曾鋒

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)的鐵路越來(lái)越發(fā)達(dá)，而且在鐵路網(wǎng)中，高鐵列車(chē)也逐漸增多。文章首先闡述了列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷的四種方法，包括故障樹(shù)的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、專(zhuān)家系統(tǒng)的方法以及模糊理論的方法，然后說(shuō)明了基于仿真的故障注入方法，最后介紹了列車(chē)運(yùn)行控制仿真平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)；故障診斷；故障注入方法；仿真平臺(tái)

引言

現(xiàn)如今，高鐵因其方便且快捷已經(jīng)成為人們出行的重要方式，但是由于高鐵的列車(chē)的系統(tǒng)十分繁瑣，所以很多與安全相關(guān)的測(cè)試無(wú)法進(jìn)行，這是一個(gè)很?chē)?yán)峻的問(wèn)題，列車(chē)承載著上千人的生命，因此列車(chē)的運(yùn)行必須要保證萬(wàn)無(wú)一失，否則后果難以想象。因此，工作人員要了解列車(chē)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，保證列車(chē)能夠安全的行駛。本文主要研究列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)故障的診斷方法，就是經(jīng)過(guò)相關(guān)的技術(shù)手段，對(duì)采集得到的信息與被診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的信息進(jìn)行分析對(duì)比，最后得出設(shè)備是否正常運(yùn)行的結(jié)論，除此之外，介紹了基于仿真的故障注入方法以及列車(chē)運(yùn)行控制仿真平臺(tái)。

1 列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷方法

1.1 故障樹(shù)的方法

故障樹(shù)方法就是通過(guò)研究系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，然后反向推理出事件發(fā)生的原因，緊接著再用相應(yīng)的邏輯關(guān)系將事件和原因聯(lián)系在一起，從而建立一種形如樹(shù)狀的故障關(guān)系模型。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種能夠模仿人類(lèi)大腦運(yùn)作和思考的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對(duì)以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并利用反向傳播網(wǎng)絡(luò)等算法建立故障模型。該系統(tǒng)對(duì)于非線性映射有著十分優(yōu)良的擬合能力以及強(qiáng)大的獨(dú)自組織和獨(dú)自學(xué)習(xí)的能力。也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法已經(jīng)成為列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)故障診斷方法的一種十分有效的手段。

1.3 專(zhuān)家系統(tǒng)的方法

專(zhuān)家系統(tǒng)的方法是目前列車(chē)運(yùn)行控制故障診斷方法中應(yīng)用最為廣泛的一種。該方法的原理就是通過(guò)相關(guān)的專(zhuān)家在工作中所積累的經(jīng)驗(yàn)而形成的知識(shí)庫(kù)，并把這些知識(shí)庫(kù)作為判斷列車(chē)是否出現(xiàn)故障的診斷依據(jù)，然后再判斷事故的發(fā)生以及發(fā)生的原因。

1.4 模糊理論的方法

模糊理論是用來(lái)處理某些現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)法給出確定描述的、具有一定的不確定度的時(shí)間和問(wèn)題的方法。利用這種理論的故障診斷方法主要是將模糊集合以及模糊運(yùn)算規(guī)則應(yīng)用于故障診斷，從而處理不確定的信息，然后再建立模糊邏輯系統(tǒng)，最后實(shí)現(xiàn)故障診斷的目的。列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境較差而且結(jié)構(gòu)繁瑣，如果使用人工診斷對(duì)列車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷難免會(huì)遇到大大小小的麻煩，然而，基于模糊理論的故障診斷方法有效的解決了這一問(wèn)題。

2 基于仿真的故障注入方法

對(duì)于仿真系統(tǒng)而言，其系統(tǒng)原型往往是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容繁瑣的大系統(tǒng)，如果要進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景測(cè)試需要克服很大的困難，因此只能建造仿真環(huán)境進(jìn)行安全性能的測(cè)試及驗(yàn)證。

基于仿真的故障注入方法，通過(guò)對(duì)過(guò)程的仿真以及調(diào)整邏輯值來(lái)實(shí)現(xiàn)故障注入的目的。仿真過(guò)程中，通過(guò)改變某個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)，從而模擬其發(fā)生故障的情形，利用程序接口將故障注入到列車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)中。

基于仿真的故障注入方法算法流程是在Windows環(huán)境下搭建的，該系統(tǒng)利用RTI/HLA（Run Time Infrastructure/High Level Architecture）通信協(xié)議進(jìn)行通信。其中，RTI是HLA仿真過(guò)程中的軟件實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)各個(gè)模塊之間進(jìn)行信息交流。算法流程圖如圖1所示。

基于HLA的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)分別包括CTC總機(jī)與分機(jī)、RBC、TCC、聯(lián)鎖、臨時(shí)限速、車(chē)載、軌旁、G網(wǎng)以及仿真管理器十個(gè)模塊，部分模塊仿真結(jié)果如圖2所示。

如果故障事件發(fā)生，上述模塊會(huì)將注入數(shù)據(jù)信息發(fā)布出去，目標(biāo)模塊接收并處理數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果直觀的顯示出來(lái)。將常見(jiàn)設(shè)備故障按照順序編碼，比如無(wú)信號(hào)、通信中斷等等，其他故障注入信息按照預(yù)先制定好的格式發(fā)布，故障類(lèi)型編碼如圖3所示。

3 列車(chē)運(yùn)行控制仿真平臺(tái)

列車(chē)運(yùn)行控制仿真平臺(tái)包括仿真平臺(tái)信息交互方式以及控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。這里只簡(jiǎn)要說(shuō)明一下信息交互方式。列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的通信能夠采用UDP通信協(xié)議，但是由于該協(xié)議是一種無(wú)連接協(xié)議，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)丟包、重復(fù)以及無(wú)序等問(wèn)題，無(wú)法保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，因此不適用于列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)這樣的復(fù)雜系統(tǒng)中。相反，HLA可以盡量涵蓋相關(guān)領(lǐng)域中各種類(lèi)型的仿真系統(tǒng)，而且通過(guò)他們之間的互操作能夠不斷的發(fā)展新技術(shù)，從而能夠滿足復(fù)雜的仿真要求，各個(gè)模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換也可以保證安全地進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的診斷問(wèn)題是關(guān)系到列車(chē)安全運(yùn)行的重大問(wèn)題，我們?cè)诿鎸?duì)這一問(wèn)題時(shí)不能馬虎，要保持萬(wàn)分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪嘛L(fēng)格，保證列車(chē)安全的運(yùn)行。通過(guò)對(duì)當(dāng)今列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的故障診斷方法的介紹，不難看出隨著鐵路的不斷發(fā)展，以后列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的故障診斷必將成為該領(lǐng)域的重中之重。

參考文獻(xiàn)

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