【摘要】應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的泛化能力對動車組（EMU）監(jiān)控系統(tǒng)加以改進(jìn)，使動車組監(jiān)控系統(tǒng)具備檢測潛在故障源并預(yù)警的能力，同時將無線射頻識別技術(shù)（RFID）應(yīng)用到動車組監(jiān)控系統(tǒng)，定時獲取并快速傳輸動車組設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。本文以動車組受電弓工作電壓為例建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模擬和仿真結(jié)果表明，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確判斷故障趨勢并起到預(yù)警的作用，具有較高的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)控系統(tǒng)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；無線射頻識別技術(shù)

目前，動車組大多采用機(jī)車微機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)[1]（TCMS），其主要功能是實現(xiàn)機(jī)車特性控制、邏輯控制、故障監(jiān)視和自我診斷，并將信息傳送到司機(jī)操縱臺上的微機(jī)顯示屏給司機(jī)以直觀的反映機(jī)車實時狀態(tài)。但該監(jiān)控系統(tǒng)對故障判斷的準(zhǔn)確性和快速性存在不足。

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動車組預(yù)警系統(tǒng)是在機(jī)車微機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機(jī)車系統(tǒng)運行參數(shù)發(fā)展趨勢具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力的特性，對機(jī)車微機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)加以改進(jìn)，使得機(jī)車微機(jī)控制監(jiān)視系統(tǒng)具備一定的預(yù)警能力。同時，將無線射頻識別技術(shù)應(yīng)用到動車組監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對動車組設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和傳輸[2]，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕瑢崿F(xiàn)潛在故障源的精確定位，很好地提高監(jiān)控系統(tǒng)對動車組監(jiān)控的快速性和準(zhǔn)確性。完善后的動車組監(jiān)控系統(tǒng)，可減少人為誤差、減少工作人員工作量，在發(fā)生故障時，可使鐵路監(jiān)控中心及時做出決策，降低事故造成的損失，在很大程度上保障旅客的生命和財產(chǎn)安全。

１．BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.2系統(tǒng)設(shè)備選型及主要性能

（1）采用UHF頻段的RFID標(biāo)簽。UHF頻段包括433.92MHz和860～930MHz兩個不同范圍，該頻段的RFID標(biāo)簽最遠(yuǎn)識別距離可達(dá)6m，能夠滿足動車組車廂內(nèi)設(shè)備運行數(shù)據(jù)的識別與采集，且該頻段的DFID標(biāo)簽具有識別速度快和通訊品質(zhì)佳的優(yōu)點[4]，能滿足動車組RFID系統(tǒng)的要求。

（2）采用有源可讀寫標(biāo)簽電子標(biāo)簽，有源電子標(biāo)簽發(fā)射功率大，傳輸速度、傳輸距離、穩(wěn)定性均比無源電子標(biāo)簽好，鋰電池壽命在10年以上。同時，可讀寫標(biāo)簽內(nèi)部的存儲器除了RAM，ROM和緩沖存儲器之外，還有非活動可編程記憶存儲器，可實現(xiàn)對原有數(shù)據(jù)的擦除及數(shù)據(jù)的重新寫入。

（3）采用發(fā)射功率小于100mW的閱讀器，符合國際微波衛(wèi)生安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3系統(tǒng)工作原理

在動車組中，各設(shè)備均裝有監(jiān)控設(shè)備，如溫度、壓力、電壓、電流、速度傳感器等。將傳感器產(chǎn)生的電信號進(jìn)行預(yù)處理，獲得行車數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入RFID系統(tǒng)的應(yīng)答器中儲存?？刂芌FID系統(tǒng)的閱讀器定時與應(yīng)答器進(jìn)行通訊，獲取應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控終端電腦，將采集到的行車數(shù)據(jù)通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對行車數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。判斷動車組設(shè)備是否存在潛在的危險，并將預(yù)測結(jié)果及時地傳送至動車機(jī)組及鐵路運行監(jiān)控部門。

3.系統(tǒng)建模及仿真

3.1訓(xùn)練樣本的選取

動車組運行中的重要參數(shù)有：受電弓電壓[5]、主斷路器開端容量、高壓電流互感器變流比、牽引電機(jī)功率等。由動車組在運行中各個設(shè)備運行狀態(tài)變化非常復(fù)雜，難以判斷某個或某些設(shè)備運行參數(shù)的某個發(fā)展趨勢能夠引起設(shè)備故障。

本文以某一車廂受電弓工作電壓為例，研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在動車組在線監(jiān)控[6]中的應(yīng)用。

動車組受電弓工作電壓變化選取以下基本趨勢：

（1）受電弓工作電壓發(fā)生較大突變（突變范圍大于額定工作電壓的4%），系統(tǒng)報警。

（2）受電弓工作電壓超過額定工作電壓長時間持續(xù)升高或低于額定工作電壓長時間持續(xù)降低，系統(tǒng)報警。

（3）受電弓工作電壓超過額定工作電壓短時間持續(xù)升高或低于額定工作電壓短時間持續(xù)減低，最后返回額定工作電壓，系統(tǒng)不報警。

（4）受電弓工作電壓為額定工作電壓上下小范圍浮動，此時不報警。

4.結(jié)論

本次BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對故障趨勢的模擬結(jié)果與訓(xùn)練樣本誤差小于1%，能夠準(zhǔn)確地判斷出故障趨勢，可在故障發(fā)生前，在動車組上報警，可減少動車組故障所造成的損失。

由于動車組為一個復(fù)雜的運行系統(tǒng)，其中擁有許多極為復(fù)雜的運行設(shè)備。因此，為了能設(shè)計出功能更為完整、判斷更為準(zhǔn)確的動車組監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，需采集更多各類動車組設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，組建動車組監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行大量的訓(xùn)練，使得建立的網(wǎng)絡(luò)模型具有很好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］謝維達(dá)，邵德榮.城市地鐵與輕軌列車的微機(jī)控制系統(tǒng)[J].電力機(jī)車技術(shù)，2001，24（3）：10-48.

［２］紀(jì)大偉，徐抒巖，胡君，等.基于FPGA的多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011，12：69-71.

［３］韓力群.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、設(shè)計與應(yīng)用.第二版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［４］盧瑞文.自動識別技術(shù)[M].北京：化工工業(yè)出版社，2005：77-99.

［５］李芾，金學(xué)松，張繼業(yè)，等.擺式列車受電弓基座導(dǎo)軌設(shè)計及運動分析[J].鐵道學(xué)報，2001，6（3）：23-28.

［６］楊彬華，凌球，殷國利，等.基于RFID的放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2011，31（10）：1135-1139.

［７］于洋.基于Matlab的改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在城市日用水量預(yù)測中的應(yīng)用[J].河南科學(xué)，2010，28（10）：3109-13.