浅谈对铁路信号专家系统的研究

崔波

【摘要】随着我国经济的快速发展，铁路系统发挥着越来越重要的作用。铁路信号系统作为铁路安全运输的中坚力量，对保证铁路的高效稳定运营起到了不可替代的作用。随着我国铁路交通尤其是高铁的快速发展，对铁路信号设备的维修及保养有了更高要求。铁路信号专家系统是一种计算机程序，通过对数据的整理分析，预测信号设备故障的发生几率。为了更好地使用铁路信号专家系统，现本文对其进行了研究，使其更好地服务于铁路交通事业，便于交通业长远发展。

【关键词】铁路；信号；专家系统；功能；重要性

一、铁路信号专家系统

铁路信号设备作为铁路运输的基础设备，对铁路交通运输的发展起到重要作用，但信号设备频发故障也对铁路运输造成了一定影响。对于铁路运输而言，信号设备是根据运输路线而分散建立的，由于线路网类型复杂和分布广泛，造成维修困难程度增大，难以及时进行设备维修处理。为了解决这一问题，信号专家系统应运而成，为提高设备故障处理效率做出了巨大贡献。铁路信号专家系统能够对各种类型的信号联锁系统及设备进行数据分析，实现设备故障维修、状态监测，加强设备维修指导和提高维修能力等，最终可将这些数据整合成具有文字和图形的报警和提示报告。最重要的是，铁路信号专家系统是智能化操作系统，便于网络升级，提高了系统的适应性和实用性。

1.1系统设计原理

信号专家系统包括信号知识库和数据处理机，是依据信号控制系统原理、信号工程设计标准、电路分析理论、信号维修原理等，对信号系统进行分析检测。铁路信号专家系统的设计理念是将计算机程序运用到铁路信号设备故障处理之中，通过数据智能识别和分析，最终监测设备的运行状况，防止故障发生。铁路信号专家系统将有关专家总结的维修经验和数据归纳起来，对采集到的数据进行分析预测。

1.1.1铁路信号专家系统在设计时应从以下几点把握：

第一，有效预测设备故障的发生几率。在铁路运输过程中，铁路基础设备的安全故障隐患具有一定的潜伏期，因此无法对故障进行及时维修，导致安全事故的发生概率增大。因此，在设计时要做到可根据监测数据进行故障预测，做到防患于未然，将设备故障发生的可能性降到最低。

第二，提高铁路设备故障的诊断速率。铁路信号专家系统的知识库系统是将各单位专家所总结的故障分析经验和诊断知识整理到一起，对所得数据进行分析诊断，同时提高从业人员的专业技能，通过熟练掌握系统的操作流程，达到最大效率提高设备故障诊断速率的效果。

第三，总结设备故障的发生规律，提高维修技能。善于总结设备故障的经验教训，对其进行分类整理归纳，形成系统的设备故障诊断资料，便于对设备故障进行诊断和维修。

1.1.2铁路信号专家系统设计特点：

第一，可靠性。铁路信号专家系统应加强对数据的分析诊断能力，对关键设备提高技术含量，增强数据的可靠性。

第二，先进性。系统要适应时代发展潮流，运用先进的技术及方法，保证系统的可扩张能力和数据精确度，增强系统的稳定性和实用性，便于在生产实践中进行设备故障检测和维修。

第三，智能化。在新的时代中，智能化已成为世界发展趋势，因此铁路信号系统的智能化能大大提高工作效率，便于工作人员进行操作。可采用图形为主的人机互动模式、导航系统模型、图形为主的查询方式等。

第四，维修管理简单便捷。采用利用管理和操作的模式，简化维护时的工作量，提高系统的可操作性。

1.2系统结构

铁路信号专家系统根据所得到的信号集中监测采集的数据，先将最初的数据存档，之后根据系统所需将数据转换成对应格式，包括开关量和模拟量。通过对这些数据的系统分析后，最终得到高准确性的结果。专家系统模型图如下：

图1-1 专家系统概念模型图

二、主要子系统及功能

铁路信号专家系统主要包括八个子系统：知识库子系统、控制台仿真子系统、联锁系统仿真子系统、模拟量分析子系统、联锁电路分析子系统、故障显示指挥子系统、故障分析报告子系统、维修分析报告子系统。

2.1子系统介绍

（1）信号知识库子系统：它是为了将种类繁琐复杂的铁路信号规范化而设置的，主要包括专家系统所需的基础数据库、字符、图形，信号专业技术准则、设备和器材标准及铁路信号专家所给予的经验等。信号知识库系统是铁路信号专家系统的基础组成部分，是其他子系统发展的前提。

（2）信号控制台仿真系统：信号控制台仿真系统是通过软件将相关的信号设备进行物理模拟，从而真实反映设备和控制系统的工作状态及实际情况。具体的虚拟过程包括：单元块和控制台的仿真以及控制台的输入及输出操作。仿真单元块指的是将信号知识库提供的多种单元块，根据具体实际情况设置成不同的指示灯和控制按钮，形成仿真单元块，以此来反映不同的显示情况和控制按钮功能等。仿真控制台将单元块按照设备的实际要求组成控制台，表示不同区段和信号机等的相互联系关系。仿真控制台除了具备控制功能外，还可以实现系统间的信息交换和传递，为其他子系统提供准确的运输出入接口。这些输入接口可将相关控制信息输入，输出接口可用于查询和进行各种实验操作信息录入等。

（3）仿真信号联锁系统：系统仿真是通过计算机将收集好的完整的所需对象的实际信息进行归纳整理，建立研究对象，根据所拥有的信息对相关数据进行分析判断。它的主要内容有：信号机仿真重要参数、道岔仿真重要参数、区段仿真重要参数、联锁仿真重要参数、进路仿真重要参数等。现简单介绍下区段仿真重要参数，如表1所示：

表1 区段仿真重要参数表

（4）模拟量分析系统：通过观察模拟量的变化情况从而分析设备的走向，判断设备发生故障的几率，是现在设备维修的重要方式之一。主要内容有：波性分析、瞬态分析、趋势分析、经验分析、参照联锁关系分析等。

（5）联锁电路分析系统：在仿真联锁系统的基础上，将设备状态重现于计算机中，便于为信号专家系统提供准确有效的分析环境，主要是对进路联锁关系、设备控制关系、故障分析指导及行车人员操作等进行分析。

（6）故障显示指挥系统：主要包括故障定义和图纸显示。当故障发生后，可根据记录数据进行故障分析，最终得到故障位置的图纸。

（7）故障分析报告系统：为了系统记录故障发生的原因及故障位置，铁路线号专家系统对其进行综合整理，形成故障报告分析系统，便于提高故障处理效率。

（8）故障维修分析报告系统：通过对故障进行系统整理并提供设备故障发生的准确原因，有利于相关工作人员进行维修，并将这些维修记录分类存档，便于总结经验教训，提高维修质量和效率，使铁路信号专家系统更好地服务铁路交通设备。

2.2信号设备检测内容及操作

信号设备故障检测主要内容有电源类故障、进路排列故障、道岔故障等。设备故障的重要标志有：进路监测的提示、重要延迟时间的检测提示、轨道电路区段的提示、道岔状态检测提示、信号机断丝报警提示、控制台操作分析提示等。

三、主要分析技术

3.1区段分析

根据信号控制的模拟量和开关量的不同，将故障信号分成模拟类和逻辑类故障。对于逻辑类故障的分析原理是先用仿真表将研究对象的实际状态记录下来，再通过流程图对仿真表记录的数据进行分析，最后用真值表确定故障具体情况。值得注意的是，对于特定的逻辑关系应采用时序图进行分析判断。

3.1.1区段模拟量分析

区段实际状态是模拟量分析的根本要素，其中轨道电路区段作为车站联锁的基本构件，同时是联锁控制的重要组成部分，以此为参照，进行模拟量区段分析。具体分析内容包括：

（1）进行干扰分析。轨道设备应具备一定的抗压能力，根据相关抗干扰的标准，利用波性分析将引起轨道电压变化的干扰电压进行分类，允许标准内的干扰。

（2）进行分级测算：当高铁列车进入轨道时，将相关的运行速率、列车总量、轨道整洁度等都考虑在内，对其进行等级测试。特别注意的是，在下雨天时应将雨量情况也考虑在内。

3.2岔道分析

岔道分析包括状态法分析、岔道电压分析和岔道电流分析三个部分。铁路专家信号系统对转换电流曲线、转换时间和继电器状态等进行综合整理，分析可得到道岔的实际状态。这样可有效监督表示状态和实际状态是否相符，避免造成数据误差。道岔到位的最稳定状态包括两种，即定位和反位。在这种最稳定状态下，专场控制台显示的设备状态为实时情况。

3.3故障图纸显示

铁路信号专家系统根据励磁电路回路和自闭回路等相关电路原理，将组合电路分成多个局部电路，通过这种系统观察监测相应的故障发生情况。根据产生故障的区域，利用所给数据，铁路专家信号系统可自动显示故障相关图纸。

3.4故障统计分析

在现实生活中，轨道信号设备运动状态处于不间断变化中，不利于维修人员进行监测，因此信号设备出现故障时往往不容易进行及时处理。为了提高设备故障的诊断速率及准确度，应及时对故障进行系统分析。根据工区的不同管理方式可分为故障动态分析的24小时分析和设备维修分析的30日分析。

铁路信号专家系统通过对不同类型的报警信息进行分析处理，得到最终故障处理结果，主要包括故障报警统计、闪红光带区段统计、分路不良区段统计、电压波动统计、转换阻力分析、道岔表示结点接触不良统计、不排进路行车情况统计、破封情况统计及其他统计等。

四、铁路信号系统的重要性

铁路专家信号系统运用先进的人工智能技术，对繁琐复杂的数据进行实时监测和分析，判断和预测研究对象的未来变化趋势，通过对设备进行故障分析，提早做好预防措施，就可将设备故障发生几率降到最小。而将设备故障发生几率降到最小是铁路安全管理的基本原则和重要体现。

铁路信号设备故障种类繁多，但这些故障一般在发生时也不立即影响行车，因此很难在第一时间被发现和进行及时维修。但是若维修不及时，则可能会造成严重后果，如闪红光带问题，处理时间不到位则可能会引起轨道变压器烧毁这种严重现象。针对这类现象，铁路信号专家系统的作用表现得十分明显。它通过计算机软件进行智能化实时监测系统，及时对数据进行连续监测记录，增强数据的精确度和完整性，大大降低了设备故障发生的可能性。

五、结束语

随着铁路系统的高速发展，机械装备技术水平与信号维护之间的不平衡也越来越明显。铁路工程是一项高投资的项目，其发挥的作用也不容忽视。它不仅是我国经济发展的推动力，也是造福广大人民的福祉。因此有效预防列车设备故障是保证铁路系统安全运营的必备条件。在运用铁路信号专家系统的过程中，我们要严格遵循相关的法律法规，从数据分析到故障系统分析的每一个环节，都要认真做好监测和管理，各部门间要相互配合和共同协作，通过高标准的团队合作和高效率的工作状态，完成高质量的工作任务，将铁路轨道运输的作用发挥到最大，以期更好地服务于社会。

参考文献

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