微机监测检测决策支持系统的研究

兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室 张 荃

1.引言

铁路信号设备是铁路交通系统中最为关键和重要的设备之一。近年来随着科技的进步我国的铁路朝着高速、重载和高密度的方向发展，由此可见，如何保证铁路交通系统的安全和高效运行极为重要。信号设备的可靠性和安全性直接影响着铁路交通系统的安全、输送力和效率。铁路信号微机监测系统是保证行车安全、加强信号设备结合部管理、监测铁路信号设备运用质量的重要行车设备。微机监测系统的应用一般分为三部分：监测站机系统、电务段监测服务器和各类监测终端组成。本文研究的微机监测检测决策支持系统就是运用在电务段监测服务器上，为了保证行车安全，该系统能够为铁路信号设备检修人员故障诊断，故障定位，故障排除等方面提供辅助决策支持，在最短时间内提供出最有效的诊断方案，有效避免由于检修人员经验不足而造成的诊断失误。此决策支持系统研究的内容包括列车运行现状进行识别诊断、对其运行过程的检测以及对其运行发展趋势的预测。微机监测检测决策支持系统为行车安全和系统运行安全提供了有利的保证。

2.系统结构

微机监测检测决策支持系统以信号微机监测系统的数据为基础，由数据预处理模块、智能决策支持系统及检修管理模块和学习模块四部分组成。其中，智能决策支持系统由决策支持系统和专家系统组成。决策支持系统主要是：①问题处理及人机交互系统；②数据库系统；③模型库系统等组成。专家系统主要由知识库、知识库管理系统和推理机三部分组成。本系统新增设了一个学习系统，提出了一种基于学习的新一代DSS体系结构。系统结构示意图如图1所示。

图1 基于机器学习的IDSS总体结构图

（1）数据预处理模块。主要是为故障初始数据进行数据预处理，为故障诊断模块提供可用数据，实现从铁路相关服务器上采集实时故障数据到本地，对这些故障初始数据进行数据转换，将编码数据转换为可读的表数据，并将转换后的数据添加到指定数据库中。

（2）智能决策支持模块。这是微机监测检测决策支持系统的核心部分。智能决策支持系统分以下几个部分：

1）数据系统

数据系统包括数据库和数据管理系统，其功能包括对数据的存储、检索、处理和维护，并能从来自多种渠道的各类信息资源中吸取数据，把它们转换成IDSS要求的各种内部数据，充分利用现有各种类型的数据资源。

2）模型系统

由于决策问题的广泛性、决策模式的多样性、决策过程的复杂性，决定了模型库子系统是决策支持系统的核心。模型系统应能灵活地完成模型的存储和管理功能，实现各类决策辅助支持。

3）问题处理与人机交互系统

此系统通过与决策者的不断交互开始一个决策问题的求解，并向决策者提供各种信息。它为决策者提供信息收集、问题识别以及模型构造、使用、改进、分析和计算等功能，是决策者能够依据个人经验，主动地利用IDSS的各种支持功能。

4）知识系统

它是DSS能够解决用户问题的智囊，它主要包括一个综合性的知识库、多属性知识库（事实、规则）、知识库管理和推理部件。知识库系统是管理和维护知识的系统，主要功能是实现知识的推理、学习和获取等。知识库模块中包含着与信号设备故障有关的知识。铁路信号设备的故障总体上可分为电路故障和机械故障。铁路车站微机联锁系统是铁路信号系统的核心控制系统，目前大部分采用微机联锁系统。运行中出现的故障应该进行针对性地排查，若采用事后经验性维修和盲目性维修，不仅故障处理时间长、效率也相对较低，因此本系统采用了故障树的分析方法，基于故障树技术的决策支持系统可以快速追踪故障原因，提高检修工效。

知识量是否充裕、知识是否准确，是决定决策支持系统性能的最主要的方面。任何一种决策支持系统在建立初期都不可能将该领域所有的知识都能收集到位，知识库建成后，后期的知识获取工作非常重要。

知识库中知识的获取来源于以下几个方面：①通过专家等知识和经验丰富的人来获取；②各系统之间检修经验的交互；③系统的自学习机制知识库维护包括两方面：A.常规性维护：知识库的常规性维护包括知识的增添、删除、修改以及知识库的重组。B.语义一致性维护：a.检查先有知识库语义是否一致；b.检查增添、删除、修改知识是否会破坏知识库的。

5）推理机

它是实施问题求解的核心执行机构，它是对知识进行解释的程序。推理机问题求解过程就是判断如何应用规则的过程。

6）学习系统

图2 拟实现功能

学习系统将用户对话及分析结果，结合领域层次知识对问题求解过程进行归纳学习，生成新的模型操作知识，对问题求解系统以及知识系统进行修正或对原有的模型操作知识进行修正，实现机器学习的功能。

（3）维修管理模块。微机监测检测决策支持系统的最后一步，实现检修任务的派发，保证故障得以及时处理。生成故障检修方案以后，就应该安排工人进行维修工作了。本系统提供的维修管理模块包括工单生成、工单派发、工单回笼、工单归档等4个部分。

3.拟实现的功能

本决策支持系统拟实现四种功能包括：故障诊断、告警管理、故障统计、工单管理，具体实现功能如图2所示。

4.软件开发环境

图3 开发环境结构图

IDSS的开发环境是指支持智能决策支持系统开发的软件系统。由于智能决策支持系统具有相当的特殊性，而这些特殊性在很大程度上是依赖于开发环境的，所以智能决策支持系统开发环境与其他通用开发系统不同。一个重要的特点就是智能决策支持系统的开发环境/运行环境和智能决策支持系统联系非常密切。一般通用的开发环境，如Visual C++6.0，专门化差一些，直接在一般的操作系统上达不到IDSS的要求，因此必须要把智能决策支持系统与其开发环境融为一体。其开发环境结构如图3所示。

5.结束语

本文从决策支持系统的整体结构出发，基于故障诊断的理论与方法，对微机监测检测决策支持系统的结构和功能进行了设计。设计一套集故障排序，故障诊断，故障检修为一体的微机监测检修决策支持系统。能为铁路信号设备的基本故障检修工作提供解决方案和决策支持。为铁路运行安全提供了进一步的保证，适应了我国铁路发展的需要。

[1]杨善林,倪志伟.机器学习与智能决策支持系统[M].北京:科学出版社,2004.

[2]袁成华.信号设备故障分析与处理[M].北京:中铁铁道出版社,2006.

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[4]张保银,梁朝辉,李永燕.铁路信号设备故障诊断专家系统[J].铁道通信信号,2010,9.