婁正良

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

基于知識(shí)庫(kù)的鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

婁正良

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

在現(xiàn)有的行車設(shè)備基礎(chǔ)上，建立安全風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)知識(shí)庫(kù)，實(shí)時(shí)追蹤行車作業(yè)的各類信息，構(gòu)建一個(gè)車站行車作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的知識(shí)庫(kù)體系，并通過(guò)知識(shí)庫(kù)推理方法實(shí)現(xiàn)車站行車風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與提示功能。此系統(tǒng)彌補(bǔ)了當(dāng)前各類系統(tǒng)分別建設(shè)，信息獨(dú)立的不足，有效提升了運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中的安全。在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

知識(shí)庫(kù)；控制系統(tǒng)；鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)

1 問(wèn)題和現(xiàn)狀

鐵路車務(wù)安全在運(yùn)輸安全中問(wèn)題最為突出，車務(wù)部門的安全直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)及行車一線職工的生命安全，是各項(xiàng)安全生產(chǎn)中的重中之重。而鐵路行車安全在運(yùn)輸安全中問(wèn)題最為突出，因?yàn)槿藛T傷亡、貨物損毀、設(shè)備破壞等損失都是在行車作業(yè)中發(fā)生事故造成的。車站是辦理行車作業(yè)的主要場(chǎng)所，也就不難理解為什么車站發(fā)生的事故占行車事故總數(shù)的三分之二以上［1］。因此加強(qiáng)鐵路車站行車作業(yè)安全研究分析，對(duì)查找安全隱患，有針對(duì)性地制訂安全措施，夯實(shí)安全基礎(chǔ)具有重要意義。

我國(guó)鐵路的裝備這些年來(lái)飛速發(fā)展，目前各類車站裝備的過(guò)程控制系統(tǒng)有聯(lián)鎖、駝峰、停車器、調(diào)機(jī)、脫軌器等；信息處理系統(tǒng)有行車、現(xiàn)車、統(tǒng)計(jì)、班計(jì)劃、貨運(yùn)制票、貨運(yùn)計(jì)劃、貨運(yùn)保價(jià)、貨檢、集裝箱、接發(fā)車通知、機(jī)務(wù)段、平調(diào)燈顯等；監(jiān)測(cè)或探測(cè)系統(tǒng)有車號(hào)識(shí)別、超偏載、車輛限界、視頻監(jiān)視、電務(wù)監(jiān)測(cè)、燃軸、車輛跟蹤、輪緣破損等。這些單元控制、監(jiān)測(cè)與信息子系統(tǒng)按照鐵路信號(hào)的控制邏輯與運(yùn)算提供了直接安全保障，但操作合理性不在保障范圍，為了更好地提高安全性，制定了很多作業(yè)規(guī)范，比如技規(guī)、行規(guī)、站細(xì)等規(guī)章制度，通過(guò)人的規(guī)范化操作來(lái)提高安全。然而人的操作受到人的情緒、疲勞程度、技能等很多因素影響，也不可能永不出錯(cuò)，因此鐵路上每年都有安全事故發(fā)生，而且有很多同樣原因、同樣類型的事故發(fā)生。這就是將安全依賴于人的缺陷。

其實(shí)很多事故的發(fā)生，都有一系列錯(cuò)誤的操作，或者錯(cuò)誤的執(zhí)行次序等產(chǎn)生，這些在事故發(fā)生之前的特征稱為預(yù)兆。隨著鐵路裝備的發(fā)展，這些預(yù)兆或多或少地存在于各類系統(tǒng)記錄的信息中，并且互相印證，形成預(yù)兆鏈。本文就是采取知識(shí)庫(kù)的方式，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)分析、檢測(cè)這些預(yù)兆；并且在事故發(fā)生前，通過(guò)聲音、閃爍燈光明顯地通知現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，達(dá)到將事故消滅在萌芽中。

2 鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)框架如圖1所示，圍繞知識(shí)庫(kù)可以將系統(tǒng)分成4個(gè)部分。分別是外部系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)維護(hù)、知識(shí)庫(kù)應(yīng)用、系統(tǒng)交互等。

2.1外部系統(tǒng)

鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)主要利用車站現(xiàn)有的裝備系統(tǒng)，具體到車站應(yīng)用而言，可能略有不同，比如應(yīng)用于客運(yùn)站的行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)就不需要駝峰、停車器等系統(tǒng)。而有些車站，可能還有貨運(yùn)系統(tǒng)，AEI、電力管理信息等。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，所接受的外部信息越全，能夠檢測(cè)的知識(shí)庫(kù)范圍就越寬。這在下文會(huì)詳細(xì)敘述到。目前系統(tǒng)是在編組站綜合管控一體化CIPS系統(tǒng)中實(shí)施的，因此上述的凡是與CIPS系統(tǒng)作接口的系統(tǒng)都納入到本系統(tǒng)的信息采集范圍。但在本文中，為了系統(tǒng)適應(yīng)性更廣，將鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)單獨(dú)作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)敘述。

2.2知識(shí)庫(kù)維護(hù)

知識(shí)需要按照一定的結(jié)構(gòu)和順序存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中從而形成知識(shí)庫(kù)，根據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)容，知識(shí)庫(kù)可以劃分成3個(gè)部分，即動(dòng)態(tài)知識(shí)、靜態(tài)知識(shí)和字典數(shù)據(jù)。

字典數(shù)據(jù)包括知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、元數(shù)據(jù)定義、解析規(guī)則以及一些資源數(shù)據(jù)等。靜態(tài)知識(shí)是一些普遍使用的，固化在系統(tǒng)內(nèi)的知識(shí)，也包括一些重要的預(yù)定義函數(shù)。動(dòng)態(tài)知識(shí)主要用來(lái)闡述事故的預(yù)兆特征，這些預(yù)兆可能發(fā)生的場(chǎng)景特征、時(shí)間等，這些知識(shí)和具體的車站站型、運(yùn)輸組織模式等都有很大關(guān)系，因此可以隨著區(qū)域內(nèi)的運(yùn)輸任務(wù)、組織模式變化而變化。這部分知識(shí)是動(dòng)態(tài)的，可以根據(jù)需求隨時(shí)進(jìn)行增刪改操作。

2.3知識(shí)庫(kù)應(yīng)用

知識(shí)庫(kù)應(yīng)用是系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，在知識(shí)庫(kù)應(yīng)用環(huán)節(jié)中，需要采集各類外部數(shù)據(jù)，并進(jìn)行適當(dāng)分類和整理，同時(shí)還需要做一些必要數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以防止外部系統(tǒng)異常而發(fā)送錯(cuò)誤和不合法數(shù)據(jù)。如何驗(yàn)證數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，根據(jù)知識(shí)庫(kù)內(nèi)設(shè)置，需要作出報(bào)警或者暫停采集這個(gè)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)或者忽略錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，繼續(xù)采集等不同處置措施。數(shù)據(jù)驗(yàn)證通過(guò)后，需要按照知識(shí)庫(kù)要求、規(guī)范化的方式標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。

采集完數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)，進(jìn)行推理是否含有事故預(yù)兆，如果有，那么就進(jìn)行預(yù)警輸出，否則系統(tǒng)沒(méi)有輸出。

圖1　鐵路行車風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

2.4交互

交互層主要有兩個(gè)部分，一個(gè)是知識(shí)庫(kù)維護(hù)的部分，還有一個(gè)是知識(shí)庫(kù)的推理輸出。其實(shí)還有一些比如回放、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)等輔助的功能在本系統(tǒng)中不再敘述。

用戶交互是根據(jù)設(shè)計(jì)一個(gè)用戶可以看懂的，同時(shí)機(jī)器也可以理解執(zhí)行的知識(shí)表達(dá)體系。因此系統(tǒng)的用戶交互的知識(shí)庫(kù)基本上是以自然語(yǔ)言為基礎(chǔ)的，錄入時(shí)可以通過(guò)一些標(biāo)準(zhǔn)化的語(yǔ)法提示、語(yǔ)法檢查來(lái)輔助用戶錄入正確的知識(shí)庫(kù)，系統(tǒng)對(duì)錄入的知識(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，反轉(zhuǎn)生成通俗、易懂的自然語(yǔ)言供用戶查看、學(xué)習(xí)。

預(yù)警輸出主要有聲音輸出、燈光輸出和可視化屏幕圖形輸出等3種。預(yù)警輸出的設(shè)備會(huì)裝在運(yùn)轉(zhuǎn)室內(nèi)。會(huì)有一個(gè)音箱、一個(gè)色燈和一塊顯示屏。

聲音輸出類型有3種分別為：

合成語(yǔ)音提示，需要在知識(shí)庫(kù)內(nèi)定義語(yǔ)音內(nèi)容、播放次數(shù)、間隔時(shí)間、延遲時(shí)間等；

警告語(yǔ)音，需要在知識(shí)庫(kù)內(nèi)說(shuō)明播放的語(yǔ)音文件編號(hào)；

緊急報(bào)警，需要在知識(shí)庫(kù)內(nèi)說(shuō)明播放的語(yǔ)音文件編號(hào)。系統(tǒng)在輸出緊急報(bào)警語(yǔ)音時(shí)，將會(huì)帶上適當(dāng)?shù)念澮簦赃_(dá)到警示的目的。

燈光輸出定義如下：

藍(lán)色燈光，表示按照預(yù)兆分析，需要提示用戶注意，屬于輕微的事故預(yù)兆；

紅色燈光，表示中等程序的警告，提醒用戶小心，否則，可能會(huì)產(chǎn)生損失不大的事故；

紅色閃爍，特別嚴(yán)重的警告，用戶必須立即處理，否則，會(huì)發(fā)生重大事故。

可視化屏幕是指圖形化的方式顯示事故發(fā)生的示意圖。

通常對(duì)于某個(gè)具體的車站而言，事故發(fā)生的頻率是很低的，通常一年也就兩三起事故。但一旦發(fā)生就需要以明確、醒目的方式向用戶報(bào)警。需要用戶及時(shí)處理。因此預(yù)警輸出也是按照這種要求，通過(guò)聲音、燈光、圖像等多種方式提醒用戶。

3 知識(shí)表示

本文采用一階謂詞的形式描述行車中用于安全監(jiān)測(cè)的知識(shí)庫(kù)。行車風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)中涉及的信息量大，類別多，需要用合適的表達(dá)方式將行車中安全事故的預(yù)兆明確地表示出來(lái)，達(dá)到用戶能看明白，機(jī)器也能正確識(shí)別［2］。

3.1詞匯表

詞匯表是組成知識(shí)庫(kù)的基本元素，也是知識(shí)推理的基礎(chǔ)。同時(shí)詞匯表也確定了知識(shí)庫(kù)的表達(dá)范圍。行車風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)的詞匯表主要包括以下內(nèi)容。

站場(chǎng)設(shè)備，包括所有具體的股道、道岔、區(qū)段、停車器、各種類型的信號(hào)燈以及這些設(shè)備的屬性（長(zhǎng)度、坡度、類型、型號(hào)等）和他們之間的相互位置關(guān)系。

設(shè)備表示，指聯(lián)鎖的站場(chǎng)表示內(nèi)容以及TDCS的鄰站表示及區(qū)間表示。包括設(shè)備的占用、信號(hào)燈的顏色、脫軌器和停車器等狀態(tài)描述，均作為知識(shí)的常量元素。

列車信息，列車的車次、到發(fā)時(shí)間、等級(jí)、總重、換長(zhǎng)等屬性。

車輛信息，包括車輛的位置、車號(hào)、自重、換長(zhǎng)等。

本務(wù)機(jī)和調(diào)機(jī)信息，包括機(jī)車型號(hào)、機(jī)車牽引定數(shù)，是否是電力機(jī)車等。

運(yùn)輸和行車中常用術(shù)語(yǔ)，比如接近區(qū)段、離去區(qū)段等。

補(bǔ)充信息，主要指從一些外部系統(tǒng)采集到的，不在上述范圍內(nèi)的一些實(shí)體信息。

3.2函數(shù)

將一組關(guān)聯(lián)約定俗成的知識(shí)，通過(guò)函數(shù)來(lái)表達(dá)，可以大大簡(jiǎn)化知識(shí)的表達(dá)與閱讀。比如站場(chǎng)追蹤、進(jìn)路巡檢、機(jī)車運(yùn)行速度等。

行車中，有些術(shù)語(yǔ)，雖然可以用一組知識(shí)來(lái)表達(dá)，但為了表達(dá)簡(jiǎn)便，可以設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)來(lái)和這些術(shù)語(yǔ)對(duì)應(yīng)起來(lái)，比如進(jìn)路。實(shí)際上是檢查一組連續(xù)設(shè)備的鎖閉狀態(tài)，防護(hù)這些設(shè)備的信號(hào)機(jī)開(kāi)放狀態(tài)、反向信號(hào)機(jī)狀態(tài)等。

還有一類需要使用高階謂詞敘述的知識(shí)，可以用函數(shù)來(lái)表示，這樣在提高知識(shí)庫(kù)表達(dá)能力的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了知識(shí)的表達(dá)和推理。

3.3謂詞

在知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)中，有如下所述的3類謂詞。

表達(dá)設(shè)備關(guān)系、屬性、特征、位置等。比如：“信號(hào)機(jī)外方區(qū)段”，就是表示特定的知識(shí)陳述中所述的信號(hào)機(jī)和區(qū)段的關(guān)系。3443的定位區(qū)段，就是表示為3443的道岔與區(qū)段的關(guān)系。

表達(dá)設(shè)備狀態(tài)變化、或者場(chǎng)景變換。比如“443DG由出清轉(zhuǎn)占用”，實(shí)際上是個(gè)三元謂詞。

函數(shù)輸出與函數(shù)輸出、或者與設(shè)備之間的關(guān)系。比如：進(jìn)路的接近區(qū)段。

3.4事故預(yù)兆陳述

在進(jìn)行校內(nèi)外實(shí)訓(xùn)的時(shí)候，學(xué)校方面應(yīng)該注意對(duì)校內(nèi)外的實(shí)訓(xùn)環(huán)境進(jìn)行整合。在進(jìn)行校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的時(shí)候，應(yīng)該對(duì)校內(nèi)相關(guān)資源進(jìn)行豐富，并且對(duì)校內(nèi)設(shè)施進(jìn)行完善，從而保證校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的整體效果。學(xué)校應(yīng)該根據(jù)實(shí)訓(xùn)的實(shí)際需要對(duì)已有資源進(jìn)行彈性改變，對(duì)現(xiàn)階段行業(yè)市場(chǎng)的整體運(yùn)行大趨勢(shì)進(jìn)行較為詳細(xì)的了解，并且對(duì)現(xiàn)階段行業(yè)的人才需求情況進(jìn)行研究，從而使校內(nèi)實(shí)訓(xùn)的展開(kāi)變得盡量社會(huì)化，更加貼近社會(huì)實(shí)訓(xùn)的效果。

在確定了知識(shí)庫(kù)的詞匯表后，剩下的工作就是用這些詞匯表構(gòu)造事故預(yù)兆的真值表。就是告訴系統(tǒng)，在那些場(chǎng)景下，或者過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生事故。

事故預(yù)兆描述包括3個(gè)部分內(nèi)容，事故預(yù)兆的描述，事故的分類，以及事故的處理方式，如示例1所示。其中事故的處理方式就是系統(tǒng)的輸出。請(qǐng)參照本文的前面部分。

示例1：

預(yù)兆：信號(hào)機(jī)外方區(qū)段紅光帶，信號(hào)機(jī)滅燈，信號(hào)機(jī)內(nèi)方區(qū)段由出清轉(zhuǎn)占用。

分類：機(jī)車冒進(jìn)信號(hào)機(jī)、車輛溜逸

輸出：A、色燈紅色閃爍

B、緊急報(bào)警，報(bào)警音（音頻編號(hào)0521）

示例1用符號(hào)可以表述為：

符號(hào)表達(dá)［3］是計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)方式，但對(duì)于用戶，特別是車站的普通用戶，閱讀是不方便的，因此系統(tǒng)需要將符號(hào)表達(dá)方式轉(zhuǎn)化為上述通俗的文字表達(dá)方式。這樣的輸出，用戶可以查閱、比較和學(xué)習(xí)。本文后面采用同樣的方式來(lái)敘述知識(shí)，有興趣請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)。

4 知識(shí)推理

知識(shí)庫(kù)建立以后，需要通過(guò)合適的推理算法［3］，將知識(shí)和采集的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)和預(yù)警的功能，本文在這里不介紹推理算法，只闡述知識(shí)推理的相關(guān)功能。

4.1數(shù)據(jù)采集

知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)建立后，需要和實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)才可以預(yù)警。因此數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要。而數(shù)據(jù)采集涉及到的系統(tǒng)眾多，也是故障頻發(fā)點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮到系統(tǒng)的伸縮性和魯棒性，對(duì)于接口數(shù)據(jù)采集的原則是，如果某個(gè)接口的數(shù)據(jù)無(wú)效，則凡是依賴該接口數(shù)據(jù)的知識(shí)全部無(wú)效。這樣確保系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟掣鹘涌?、或者某個(gè)外部系統(tǒng)故障而導(dǎo)致整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)失效。

對(duì)于接口失效的處理是按照知識(shí)庫(kù)庫(kù)內(nèi)的接口知識(shí)來(lái)處理。比如在預(yù)警系統(tǒng)的外部系統(tǒng)中，聯(lián)鎖數(shù)據(jù)是主要的源數(shù)據(jù)，如果聯(lián)鎖數(shù)據(jù)失效，那么就有可能出現(xiàn)一些重大安全事故而不能預(yù)警。因此用戶可以添加相應(yīng)的知識(shí)如示例2所示。

示例2：

預(yù)兆：聯(lián)鎖接口機(jī)A，聯(lián)鎖接口機(jī)B在1 min內(nèi)同時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)。

分類：接口故障

輸出：A、色燈紅色閃爍

B、緊急報(bào)警，報(bào)警音（音頻編號(hào)0521）

這樣，通過(guò)知識(shí)靈活地制定接口的處理規(guī)則，預(yù)警系統(tǒng)既可以順利地降級(jí)使用，也可以確保一些重要外源系統(tǒng)非正常運(yùn)行的報(bào)警處理。

4.2標(biāo)準(zhǔn)化

預(yù)警系統(tǒng)在采集完外部數(shù)據(jù)后，需要掃描知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)，逐條驗(yàn)證，如果沒(méi)有滿足條件的，說(shuō)明一切正常，沒(méi)有故障的預(yù)兆。這是一個(gè)比較低效的做法，特別是當(dāng)知識(shí)庫(kù)內(nèi)包含一些追蹤函數(shù)時(shí)，因此系統(tǒng)需要預(yù)先將知識(shí)進(jìn)行拆分最小合取范式。也就是將知識(shí)拆分成單個(gè)獨(dú)立的知識(shí)單元，然后將知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)用這些知識(shí)單元重新組合起來(lái)。這個(gè)過(guò)程稱為知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化。在知識(shí)錄入時(shí)就需要完成。

4.3知識(shí)有效性驗(yàn)證

預(yù)警系統(tǒng)對(duì)輸入的知識(shí)在標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行驗(yàn)證，主要驗(yàn)證知識(shí)的相容性、互斥性。并對(duì)永真和永假的知識(shí)進(jìn)行過(guò)濾。防止不正確的知識(shí)干擾其他知識(shí)的正常推理。

假定知識(shí)庫(kù)內(nèi)有兩條預(yù)兆陳述分別為P1和P2，如下面公式所示，公式中的α、β、γ、δ都是指單個(gè)的命題符號(hào)。

如果α蘊(yùn)涵γ，而β蘊(yùn)涵?δ，那么P1和P2就是一個(gè)不相容的命題：

對(duì)于互斥的，不相容的，最終都可以推理出永真或永假命題。而系統(tǒng)在預(yù)兆偵查時(shí)，采用反向鏈接算法就會(huì)獲取一個(gè)不確定的值作為系統(tǒng)輸出，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

4.4預(yù)兆偵查

在每次采集完數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)首先根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)知識(shí)單元進(jìn)行代入計(jì)算。在計(jì)算完值后，再參與后繼的邏輯運(yùn)算。

對(duì)知識(shí)庫(kù)內(nèi)的預(yù)兆陳述，根據(jù)其知識(shí)單元組成，從確定的知識(shí)單元集合中搜索其正負(fù)命題相應(yīng)的蘊(yùn)含式并判斷預(yù)兆陳述是否成立。采用這種反向鏈接的算法，可以有效提高搜索速度。

4.5輸出

系統(tǒng)正常工作時(shí)，根據(jù)預(yù)兆偵查的結(jié)果輸出前述的聲音、燈光和可視化屏幕輸出等。這種正常的輸出，對(duì)于某個(gè)具體車站而言，基本上一個(gè)月不到一次。而用戶需要確切地知道該系統(tǒng)是否正常工作，因此系統(tǒng)除了這個(gè)主要的輸出外，還有輔助輸出。

輔助輸出主要是在運(yùn)行過(guò)程中，輸出推理日志和自檢日志。用戶可查看推理日志，了解系統(tǒng)的工作方式和原理，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)內(nèi)有無(wú)遺漏的預(yù)警知識(shí)。而自檢日志是按照設(shè)定的周期定期檢查系統(tǒng)自身的軟件是否存在故障（包含接口、知識(shí)單元運(yùn)算服務(wù)是否正常等），報(bào)警裝置是否正常。

5 實(shí)踐

5.1應(yīng)用

基于知識(shí)庫(kù)的鐵路車站行車風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)研制完成并于2015年4月應(yīng)用于蘇家屯車站的CIPS系統(tǒng)。作為CIPS管控一體化系統(tǒng)安全防范的一部分。目前蘇家屯的行車風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警知識(shí)庫(kù)內(nèi)，由用戶和廠家整理的知識(shí)有173條。包括分路不良、脫軌器、錯(cuò)辦接發(fā)車進(jìn)路、車輛溜逸等15個(gè)方面的報(bào)警。

5.2指標(biāo)

用戶對(duì)系統(tǒng)比較關(guān)注的性能主要包含兩個(gè)方面，一個(gè)是能檢測(cè)出多少個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，第二是檢出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警輸出的時(shí)間提前量。

系統(tǒng)能檢測(cè)出的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要和采集到數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性有關(guān)系。比如：脫軌器的信息采集不到，那么和脫軌器相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)就無(wú)法檢測(cè)。而在數(shù)據(jù)能夠采集到的情況下，檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)沒(méi)有上限，用戶可以根據(jù)需要向知識(shí)庫(kù)內(nèi)添加知識(shí)。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警輸出的時(shí)間提前量，即風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和實(shí)際事故發(fā)生之間的時(shí)間間隔。很顯然，時(shí)間越長(zhǎng)，留給用戶采取措施挽救的時(shí)間就越富裕。但該時(shí)間系統(tǒng)無(wú)法控制，系統(tǒng)只能縮小風(fēng)險(xiǎn)預(yù)兆的出現(xiàn)時(shí)間與預(yù)警時(shí)間之間間隔。這個(gè)時(shí)間稱為預(yù)警檢測(cè)時(shí)間。預(yù)警檢測(cè)時(shí)間主要由3個(gè)部分組成，分別為外部系統(tǒng)的延遲時(shí)間，通道時(shí)間，預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)算時(shí)間。前面兩個(gè)方面時(shí)間，只能通過(guò)管理和設(shè)備來(lái)縮短，屬于外部因素。因此預(yù)警只能控制自身的運(yùn)算時(shí)間。

目前預(yù)警檢測(cè)時(shí)間在1 s以內(nèi)。其中外部系統(tǒng)延遲和通道時(shí)間大概在600 ms左右，而預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)算時(shí)間（包含調(diào)度和推理）的時(shí)間小于400 ms。

5.3示例

下面例舉蘇家屯數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的關(guān)于分路不良的一組知識(shí)說(shuō)明系統(tǒng)的應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)使用的分路不良的知識(shí)共有23條，這里篇幅所限，例舉3條，如示例3所示。

示例3：

預(yù)兆：機(jī)車以高于70 km/h的速度通過(guò)分路不良區(qū)段。

分類：分路不良

輸出： A、色燈紅色閃爍

B、緊急報(bào)警，報(bào)警音（音頻編號(hào)0521）

預(yù)兆：機(jī)車在分路不良區(qū)段折返時(shí)間小于2 min。

分類：分路不良

輸出： A、色燈紅色閃爍

B、緊急報(bào)警，報(bào)警音（音頻編號(hào)0521）

預(yù)兆：機(jī)車在分路不良區(qū)段無(wú)表示。

分類：分路不良

輸出： A、色燈紅色閃爍

B、緊急報(bào)警，報(bào)警音（音頻編號(hào)0521）

系統(tǒng)對(duì)于分路不良的檢測(cè)如果能夠取到準(zhǔn)確的機(jī)車位置信息，那么自然可以準(zhǔn)確的預(yù)警，但目前并不是所有的機(jī)車（包括調(diào)機(jī)和本務(wù)機(jī)）都裝備定位和通訊設(shè)備，即使裝備了，定位也不一定準(zhǔn)確。上述3個(gè)示例是通過(guò)巡檢區(qū)段表示檢測(cè)分路不良的事故預(yù)兆。首先3條規(guī)則都將檢測(cè)區(qū)段限制在電務(wù)登記過(guò)的分路不良區(qū)段來(lái)減少誤報(bào)的可能性。第一條規(guī)則中機(jī)車速度是系統(tǒng)通過(guò)分路不良區(qū)段的壓紅時(shí)間和下一個(gè)區(qū)段的壓紅時(shí)間以及區(qū)段的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算機(jī)車的走行速度。第二條規(guī)則中，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別折返進(jìn)路，根據(jù)分路不良區(qū)段的占用時(shí)間計(jì)算機(jī)車的調(diào)頭時(shí)間。第三條規(guī)則表示機(jī)車在分路不良區(qū)段沒(méi)有表示，同時(shí)進(jìn)路的下一個(gè)區(qū)段也沒(méi)有表示。

很顯然，上述的3條知識(shí)是不完備的，但是分析了2010年至2015年全路出現(xiàn)的分路不良事故7起，通過(guò)上述的知識(shí)檢測(cè)，都可以檢測(cè)到。

5.4風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警后處理

本文主要是研究風(fēng)險(xiǎn)如何檢查、報(bào)警，那么，報(bào)警后的處理就由用戶來(lái)處理。大致有3類情況：

1）需要用戶處理，并且用戶在風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警后有充裕的時(shí)間來(lái)處理的，比如發(fā)車方向報(bào)警，系統(tǒng)根據(jù)值班員排列的發(fā)車進(jìn)路和股道內(nèi)的車次來(lái)檢測(cè)列車有無(wú)發(fā)錯(cuò)方向 。這樣的預(yù)兆報(bào)警，用戶就有時(shí)間來(lái)消除故障。

2）用戶不需要做任何操作，比如上述的分路不良，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到分路不良并預(yù)兆報(bào)警后，用戶只要不排敵對(duì)進(jìn)路，就可以確保不會(huì)發(fā)生掉道、擠岔等事故。

3）需要用戶立即做處理的，處理越快，損失越小，比如車輛溜逸，當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警后，值班員一方面要在溜逸方向上順道岔，另一方面要組織現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的人員進(jìn)行車輛制動(dòng)。

6 結(jié)論

基于知識(shí)庫(kù)的鐵路車站行車風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)國(guó)際鐵路界首次采用知識(shí)庫(kù)及相關(guān)技術(shù)來(lái)檢測(cè)和防范事故。目前在蘇家屯實(shí)施，取得了良好的效果。隨著用戶使用體驗(yàn)的加深和對(duì)系統(tǒng)的熟悉，知識(shí)庫(kù)會(huì)得到的進(jìn)一步擴(kuò)充和細(xì)化，效果會(huì)更好。

1）鐵路車站的值班員崗位長(zhǎng)期依靠規(guī)章制度及安全意識(shí)進(jìn)行安全保障、預(yù)防行車事故，無(wú)法避免人為差錯(cuò)帶來(lái)不可扭轉(zhuǎn)的人身和經(jīng)濟(jì)損失，能夠在行車安全保障方面研究一套保障系統(tǒng)，有效的總結(jié)和組織安全生產(chǎn)規(guī)章制度和知識(shí)，很好的解決這個(gè)由來(lái)已久的問(wèn)題。

2）預(yù)警知識(shí)表達(dá)方式通俗易懂，靈活性大，適應(yīng)性廣。隨著系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，可以逐步將技規(guī)、行規(guī)相應(yīng)的行車安全措施用知識(shí)表達(dá)出來(lái)，由系統(tǒng)來(lái)監(jiān)督執(zhí)行。

［1］王大光.鐵路中間站行車安全問(wèn)題與對(duì)策［J］.黑龍江交通科技，2010（8）：239-241.

［2］Edward A.Feigenbaum.Knowledge Engineering in the 1980s.Dept. Of Computer Science，Stanford University， Stanford，CA，1982.

［3］修春波.人工智能原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

On the basis of existing railway equipment， a station train operation safety detection system is established based on setting a safety risk detection knowledge base， in order to trace various train operation messages in real time and fulfi l station train operation risk alert and warning functions through the knowledge base reasoning method. The system can remedy shortages of existing isolated systems， and it can improve effectively the train operaiton safety and has good effects in practical applications.

knowledge base； control system； railway transportation and production

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.04.014

2015-12-29）