基于數(shù)據(jù)挖掘的鐵路信號(hào)設(shè)備故障自動(dòng)診斷研究

李佳樹?于恒

摘要：鐵路信號(hào)系統(tǒng)包括車站信號(hào)控制系統(tǒng)、編組站調(diào)車控制系統(tǒng)、區(qū)間信號(hào)控制系統(tǒng)、行車指揮系統(tǒng)以及列車運(yùn)行控制系統(tǒng)等。通過(guò)解析鐵路信號(hào)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成，分析鐵路信號(hào)可能存在的故障隱患及危害性，針對(duì)常見的故障隱患提出鐵路信號(hào)設(shè)備維護(hù)與管理措施。本文對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的鐵路信號(hào)設(shè)備故障自動(dòng)診斷進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào);設(shè)備故障;自動(dòng)診斷

引言

過(guò)去，鐵路信號(hào)設(shè)備的故障診斷與檢修工作主要借助于檢修人員的專業(yè)判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方式的弊端難以保證檢修質(zhì)量，極易埋下重大的安全隱患，而鐵路信號(hào)設(shè)備故障檢修決策支持系統(tǒng)具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷與檢修功能，能夠及時(shí)診斷出信號(hào)設(shè)備的故障原因，并在最短的時(shí)間內(nèi)排除安全隱患，進(jìn)而為鐵路行車安全提供了堅(jiān)實(shí)可靠保障。

一、現(xiàn)狀

鐵路信號(hào)設(shè)備結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，同時(shí)受到環(huán)境因素的影響，使鐵路信號(hào)設(shè)備故障變化多樣，且具有一定的隨機(jī)性，最初通過(guò)維修人員對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備故障進(jìn)行分析和判斷，這對(duì)維修人員的經(jīng)驗(yàn)要求相當(dāng)高，經(jīng)常因經(jīng)驗(yàn)不足出現(xiàn)鐵路信號(hào)設(shè)備故障誤判斷現(xiàn)象，延誤鐵路信號(hào)設(shè)備維修時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致鐵路安全事故。隨后出現(xiàn)基于專家系統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷方法，通過(guò)建立鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷的知識(shí)庫(kù)，根據(jù)知識(shí)庫(kù)的規(guī)則對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備故障進(jìn)行識(shí)別，但是這種方法的診斷結(jié)果與知識(shí)庫(kù)的豐富度密切相關(guān)，使得鐵路信號(hào)設(shè)備故障結(jié)果極不可靠。近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)故障樹的鐵路信號(hào)設(shè)備故障方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵路信號(hào)設(shè)備故障方法，它們的診斷結(jié)果要優(yōu)于專家系統(tǒng)，但是同樣存在一定的局限性，如診斷錯(cuò)誤率高、診斷實(shí)時(shí)性差等。

二、鐵路信號(hào)設(shè)備維修關(guān)鍵點(diǎn)

（一）信號(hào)機(jī)維修關(guān)鍵點(diǎn)

鐵路信號(hào)設(shè)備信號(hào)機(jī)設(shè)備故障主要問(wèn)題在于兩點(diǎn)。①信號(hào)機(jī)無(wú)法正確的識(shí)別所出現(xiàn)的故障以及故障類型;②信號(hào)機(jī)無(wú)法對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障向外部發(fā)出警示信號(hào)。這兩種情況出現(xiàn)之后，列車或者是車站就無(wú)法及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，給列車的運(yùn)行造成巨大的安全隱患。所以為了及時(shí)的發(fā)現(xiàn)信號(hào)機(jī)所存在的上述的問(wèn)題，必須要對(duì)信號(hào)機(jī)進(jìn)行定時(shí)的監(jiān)測(cè)以便及時(shí)的發(fā)現(xiàn)信號(hào)機(jī)所存在的隱性問(wèn)題，避免出現(xiàn)較為嚴(yán)重的事故。在實(shí)際檢修過(guò)程中檢修人員要定期對(duì)設(shè)備的性能以及設(shè)備的功能進(jìn)行測(cè)試。信號(hào)設(shè)備維修人員通常情況下是按照1個(gè)月或者是1個(gè)季度的頻率來(lái)對(duì)信號(hào)設(shè)備按照既定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢修和測(cè)試，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果來(lái)確定相應(yīng)的維護(hù)方案。在天氣較為惡劣的情況下，信號(hào)機(jī)發(fā)生故障的概率極大的增加，所以在相對(duì)惡劣的天氣下，信號(hào)機(jī)設(shè)備的檢修人員必須加大對(duì)信號(hào)機(jī)檢修的頻率，比如信號(hào)機(jī)長(zhǎng)期處于潮濕的甚至雨水浸入的環(huán)境下，要經(jīng)常對(duì)其中的滲水以及積水情況進(jìn)行排查，在檢修的過(guò)程中檢修人員應(yīng)當(dāng)充分掌握好檢修和測(cè)試流程，提高檢修的準(zhǔn)確率以及檢修的效率。為了解決信號(hào)機(jī)維修過(guò)程中的問(wèn)題，要充分的利用好各種檢修的工具，對(duì)信號(hào)機(jī)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零部件進(jìn)行檢測(cè)。比如當(dāng)變壓器或二極管出現(xiàn)故障的時(shí)候通過(guò)儀器的診斷就會(huì)告訴工作人員更換變壓器或二極管。工作人員要按照既定的檢修流程規(guī)范來(lái)對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行檢修，以便保證設(shè)備安全運(yùn)行。

（二）軌道電路維修重點(diǎn)

在對(duì)軌道電路進(jìn)行檢修的過(guò)程中，需要嚴(yán)格對(duì)該部分電路進(jìn)行檢查，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械室內(nèi)和機(jī)械室外的兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道電路的檢修。通常情況信號(hào)故障發(fā)生在設(shè)備的外部，比如塞釘連接由于振動(dòng)而出現(xiàn)脫落、道岔跳線斷股的問(wèn)題，通常由于塞釘與所在鋼軌之間沒有充分的結(jié)合造成，或者跳線銹蝕或者被人為損壞等因素造成;也存在由于檢修人員維修不到位所造成的上述的問(wèn)題。所以針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)于軌道電路應(yīng)當(dāng)采取內(nèi)外部結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行檢修，為了防止某些配件出現(xiàn)破皮的現(xiàn)象，對(duì)于其中配件的檢測(cè)要做到全面細(xì)致;詳細(xì)檢查箱盒內(nèi)部的配線端子是否存在脫落的現(xiàn)象;并且要及時(shí)對(duì)箱盒內(nèi)部的灰塵進(jìn)行處理避免短路的情況出現(xiàn)。

三、基于數(shù)據(jù)挖掘的鐵路信號(hào)設(shè)備故障自動(dòng)診斷

步驟1）采集鐵路信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。2）采用小波變換對(duì)原始鐵路信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，對(duì)噪聲小波系數(shù)置0，然后通過(guò)小波重構(gòu)得到無(wú)噪的鐵路信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。3）采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法提取鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷特征，對(duì)特征采用式（9）進(jìn)行歸一化操作。4）確定支持向量機(jī)參數(shù)c、σ的取值范圍，并初始化蝙蝠算法自身參數(shù)。5）蝙蝠算法通過(guò)模擬蝙蝠找食物機(jī)制，得到一條從巢到食物之間的最優(yōu)路徑，對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行解碼，得到支持向量機(jī)參數(shù)c、σ的最優(yōu)取值。6）根據(jù)c、σ的最優(yōu)取值，支持向量機(jī)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)和特征向量之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，建立鐵路信號(hào)設(shè)備的工作狀態(tài)分類器。

四、鐵路信號(hào)設(shè)備維護(hù)與安全管理措施

（一）強(qiáng)化鐵路信號(hào)設(shè)備維護(hù)的重要性與安全責(zé)任意識(shí)

首先要讓員工意識(shí)到鐵路信號(hào)設(shè)備維護(hù)的重要性，可以通過(guò)安全培訓(xùn)、每周例會(huì)，還可以組織觀看由于鐵路信號(hào)問(wèn)題引發(fā)的鐵路事故教育影片。這些主題教育活動(dòng)要形成工作制度，定期向員工灌輸鐵路信號(hào)設(shè)備的重要性，增強(qiáng)其安全的意識(shí)。此外，還要向員工宣傳安全責(zé)任意識(shí)，在明確工作職責(zé)時(shí)務(wù)必做到班組間的無(wú)縫銜接，工作交接過(guò)程中要將問(wèn)題講明白，接班班組注意檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否與描述一致，以確保設(shè)備的無(wú)問(wèn)題交接和問(wèn)題交接，從而將發(fā)生事故的可能性降到最低。同時(shí)向每位工作人員傳達(dá)此項(xiàng)工作的職責(zé)以及應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

（二）施工建材管理

鐵路信號(hào)設(shè)備能否正常工作，施工材料質(zhì)量也是非常關(guān)鍵的因素。為確保鐵路信號(hào)設(shè)備施工質(zhì)量，要對(duì)涉及的各種材料進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管。首先要對(duì)材料供應(yīng)商的渠道進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格考察進(jìn)貨廠家的資質(zhì)以及產(chǎn)品質(zhì)量。另外，不僅在進(jìn)貨之初對(duì)建材進(jìn)行嚴(yán)格檢查，施工過(guò)程中也要定期對(duì)材料的質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免材料出現(xiàn)問(wèn)題?？梢岳矛F(xiàn)代的信息管理系統(tǒng)對(duì)材料的采購(gòu)、使用及庫(kù)存等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不僅能優(yōu)化管理流程，還能提高管理效率，此外，各種管理過(guò)程中的信息也便于存檔，便于后期對(duì)材料的采購(gòu)、使用過(guò)程進(jìn)行調(diào)查。

（三）部門之間多溝通

工作人員之間也應(yīng)當(dāng)形成一定的默契，對(duì)于工作中出現(xiàn)的難點(diǎn)要及時(shí)的溝通，對(duì)安全保證措施的制定要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。除此之外部門之間的溝通與協(xié)調(diào)需要進(jìn)一步加強(qiáng)，從協(xié)調(diào)性方面保證安全保證措施的順利實(shí)施。

五、鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷的性能對(duì)比

支持向量機(jī)的鐵路信號(hào)設(shè)備診斷結(jié)果要優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是因?yàn)橹С窒蛄繖C(jī)可以在小樣本的條件下得到充分訓(xùn)練，但是由于參數(shù)采用隨機(jī)方式確定，鐵路信號(hào)設(shè)備診斷準(zhǔn)確度要低于本文方法。由于本文方法引入了蝙蝠算法確定參數(shù)c、σ的最優(yōu)取值，可以對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備故障變化特點(diǎn)進(jìn)行建模，構(gòu)建鐵路信號(hào)設(shè)備工作狀態(tài)的分類器，得到了鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

鐵路信號(hào)設(shè)備在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中能夠很好地保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩裕虼宋覀冃枰M(jìn)一步提升對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的維護(hù)與安全保障的力度。針對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，要積極進(jìn)行研究，并且根據(jù)當(dāng)?shù)罔F路管理的實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)對(duì)措施的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步確保鐵路信號(hào)設(shè)備能夠處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

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作者單位：鄭州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司