摘要：目前铁路现场对车站信号联锁系统的故障诊断和维护主要是电务维护人员凭经验处理故障，难免存在盲目性或顾此失彼，且维护人员的业务水平也直接影响故障处理的效率和正确率。如果不能及时排除故障，会影响行车效率，甚至会造成行车事故。如何快速有效地诊断车站信号联锁系统故障，仍是摆在电务技术人员面前的一个重要难题。
关键词：铁路车站；信号设备；故障诊断；专家系统；
通过采用人工智能的方法，对车站信号联锁系统故障诊断系统的开发与实现方法进行分析和探讨。根据车站信号设备复杂的结构特点，建立一种分层多级信息融合的故障诊断方法。
一、故障树专家系统
针对传统专家系统的不足，在铁路车站信号联锁系统的故障诊断专家系统中，引入故障树分析技术，充分利用系统深层知识，以期解决传统专家系统知识获取上的“瓶颈”问题。车站信号设备故障诊断专家系统以参数自诊断方式，利用知识库中的事实和规则，并采用以综合诊断重要度为引导的推理机制。知识库由故障树知识库、模糊推理规则库以及电路模型规则库构成。故障树知识库包含系统故障树结构和各故障模式之间的逻辑关系;模糊推理规则库利用系统参数判断输出事件发生前提下各输入事件发生的可能性，即求出各输入事件的模糊重要度;电路模型规则库含有人机会话计算机、联锁机、I/O接口部分、室外信号设备控制电路等电路模型知识;知识库管理系统用于对知识库中的规则进行增加、删除和修改等各种操作;综合数据库用于存放原始信息和推理过程中得到的中间信息等;解释机制是解答用户对专家系统的行为询问的一个程序模块;推理机利用当前系统参数，根据综合故障重要度来引导推理，从故障树的顶事件逐渐推理到底事件(基本事件)，完成故障推理；验证机根据故障树推理机制诊断的结果，有针对性地调用出现假设故障的诊断控制体，然后调用电路模型规则，验证该控制体是否发生故障；人－机交互诊断通过对话的方式要求用户回答系统在推理过程中提出的问题；系统最终给出诊断结果并给出维修意见。
二、铁路信号设备故障诊断专家系统设计
1.系统结构总体框架设计。通过故障诊断专家系统的构成分析，并与铁路信号设备故障诊断特征、要求相结合，设计系统结构总体框架。知识库、人机接口等为构成故障诊断专家系统的重要成分。其各项设计如下：知识获取子系统能够对铁路信号专业内的知识进行充分获取，如设备故障机理、故障记录等。知识库也被称为规则库，根据相应格式、原则，有效处理、编写取得的知识，把专业领域内的知识、专家知识进行计算机识别知识形式的转换。信号设备微机监测系统作为铁路车站现场设备的检测系统，其能够对设备运行状态加以准确识别，且向检测主机收集传递设备状态信号，目前在铁路系统内信号设备微机监测系统应用较为广泛。
2. 系统功能模块设计。（1）知识获取子模块。知识获取子模块设计中，要求取得的知识内容应具有准确、客观的特点。其不仅需要编辑知识，还要实现知识自学习。以上功能具有紧密联系，需知识库内的知识进行有效管理，且按照需求进行知识的添加、修改或消除，利用同化、调节等作用对知识库的统一性、完整性加以维护。编辑知识要求系统按照专家供给的知识，利用理解、编辑等方式满足系统需求，且将其看作新知识向知识库内适当添加。也可在专家对知识库相关内容不了解的情况下对知识库进行修改。（2）知识库构造子模块。作为事实规律的总结，知识库是推理机正常运作的前提。知识库应对电气集中故障检修专家知识进行正确表达。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆作为程序外部数据库，其能够对该行业专家的经验性知识进行存储。作为专家系统的重要功能模块，知识库具有专家系统知识存储与管理的作用。一般根据固定格式进行其子模块设计技术填写，且准确区分中英文格式，确保系统能够准确识别与正常运行。（3）诊断分析推理模块。利用推理的方式专家系统可进行问题解决，且能够取得等同于专家的结论。推理与控制为推理机的主要任务，致使专家系统与一般资料库系统、知识库系统不同，专家系统是实施推理的功能与知识，而不是存储答案。作为一组计算机程序，此子模块设计技术必须确保程序能够正常运作，具备异常处理作业。推理机制、控制策略为推理机的主要内容，选取反向推理机制作为专家系统故障诊断、维修专家系统的主要方式。其推理程序为先对结论正确性进行假设，随后对其条件的符合性进行验证，如条件符合就具有正确的结论。（4）综合数据库构造子模块。在执行和推理环节专家系统用以存储所需或出现的信息的工作存储器被称为综合数据库。其包含的内容如用户对系统提问的回答等。通常将设备运行工作状态数据存放到铁路信号设备故障诊断专家系统的综合数据库。在设计该子模块时应确保数据更新的及时性，能够对设备状态进行正确反应。在该系统设计技术内可进行设备故障时现场状态的存放，如果运行灯的实时状态等。在系统运行时，综合数据库内容呈现持续变化现象，因此其为动态知识库。在整个故障诊断专家系统内，通常要将综合数据库充分结合知识库，只有这样才能确保系统的完整性。（5）人机对话子模块。输入、输出为人机界面的主要构成部分。在该子模块设计技术中不能任意修改数据库与知识库，只有这样才能确保系统运行的正常性。人机对话和专家、知识工程师接口都能对专家、知识工程师的知识进行接收，以此对系统工作性能进一步了解，且对系统求解问题的能力有效提升。选取Windows操作系统作为该系统的主要模式，界面良好，通过自然语言、文字输入与输出达到交流通畅，为理解、接受提供便利。
3.各模块功能介绍如下：（1）故障现象诊断模块。在本系统中．系统根据故障现象，利用用户手工输入的或者从设备状态信息采集表中获得的设备信息，进行推理，推理机先从知识库里调用规则，然后检索综合数据库，查设备状态表，从表里检查设备状态信息。然后推理机开始进行规则匹配，找到目标规则后．返回结果。只要用户选择了其中的～种故障现象．系统会根据所采集的数据与用户所选择的现象进行匹配，自动分析出故障原因。例如：我们从菜单中选择排列X—S1列车进路．9—15DG区段不亮白光带现象，系统会根据数据库的相关信息，给出故障原因，故障处理方案以及故障处理简单说明等。维护人员只需根据本系统提供的信息，就能正确，及时的处理故障。)数据库维护模块。提供数据库的浏览和编辑功能，在此模块中你呵以查看任意时间、任意设备点的设备状态、逻辑值等信息。浏览状态时．用户可以方便的浏览数据库当前状态的内容．但用户不能通过此出编辑任何数据，并能提供历史数据的查询、统计功能，并能输出报表，使用户清晰的知道故障发生的种类和频率：编辑状态下，用户可以在此模块中修改、添加、查询、删除数据，同时可通过此模块手动的输入设备状态信息，因为数据库涉及到系统运行的正确与否．所以在进入编辑模块时，需提供密码才能进入。（3）知识库维护模块。目前，系统针对6502电器集中的七十多个故障现象，共二百多个故障大类．上千种故障原因，建立了相应的知识库。但是，在实际工作中．我们还会碰到大量的，复杂的故障原因，也就需要我们不断的完善系统的知识库。本系统将知识库的维护设计成开放模式，即使不是计算机的专业技术人员．通过培训后，也能维护添加相应的知识库。这也是本系统的最大的特点。
总之，通过开发铁路信号设备故障诊断专家系统．可为信号维修人员对故障分析和诊断提供决策．提高预防和状态维修的水平，从而保证铁路列车运行安全。
参考文献：
[1]吴玉华，车站信号控制设备故障诊断专家系统的研究与实现.2017.
[2]刘天航，浅谈铁路车站信号设备智能诊断系统的开发.2017.
论文作者:秦远广
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：专家系统论文; 知识库论文; 系统论文; 故障论文; 知识论文; 设备论文; 模块论文; 《工程管理前沿》2019年第14期论文;