宮云光

摘要：鐵路信號(hào)系統(tǒng)的高度準(zhǔn)確化運(yùn)行對(duì)于鐵路運(yùn)行的安全質(zhì)量保障起著重要的支撐作用，在系統(tǒng)運(yùn)行整體故障中，道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備故障占有較高的比例。依托信息化技術(shù)和智能化技術(shù)等方面的應(yīng)用，建立完善的故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，提升實(shí)時(shí)監(jiān)測水平，促進(jìn)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，能夠?yàn)殍F路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。

關(guān)鍵詞：道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備;鐵路信號(hào)系統(tǒng);智能化

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0249-02

智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?yàn)槎鄠€(gè)行業(yè)發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測、分析鐵路信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，能夠根據(jù)分析結(jié)果快速化地對(duì)故障進(jìn)行診斷，改變傳統(tǒng)人工作業(yè)方式中存在的經(jīng)驗(yàn)型處理方式，減少診斷和解決問題過程中存在的誤差，適應(yīng)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備系統(tǒng)升級(jí)的需要。本文從道岔轉(zhuǎn)化設(shè)備運(yùn)行的原理和常見故障類型出發(fā)，對(duì)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)的建立進(jìn)行簡要說明，從而為提升鐵路信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行水平做出貢獻(xiàn)。

1道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的概念和常見故障

1.1道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的概念

道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備是鐵路運(yùn)行系統(tǒng)中必不可少的線路設(shè)備，其作用是在人工干預(yù)下引導(dǎo)機(jī)車車輛從一股軌道轉(zhuǎn)入或越過另一股軌道。在鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行中有單組道岔和多組道岔等多種形式，分別連接兩條或多條線路，以適應(yīng)線路運(yùn)行和調(diào)度的需要。隨著我國鐵路行業(yè)多次大提速和高鐵建設(shè)的不斷發(fā)展，我國在道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面都達(dá)到了較高的水平，在產(chǎn)品質(zhì)量方面也取得了較大的進(jìn)展，部分企業(yè)的產(chǎn)品還得以出口，為鐵路事業(yè)的整體發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

1.2道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的常見故障

隨著生產(chǎn)技術(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，道岔設(shè)備生產(chǎn)工藝也不斷復(fù)雜化，控制電路的構(gòu)造設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜，在系統(tǒng)元件運(yùn)行達(dá)到一定程度或者外部運(yùn)行環(huán)境的負(fù)面作用下，會(huì)使得設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生不確定性故障。同時(shí)在線路運(yùn)行過程中，也會(huì)由于人為操作失誤甚至是故意破壞等原因，造成器材或運(yùn)行程序等方面的故障。這些故障的具體類型包括外鎖閉及安裝裝置、轉(zhuǎn)轍機(jī)、工務(wù)設(shè)備等硬件設(shè)施和計(jì)算機(jī)運(yùn)行的軟件系統(tǒng)被篡改或出現(xiàn)病毒等情形，在下文中所談及的故障主要是指硬件設(shè)施方面所出現(xiàn)的故障。這些故障的產(chǎn)生，雖然暫時(shí)不會(huì)對(duì)列車的運(yùn)營產(chǎn)生直接性的影響，但是在監(jiān)測與診斷工作不到位的情形下，將會(huì)造成部分設(shè)備損壞，甚至出現(xiàn)列車無法正常運(yùn)營的事故，給鐵路事業(yè)的發(fā)展帶來極大的負(fù)面影響。具相關(guān)工作人員統(tǒng)計(jì)，在鐵路信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行中，所產(chǎn)生的故障有50%以上集中于道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備上，建立具有故障監(jiān)測和故障診斷性能的專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測與診斷，對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。

2監(jiān)測與診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

鑒于道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備監(jiān)測與診斷功能發(fā)揮的重要性，在進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循必要的原則：（1）智能化原則，在鐵路運(yùn)行體系不斷復(fù)雜的情形下，道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)具有多樣化和復(fù)雜化的特征，僅依靠人工作用進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析，已經(jīng)無法適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要。借助于智能傳感設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)捕捉和傳輸設(shè)備運(yùn)行中的異常信息，依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)信息進(jìn)行快捷、準(zhǔn)確的分析，具有安全、可靠的特征。（2）實(shí)時(shí)性原則，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保傳感設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，在出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行信息傳輸并完成診斷和告警流程，提示工作人員進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。（3）獨(dú)立運(yùn)行原則，在系統(tǒng)運(yùn)行中，要與其他系統(tǒng)相互獨(dú)立，避免產(chǎn)生線路區(qū)分錯(cuò)誤和區(qū)段分路不良等現(xiàn)象造成的道岔轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，或者使列車轉(zhuǎn)向錯(cuò)誤存車線。（4）指向性原則，在感應(yīng)設(shè)備監(jiān)測到設(shè)備運(yùn)行故障信息時(shí)，必須同步結(jié)合歷史故障進(jìn)行故障數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，能夠在告警作用發(fā)生的同時(shí)，對(duì)故障類型和故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行判別，對(duì)故障人工排除工作的開展提供技術(shù)指導(dǎo)。（5）便種陛原則，由于專家系統(tǒng)的運(yùn)行是建立在智能化和信息化技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)場操作要求之間需要保持較高的一致性，考慮到鐵路維修人員的實(shí)際技能水平，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要建立直觀性的操作界面，便于學(xué)習(xí)和應(yīng)用的操作樹，使實(shí)際應(yīng)用者能夠及時(shí)便利的掌握相關(guān)操作要求。

3道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮智能信息的應(yīng)用力度，充分發(fā)揮無線通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的作用，建立完善的客戶端應(yīng)用層面，構(gòu)建科學(xué)合理運(yùn)行的故障樹分析系統(tǒng)，同時(shí)確保系統(tǒng)具有人工學(xué)習(xí)和知識(shí)庫自我擴(kuò)充功能，能夠?qū)Φ湫凸收线M(jìn)行長期監(jiān)測并做出運(yùn)行趨勢分析，能夠形成適應(yīng)設(shè)備運(yùn)行需要的故障診斷系統(tǒng)。要確保這些功能的達(dá)成和穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)整體應(yīng)當(dāng)包括全面的感知系統(tǒng)、完善的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)、全面的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和智能化的故障診斷服務(wù)。這些系統(tǒng)的運(yùn)行依托于對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)建設(shè)，涵蓋多種學(xué)科內(nèi)容在內(nèi)，對(duì)于設(shè)計(jì)工作的整體要求較高。

3.2感知層面的建設(shè)要求

感知層面布置的硬件設(shè)備主要是各種類型的傳感器，通過這些傳感器在對(duì)應(yīng)位置的布置，能夠?qū)崟r(shí)采集桿位位移、轉(zhuǎn)換力、密貼力等變化幅度，實(shí)時(shí)采集電力設(shè)施的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)采集油路變化和振動(dòng)狀態(tài)等，此外還包括圖像采集的攝像頭等設(shè)備。這些設(shè)備全部位于自然環(huán)境空間中，距離道岔位置較近，整體環(huán)境比較惡劣，會(huì)受到嚴(yán)重的電磁干擾，同時(shí)還要確保監(jiān)測對(duì)象能夠正常工作，不能影響機(jī)車的正常運(yùn)行。因此在對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要確保在幾個(gè)方面達(dá)到對(duì)應(yīng)的要求，首先是要確保傳感器等設(shè)備具有電氣隔離性能，在傳感器自身發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響相關(guān)設(shè)備的正常工作。其次是保證傳感器與金屬類測定對(duì)象之間保持較好的絕緣性能，避免由于雷電天氣和電力線路故障造成損壞。再次是要確保安裝性能能夠適應(yīng)各種運(yùn)行條件的要求，確保行車過程不會(huì)造成設(shè)備損壞或脫落現(xiàn)象。最后是要傳感器自身要具有一定的自檢性能，在自身運(yùn)行出現(xiàn)故障或異常狀態(tài)的情形下，也能夠?qū)?shù)據(jù)及時(shí)上傳至管理系統(tǒng)。

3.3數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的完善需要根據(jù)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備場地覆蓋范圍進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)采集范圍和數(shù)據(jù)容量進(jìn)行準(zhǔn)確測定，并考慮在未來可預(yù)見時(shí)間段內(nèi)設(shè)備增加的可能性，以此確定采集端口和通訊總線的設(shè)置。在這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過程中，要確保所有的采集接口都能夠達(dá)到隔離設(shè)計(jì)的狀態(tài)，確保端口滿足防雷和電磁兼容防護(hù)作用，還要能夠?yàn)閭鞲衅髡９ぷ魈峁╇娫粗С?。?duì)于各類元件的性能要求是要確保能夠滿足溫度等極端環(huán)境的工作要求，避免無線通信信號(hào)受到外界設(shè)備的干擾。數(shù)據(jù)采集的存儲(chǔ)和傳輸類型要在符合應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上盡量減少對(duì)寬帶的需求，減少傳輸轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，增快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，為快速化處理奠定良好的基礎(chǔ)。在選擇數(shù)據(jù)傳輸方式時(shí)，要將有線傳輸與無線傳輸?shù)确绞匠浞纸Y(jié)合在一起，同時(shí)要能夠利用手持終端通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方便巡檢和維修人員開展日常工作，擴(kuò)寬系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

3.4大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)

大數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠利用數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和顯示，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，并在故障發(fā)生時(shí)做好對(duì)應(yīng)的決策預(yù)警。一般情形下而言，大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)包括三個(gè)層面：一是c/S結(jié)構(gòu)層，也就是客戶端/服務(wù)器模式，這種模式能夠盡量降低系統(tǒng)運(yùn)行中通信技術(shù)成本，但是系統(tǒng)升級(jí)較為困難。在本系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)中，其內(nèi)容包括通信狀態(tài)、用戶操作方式指引和界面建設(shè)等。二是B/s結(jié)構(gòu)層，也就是瀏覽器/服務(wù)器模式，其內(nèi)容包括系統(tǒng)的登錄頁面、數(shù)據(jù)的查詢頁面、報(bào)警信息查看頁面等。三是控制邏輯層面，內(nèi)容包括用戶管理、安全控制、數(shù)據(jù)管理和用戶操作邏輯處理。所有這些層面要能夠與數(shù)據(jù)庫完成雙向交互作用，能夠通過軟件設(shè)定進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行并滿足人為操作的要求。

3.5智能診斷體系建設(shè)

智能診斷體系又被稱為是專家系統(tǒng)層，是監(jiān)測與診斷系統(tǒng)運(yùn)行的核心層面，也是滿足系統(tǒng)運(yùn)行長期應(yīng)用的基本層面，在這一體系建設(shè)中，要通過科學(xué)的數(shù)學(xué)建模群，利用人工智能技術(shù)完成知識(shí)推理過程，進(jìn)而模擬專家來解決較為復(fù)雜的問題。系統(tǒng)的組成部分除了知識(shí)庫、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)和人機(jī)交互界面外，還要建立起適合的知識(shí)獲取機(jī)制和解釋機(jī)制，從而能夠更加完善的完成各項(xiàng)處理程序，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障診斷、報(bào)警預(yù)警和運(yùn)行趨勢分析等各項(xiàng)功能。在設(shè)計(jì)智能診斷體系時(shí)，需要明確任務(wù)的種類及其重要性，能夠?qū)⒏鱾€(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和問題處理高度結(jié)合在一起，同時(shí)還要能夠利用便利性的人機(jī)交互界面來提升用戶參與程度，從而達(dá)到更高的運(yùn)行水平。

4結(jié)束語

鐵路信號(hào)系統(tǒng)是機(jī)車運(yùn)行的先行導(dǎo)向，對(duì)線路運(yùn)行起著重要的導(dǎo)向作用，道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)在極大程度上決定了信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，對(duì)機(jī)車的運(yùn)行安全起著重要影響。在信息化和智能化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用水平不斷提升的情形下，建立高效的故障監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，能夠改變傳統(tǒng)巡檢和維護(hù)過程中單純依賴人力開展工作的狀態(tài)，能夠極大地提升道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題，通過提升處理效率增加系統(tǒng)運(yùn)行的安全性能，延長設(shè)備的運(yùn)營時(shí)限，提升鐵路系統(tǒng)的整體運(yùn)營效益。