蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 張 荃

1.引言

鐵路信號(hào)設(shè)備是鐵路交通系統(tǒng)中最為關(guān)鍵和重要的設(shè)備之一。近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步我國(guó)的鐵路朝著高速、重載和高密度的方向發(fā)展，由此可見(jiàn)，如何保證鐵路交通系統(tǒng)的安全和高效運(yùn)行極為重要。信號(hào)設(shè)備的可靠性和安全性直接影響著鐵路交通系統(tǒng)的安全、輸送力和效率。鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證行車(chē)安全、加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備結(jié)合部管理、監(jiān)測(cè)鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量的重要行車(chē)設(shè)備。微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用一般分為三部分：監(jiān)測(cè)站機(jī)系統(tǒng)、電務(wù)段監(jiān)測(cè)服務(wù)器和各類(lèi)監(jiān)測(cè)終端組成。本文研究的微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)就是運(yùn)用在電務(wù)段監(jiān)測(cè)服務(wù)器上，為了保證行車(chē)安全，該系統(tǒng)能夠?yàn)殍F路信號(hào)設(shè)備檢修人員故障診斷，故障定位，故障排除等方面提供輔助決策支持，在最短時(shí)間內(nèi)提供出最有效的診斷方案，有效避免由于檢修人員經(jīng)驗(yàn)不足而造成的診斷失誤。此決策支持系統(tǒng)研究的內(nèi)容包括列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行識(shí)別診斷、對(duì)其運(yùn)行過(guò)程的檢測(cè)以及對(duì)其運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)為行車(chē)安全和系統(tǒng)運(yùn)行安全提供了有利的保證。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)以信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，由數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、智能決策支持系統(tǒng)及檢修管理模塊和學(xué)習(xí)模塊四部分組成。其中，智能決策支持系統(tǒng)由決策支持系統(tǒng)和專(zhuān)家系統(tǒng)組成。決策支持系統(tǒng)主要是：①問(wèn)題處理及人機(jī)交互系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；③模型庫(kù)系統(tǒng)等組成。專(zhuān)家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)和推理機(jī)三部分組成。本系統(tǒng)新增設(shè)了一個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，提出了一種基于學(xué)習(xí)的新一代DSS體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的IDSS總體結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。主要是為故障初始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，為故障診斷模塊提供可用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從鐵路相關(guān)服務(wù)器上采集實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)到本地，對(duì)這些故障初始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可讀的表數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)添加到指定數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）智能決策支持模塊。這是微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)的核心部分。智能決策支持系統(tǒng)分以下幾個(gè)部分：

1）數(shù)據(jù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其功能包括對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、處理和維護(hù)，并能從來(lái)自多種渠道的各類(lèi)信息資源中吸取數(shù)據(jù)，把它們轉(zhuǎn)換成IDSS要求的各種內(nèi)部數(shù)據(jù)，充分利用現(xiàn)有各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)資源。

2）模型系統(tǒng)

由于決策問(wèn)題的廣泛性、決策模式的多樣性、決策過(guò)程的復(fù)雜性，決定了模型庫(kù)子系統(tǒng)是決策支持系統(tǒng)的核心。模型系統(tǒng)應(yīng)能靈活地完成模型的存儲(chǔ)和管理功能，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)決策輔助支持。

3）問(wèn)題處理與人機(jī)交互系統(tǒng)

此系統(tǒng)通過(guò)與決策者的不斷交互開(kāi)始一個(gè)決策問(wèn)題的求解，并向決策者提供各種信息。它為決策者提供信息收集、問(wèn)題識(shí)別以及模型構(gòu)造、使用、改進(jìn)、分析和計(jì)算等功能，是決策者能夠依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)地利用IDSS的各種支持功能。

4）知識(shí)系統(tǒng)

它是DSS能夠解決用戶(hù)問(wèn)題的智囊，它主要包括一個(gè)綜合性的知識(shí)庫(kù)、多屬性知識(shí)庫(kù)（事實(shí)、規(guī)則）、知識(shí)庫(kù)管理和推理部件。知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是管理和維護(hù)知識(shí)的系統(tǒng)，主要功能是實(shí)現(xiàn)知識(shí)的推理、學(xué)習(xí)和獲取等。知識(shí)庫(kù)模塊中包含著與信號(hào)設(shè)備故障有關(guān)的知識(shí)。鐵路信號(hào)設(shè)備的故障總體上可分為電路故障和機(jī)械故障。鐵路車(chē)站微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號(hào)系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，目前大部分采用微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。運(yùn)行中出現(xiàn)的故障應(yīng)該進(jìn)行針對(duì)性地排查，若采用事后經(jīng)驗(yàn)性維修和盲目性維修，不僅故障處理時(shí)間長(zhǎng)、效率也相對(duì)較低，因此本系統(tǒng)采用了故障樹(shù)的分析方法，基于故障樹(shù)技術(shù)的決策支持系統(tǒng)可以快速追蹤故障原因，提高檢修工效。

知識(shí)量是否充裕、知識(shí)是否準(zhǔn)確，是決定決策支持系統(tǒng)性能的最主要的方面。任何一種決策支持系統(tǒng)在建立初期都不可能將該領(lǐng)域所有的知識(shí)都能收集到位，知識(shí)庫(kù)建成后，后期的知識(shí)獲取工作非常重要。

知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的獲取來(lái)源于以下幾個(gè)方面：①通過(guò)專(zhuān)家等知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)豐富的人來(lái)獲??；②各系統(tǒng)之間檢修經(jīng)驗(yàn)的交互；③系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)機(jī)制知識(shí)庫(kù)維護(hù)包括兩方面：A.常規(guī)性維護(hù)：知識(shí)庫(kù)的常規(guī)性維護(hù)包括知識(shí)的增添、刪除、修改以及知識(shí)庫(kù)的重組。B.語(yǔ)義一致性維護(hù)：a.檢查先有知識(shí)庫(kù)語(yǔ)義是否一致；b.檢查增添、刪除、修改知識(shí)是否會(huì)破壞知識(shí)庫(kù)的。

5）推理機(jī)

它是實(shí)施問(wèn)題求解的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是對(duì)知識(shí)進(jìn)行解釋的程序。推理機(jī)問(wèn)題求解過(guò)程就是判斷如何應(yīng)用規(guī)則的過(guò)程。

6）學(xué)習(xí)系統(tǒng)

圖2 擬實(shí)現(xiàn)功能

學(xué)習(xí)系統(tǒng)將用戶(hù)對(duì)話(huà)及分析結(jié)果，結(jié)合領(lǐng)域?qū)哟沃R(shí)對(duì)問(wèn)題求解過(guò)程進(jìn)行歸納學(xué)習(xí)，生成新的模型操作知識(shí)，對(duì)問(wèn)題求解系統(tǒng)以及知識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行修正或?qū)υ械哪Ｐ筒僮髦R(shí)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的功能。

（3）維修管理模塊。微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)的最后一步，實(shí)現(xiàn)檢修任務(wù)的派發(fā)，保證故障得以及時(shí)處理。生成故障檢修方案以后，就應(yīng)該安排工人進(jìn)行維修工作了。本系統(tǒng)提供的維修管理模塊包括工單生成、工單派發(fā)、工單回籠、工單歸檔等4個(gè)部分。

3.擬實(shí)現(xiàn)的功能

本決策支持系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)四種功能包括：故障診斷、告警管理、故障統(tǒng)計(jì)、工單管理，具體實(shí)現(xiàn)功能如圖2所示。

4.軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

圖3 開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)構(gòu)圖

IDSS的開(kāi)發(fā)環(huán)境是指支持智能決策支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)。由于智能決策支持系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)奶厥庑裕@些特殊性在很大程度上是依賴(lài)于開(kāi)發(fā)環(huán)境的，所以智能決策支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與其他通用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不同。一個(gè)重要的特點(diǎn)就是智能決策支持系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境/運(yùn)行環(huán)境和智能決策支持系統(tǒng)聯(lián)系非常密切。一般通用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如Visual C++6.0，專(zhuān)門(mén)化差一些，直接在一般的操作系統(tǒng)上達(dá)不到IDSS的要求，因此必須要把智能決策支持系統(tǒng)與其開(kāi)發(fā)環(huán)境融為一體。其開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文從決策支持系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于故障診斷的理論與方法，對(duì)微機(jī)監(jiān)測(cè)檢測(cè)決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一套集故障排序，故障診斷，故障檢修為一體的微機(jī)監(jiān)測(cè)檢修決策支持系統(tǒng)。能為鐵路信號(hào)設(shè)備的基本故障檢修工作提供解決方案和決策支持。為鐵路運(yùn)行安全提供了進(jìn)一步的保證，適應(yīng)了我國(guó)鐵路發(fā)展的需要。

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