铁路信号设备故障诊断专家系统研究

杨鹏飞

摘 要：铁路信号设备为我国铁路运输事业地健康发展提供了充足的设备支持。在铁路运输过程中，通过铁路信号设备可以将收集到的各类行车设备状况的信息进行传输与调度指令控制。如果铁路信号设备出现了故障，将会给铁路的行车安全带来极大的隐患。通过运用铁路信号设备故障诊断专家系统，可以对设备的故障信息进行实时的捕捉与分析，并合理地运用知识库满足铁路信号设备故障的维修需求。为此，本文对铁路信号设备故障诊断专家系统进行研究，望能够促进我国铁路运输事业快速、健康地发展。

关键词：铁路信号设备；故障诊断专家系统

随着我国铁路事业快速、健康发展，铁路维修也不断地呈现出专业化、自动化等特点。目前，铁路信号设备故障诊断专家系统受到了很多机构的研究，虽然取得了一定的进展，但是在检修上仍然存在着局限性，比如，只能检修一些常见的且简单的故障，同时由于知识库的知识存在表示不够准确等问题，使得检测出的故障信息无法与知识库里的故障信息进行精准的匹配。因此，加大铁路信号设备故障诊断专家系统研究工作就显得尤为重要。

一、铁路信号设备故障诊断专家系统结构

为了提高铁路信号设备故障诊断专家系统研究的准确性，本文将信号微机监测系统数据作为研究的基础。此系统由三个部分组成：数据预处理、故障诊断专家系统与检修管理模块[1]。以下为系统结构示意图，如图1所示。

图1系统结构示意图

由图1我们可以看出，此铁路信号设备故障诊断专家系统应用的是B/S结构，此结构的应用主体存在广泛性，即多个用户可以共同运用此系统并对设备进行远程诊断。此系统的成功运用，需要在服务器上安装应用程序数据库和相应的部件库存，在访问服务器时只需用统一选取的浏览器来访问就行。以下内容对三个模块进行了相应地阐述。

1、数据预处理模块

故障数据是从铁路上的相关服务器采集而来，此模块通过对收集到的故障数据进行预处理，可以为故障诊断模块提供充足的数据支持。数据预处理主要包括对故障初始数据的数据转换、将编码数据转换为可读的表数据，同时将转换得到的数据添加保存到制定的数据库中。

2、故障诊断模块

故障诊断模块是铁路信号设备故障诊断专家系统中最核心的模块。通过调用知识库与数据库，对行车设备的故障症状进行匹配，同时结合设备用户提供的信息，来对行车设备进行故障诊断。

3、维修管理模块

维修管理模块是铁路信号设备故障诊断专家系统的最后一个模块。数据经过预处理和故障诊断后，可以通过维修管理模块进行检修任务的派发，进而保证行车故障设备得到及时地处理。

二、铁路信号设备故障诊断专家系统知识的获取与知识模型的表示

（一）铁路信号设备故障诊断专家系统知识的获取

铁路信号设备故障诊断专家系统中所获取的知识会包括多个领域，具体要获取的领域知识主要有：信号系统运行中出现的各种故障现象、部位和原因；历史故障的数据记载和分析结果；维修工程是对各种故障诊断的方法、原理以及经验数据[2]。为了保证整个系统性能的良好，会结合不同的方式，比如像交互式获取、学习式获取等方式来实现知识的获取。

（二）铁路信号设备故障诊断专家系统知识模型的表示

铁路信号设备故障诊断专家系统会包含大量的知识，为了将这些知识进行有效的管理分类，按照信号设备可以将这些故障知识分为：道岔故障、电源屏故障、轨道电路故障、控制台设备故障、信号机故障、轨道电路故障、控制台设备故障、信号机故障、自闭设备故障和移频接收设备故障[3]。通过对铁路信号设备故障诊断专家系统进行研究我们发现，系统故障知识呈现着繁杂性与层次性，这就对知识的表示形式提出了更高的要求，而故障树储存方式则刚好契合系统故障知识的特点，将繁杂与富有层次的故障知识有效地表达了出来。

故障树又名“事故树”，它是运用逻辑推理对系统知识的子类组成、原理和功能进行分析辨识和评价，不仅可以分析出故障现象的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因，进而统计分析出铁路信号设备故障诊断专家系统所含有的故障记录和维修记录等。而将各个子故障树连接在一起就可以形成整个系统的故障树。

三、故障推理机设计

（一）故障推理机的作用

故障推理机是铁路信号设备故障诊断专家系统中的核心组成部分。对其进行科学合理地设计可以保证系统高效地运行。为了能够高效地为用户提供故障检修方案，我们会将过往的专家检修方案记录在故障诊断结果库中。当行车设备发生故障时，故障推理机在对故障进行诊断时，会选用相应的策略将数据知识库中的相应知识调取出来，并对行车设备故障信息数据进行相应地分析与隔离，进而分析定位出行车设备发生故障的源头，并向用户制定出故障检修方案。

（二）故障推理机诊断推理的原理

推理机是铁路信号设备故障诊断专家系统行驶诊断的重要组成部分。推理机的设计要从推理方法、推理方向和搜索策略三个方面来进行[2]。

1、推理方法

推理方法可以划分為精确推理和不精确推理两种。精确推理是指领域知识之间的因果关系是必然的，也就是说推理的前提和推理的结论不是否定就是肯定的。而不精确推理又可以称之为似然推理，是由不确定的根据知识推算出不确定性的结论。

2、推理方向

铁路信号设备故障诊断专家系统可以进行正向、反向与混合双向推理三种方式的推理。正向推理是指根据已知的事实向结论方向进行推导，直到推导出正确的结论。反向推理则是将知识库中的某种故障作为前提假设，然后再寻找相关的证据或者事实来验证假设的真实与否，当假设故障所需的数据与客户提供的数据匹配成功后，则反向推理成功。混合双向推理是将正向和反向推理共同运用到推理过程中，首先根据提前给定的数据向前推理，在得出诊断结论后，再以结论为假设进行反向推理。

3、搜索策略

铁路信号设备故障诊断专家系统推理机在进行规格匹配时会出现三种结果：一条规则匹配成功；两种以上的规则匹配成功；没有规则匹配成功。在进行推理时，可以建立专家系统解释机构，此机构可以解释推理结果，也可以大大地提升铁路信号设备故障诊断专家系统的性能。就目前常用的搜索策略主要有两种：盲目搜索和启发式搜索。盲目搜索的限制条件比较少，不需要问题域内的专门信息。启发式搜索则需要问题域内的专门信息，此种搜索可以缩小搜索空间，并大大地提高了搜索效率。

四、结束语

总之，本文从铁路信号设备故障诊断专家系统结构出发，对系统结构的各个模块的功能进行了详细地介绍分析，并对铁路信号设备故障诊断专家系统知识的获取与知识模型的表示进行了详细的阐述，这样可以为铁路信号设备的一些常规故障提供强有力的决策支持，并最终促进铁路事业良性健康地发展。

参考文献

[1]张清清.铁路信号设备故障诊断专家系统设计研究[J].企业技术开发，2013，35（9）：28-29.

[2][3]张保银，梁朝辉，李永燕.铁路信号设备故障诊断专家系统研究[J].铁道通信信号，2016，46（9）：26-28.

（作者单位：陕西陕煤澄合矿业公司铁路运输分公司）