铁路信号设备故障诊断专家系统设计研究

张清清

摘 要：作为铁路运输基础设备之一，铁路信号设备担负着路网上各类行车设备状况的信息传输与调度指令控制的作用。铁路信号设备故障将存在重大事故隐患，如处理不到位，将给铁路行车安全造成极大的影响。铁路信号设备故障诊断专家系统的应用，可通过实时捕捉故障与实时分析设备状态，利用知识库对铁路信号设备故障维修需求加以充分满足。为此，文章主要对铁路信号设备故障诊断专家系统结构的概况、设计进行了分析与探究。

关键词：铁路信号设备；故障诊断专家系统

中图分类号：TP392；U284 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）09-0028-02

1 铁路信号设备故障诊断专家系统结构的概况

以信号微机监测系统数据作为铁路信号设备故障诊断专家系统的基础，其系统结构分为3部分：数据预处理、故障诊断专家系统与检修管理模块。其系统结构，如图1所示。

由图1可见，选取B/S结构作为铁路信号设备故障诊断专家系统，需在服务器上存放应用程序数据库与相应部件库存，统一选取浏览器用客户端访问服务器，且操作系统，额外软件无需安装在客户端。基于B/S结构故障诊断专家系统，可便于若干用户共同运用与远程诊断。管理员为系统维护功能负责，利用客户端浏览器用户可就可以运用系统。当新功能增加时，仅仅开发或部署服务端即可，无需更改客户端，以此对系统扩展能力进行全面提升。

1.1 数据预处理模块

数据预处理主要为故障初始数据服务，且能够将有效数据提供给故障诊断模块，由铁路有关服务器进行实时故障数据采集，且转换此类故障初始数据，把编码数据进行可读表数据转换，同时在相应数据库内添加转换后的数据。

1.2 故障诊断模块

作为铁路信号设备故障诊断专家系统的重要模块，故障诊断模块按照症状模块输入体现出的症状，对知识库、数据库进行适当调用，匹配故障数据、知识库内的故障特点，且利用和用户交互取得信息，在产生式规则的前提条件下，诊断其故障原因。

1.3 维修管理模块

作为铁路信号设备故障决策支持系统的重要构成成分，维修管理模块可派发检修任务，及时解决故障。

2 铁路信号设备故障诊断专家系统设计

2.1 系统结构总体框架设计

通过故障诊断专家系统的构成分析，并与铁路信号设备故障诊断特征、要求相结合，设计系统结构总体框架。知识库、人机接口等为构成故障诊断专家系统的重要成分。

其各项设计如下：

知识获取子系统能够对铁路信号专业内的知识进行充分获取，如设备故障机理、故障记录等。知识库也被称为规则库，根据相应格式、原则，有效处理、编写取得的知识，把专业领域内的知识、专家知识进行计算机识别知识形式的转换。

信号设备微机监测系统作为铁路车站现场设备的检测系统，其能够对设备运行状态加以准确识别，且向检测主机收集传递设备状态信号，目前在铁路系统内信号设备微机监测系统应用较为广泛。

2.2 系统功能模块设计

2.2.1 知识获取子模块

知识获取子模块设计中，要求取得的知识内容应具有准确、客观的特点。其不仅需要编辑知识，还要实现知识自学习。以上功能具有紧密联系，需知识库内的知识进行有效管理，且按照需求进行知识的添加、修改或消除，利用同化、调节等作用对知识库的统一性、完整性加以维护。编辑知识要求系统按照专家供给的知识，利用理解、编辑等方式满足系统需求，且将其看作新知识向知识库内适当添加。也可在专家对知识库相关内容不了解的情况下对知识库进行修改。

2.2.2 知识库构造子模块

作为事实规律的总结，知识库是推理机正常运作的前提。知识库应对电气集中故障检修专家知识进行正确表达。作为程序外部数据库，其能够对该行业专家的经验性知识进行存储。作为专家系统的重要功能模块，知识库具有专家系统知识存储与管理的作用。

一般根据固定格式进行其子模块设计技术填写，且准确区分中英文格式，确保系统能够准确识别与正常运行。

2.2.3 诊断分析推理模块

利用推理的方式专家系统可进行问题解决，且能够取得等同于专家的结论。推理与控制为推理机的主要任务，致使专家系统与一般资料库系统、知识库系统不同，专家系统是实施推理的功能与知识，而不是存储答案。

作为一组计算机程序，此子模块设计技术必须确保程序能够正常运作，具备异常处理作业。推理机制、控制策略为推理机的主要内容，选取反向推理机制作为专家系统故障诊断、维修专家系统的主要方式。其推理程序为先对结论正确性进行假设，随后对其条件的符合性进行验证，如条件符合就具有正确的结论。

2.2.4 综合数据库构造子模块

在执行和推理环节专家系统用以存储所需或出现的信息的工作存储器被称为综合数据库。其包含的内容如用户对系统提问的回答等。

通常将设备运行工作状态数据存放到铁路信号设备故障诊断专家系统的综合数据库。在设计该子模块时应确保数据更新的及时性，能够对设备状态进行正确反应。在该系统设计技术内可进行设备故障时现场状态的存放，如果运行灯的实时状态等。在系统运行时，综合数据库内容呈现持续变化现象，因此其为动态知识库。在整个故障诊断专家系统内，通常要将综合数据库充分结合知识库，只有这样才能确保系统的完整性。

2.2.5 人机对话子模块

输入、输出为人机界面的主要构成部分。在该子模块设计技术中不能任意修改数据库与知识库，只有这样才能确保系统运行的正常性。

人机对话和专家、知识工程师接口都能对专家、知识工程师的知识进行接收，以此对系统工作性能进一步了解，且对系统求解问题的能力有效提升。选取Windows操作系统作为该系统的主要模式，界面良好，通过自然语言、文字输入与输出达到交流通畅，为理解、接受提供便利。

3 结 语

综上所述，作为一个具有大量专门知识的程序系统，铁路信号故障诊断专家系统可进行人工智能技术的合理应用，按照多个信号设备故障诊断专家提供的领域知识进行推理，模拟人类专家作决定的过程对专家所需解决的诊断问题进行处理。专家系统有效结合信号设备故障诊断知识，可有效提升诊断系统的智力水平。

参考文献：

[1] 王兰勇.铁路信号设备故障诊断专家系统[D].长春：吉林大学，2015.

[2] 王继强.基于智能学习算法的信号设备故障诊断分析与研究[D].兰州：兰州交通大学，2013.

[3] 黎想.专家系统在铁路信号设备故障诊断中的应用[J].电脑开发与应 用，2012，（10）.