)或者事實(shí)來驗(yàn)證假設(shè)的真實(shí)與否，當(dāng)假設(shè)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?；旌想p向推理是將正向和反向推理共同運(yùn)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(shè)進(jìn)行反向推理。

3、搜索策略

鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)推理機(jī)在進(jìn)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(jìn)行推理時，可以建立專家系統(tǒng)解釋機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可以解釋推理結(jié)果，也可以大大地提升鐵路信號設(shè)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(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的各個模塊的功能進(jìn)行了詳細(xì)地介紹分析，并對鐵路信號設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)知識的獲取與知識模型的表示進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，這樣可以為鐵路信號設(shè)備的一些常規(guī)故障提供強(qiáng)有力的決策支持，并最終促進(jìn)鐵路事業(yè)良性健康地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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

[2][3]張保銀，梁朝輝，李永燕.鐵路信號設(shè)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(yùn)輸分公司）