蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室 張 荃

1.引言

鐵路信號設(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。近年來隨著科技的進步我國的鐵路朝著高速、重載和高密度的方向發(fā)展，由此可見，如何保證鐵路交通系統(tǒng)的安全和高效運行極為重要。信號設(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。鐵路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)是保證行車安全、加強信號設(shè)備結(jié)合部管理、監(jiān)測鐵路信號設(shè)備運用質(zhì)量的重要行車設(shè)備。微機監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用一般分為三部分：監(jiān)測站機系統(tǒng)、電務(wù)段監(jiān)測服務(wù)器和各類監(jiān)測終端組成。本文研究的微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)就是運用在電務(wù)段監(jiān)測服務(wù)器上，為了保證行車安全，該系統(tǒng)能夠為鐵路信號設(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)容包括列車運行現(xiàn)狀進行識別診斷、對其運行過程的檢測以及對其運行發(fā)展趨勢的預(yù)測。微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)為行車安全和系統(tǒng)運行安全提供了有利的保證。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)以信號微機監(jiān)測系統(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)和專家系統(tǒng)組成。決策支持系統(tǒng)主要是：①問題處理及人機交互系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；③模型庫系統(tǒng)等組成。專家系統(tǒng)主要由知識庫、知識庫管理系統(tǒng)和推理機三部分組成。本系統(tǒng)新增設(shè)了一個學(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)，實現(xiàn)從鐵路相關(guān)服務(wù)器上采集實時故障數(shù)據(jù)到本地，對這些故障初始數(shù)據(jù)進行數(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)庫中。

（2）智能決策支持模塊。這是微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)的核心部分。智能決策支持系統(tǒng)分以下幾個部分：

1）數(shù)據(jù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其功能包括對數(shù)據(jù)的存儲、檢索、處理和維護，并能從來自多種渠道的各類信息資源中吸取數(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)有各種類型的數(shù)據(jù)資源。

2）模型系統(tǒng)

由于決策問題的廣泛性、決策模式的多樣性、決策過程的復(fù)雜性，決定了模型庫子系統(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和管理功能，實現(xiàn)各類決策輔助支持。

3）問題處理與人機交互系統(tǒng)

此系統(tǒng)通過與決策者的不斷交互開始一個決策問題的求解，并向決策者提供各種信息。它為決策者提供信息收集、問題識別以及模型構(gòu)造、使用、改進、分析和計算等功能，是決策者能夠依據(jù)個人經(jīng)驗，主動地利用IDSS的各種支持功能。

4）知識系統(tǒng)

它是DSS能夠解決用戶問題的智囊，它主要包括一個綜合性的知識庫、多屬性知識庫（事實、規(guī)則）、知識庫管理和推理部件。知識庫系統(tǒng)是管理和維護知識的系統(tǒng)，主要功能是實現(xiàn)知識的推理、學(xué)習(xí)和獲取等。知識庫模塊中包含著與信號設(shè)備故障有關(guān)的知識。鐵路信號設(shè)備的故障總體上可分為電路故障和機械故障。鐵路車站微機聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，目前大部分采用微機聯(lián)鎖系統(tǒng)。運行中出現(xiàn)的故障應(yīng)該進行針對性地排查，若采用事后經(jīng)驗性維修和盲目性維修，不僅故障處理時間長、效率也相對較低，因此本系統(tǒng)采用了故障樹的分析方法，基于故障樹技術(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。

知識量是否充裕、知識是否準(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)域所有的知識都能收集到位，知識庫建成后，后期的知識獲取工作非常重要。

知識庫中知識的獲取來源于以下幾個方面：①通過專家等知識和經(jīng)驗豐富的人來獲?。虎诟飨到y(tǒng)之間檢修經(jīng)驗的交互；③系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)機制知識庫維護包括兩方面：A.常規(guī)性維護：知識庫的常規(guī)性維護包括知識的增添、刪除、修改以及知識庫的重組。B.語義一致性維護：a.檢查先有知識庫語義是否一致；b.檢查增添、刪除、修改知識是否會破壞知識庫的。

5）推理機

它是實施問題求解的核心執(zhí)行機構(gòu)，它是對知識進行解釋的程序。推理機問題求解過程就是判斷如何應(yīng)用規(guī)則的過程。

6）學(xué)習(xí)系統(tǒng)

圖2 擬實現(xiàn)功能

學(xué)習(xí)系統(tǒng)將用戶對話及分析結(jié)果，結(jié)合領(lǐng)域?qū)哟沃R對問題求解過程進行歸納學(xué)習(xí)，生成新的模型操作知識，對問題求解系統(tǒng)以及知識系統(tǒng)進行修正或?qū)υ械哪Ｐ筒僮髦R進行修正，實現(xiàn)機器學(xué)習(xí)的功能。

（3）維修管理模塊。微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)的最后一步，實現(xiàn)檢修任務(wù)的派發(fā)，保證故障得以及時處理。生成故障檢修方案以后，就應(yīng)該安排工人進行維修工作了。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個部分。

3.擬實現(xiàn)的功能

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

4.軟件開發(fā)環(huán)境

圖3 開發(fā)環(huán)境結(jié)構(gòu)圖

IDSS的開發(fā)環(huán)境是指支持智能決策支持系統(tǒng)開發(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?，而這些特殊性在很大程度上是依賴于開發(fā)環(huán)境的，所以智能決策支持系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與其他通用開發(fā)系統(tǒng)不同。一個重要的特點就是智能決策支持系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境/運行環(huán)境和智能決策支持系統(tǒng)聯(lián)系非常密切。一般通用的開發(fā)環(huán)境，如Visual C++6.0，專門化差一些，直接在一般的操作系統(tǒng)上達不到IDSS的要求，因此必須要把智能決策支持系統(tǒng)與其開發(fā)環(huán)境融為一體。其開發(fā)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5.結(jié)束語

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，對微機監(jiān)測檢測決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進行了設(shè)計。設(shè)計一套集故障排序，故障診斷，故障檢修為一體的微機監(jiān)測檢修決策支持系統(tǒng)。能為鐵路信號設(shè)備的基本故障檢修工作提供解決方案和決策支持。為鐵路運行安全提供了進一步的保證，適應(yīng)了我國鐵路發(fā)展的需要。

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