何白冰，郭建宇

目前，鐵路區(qū)間信號控制電路由信號電源、燈絲繼電器、有關繼電器接點、點燈單元、發(fā)光盤及連接電纜等組成［1-2］，雖然電路結構簡單，便于實現(xiàn)，但不可避免地存在發(fā)生故障的可能性，例如，繼電器銜鐵卡阻、線圈斷線、接點粘連、簧片折斷；還有連接電纜斷線、混線；或者電路中電源干擾、串電等。當條件巧合時，很可能會造成信號錯誤顯示。2018 年12 月，朔黃鐵路定州西至定州東上行區(qū)間3266 信號機現(xiàn)場試驗中，也確實發(fā)現(xiàn)過因繼電器接點粘連，造成區(qū)間信號錯誤顯示的實例。倘若出現(xiàn)信號降級或升級，勢必造成行車事故。因此，對區(qū)間信號顯示的監(jiān)督，必須引起足夠的重視。

在朔黃鐵路，區(qū)間運用的是UM71自動閉塞系統(tǒng)，并且安裝了微機監(jiān)測和信號設備專家診斷系統(tǒng)，在鐵路運輸安全中發(fā)揮了極大作用。然而，對于信號錯誤顯示，例如繼電器接點粘連引起信號顯示升級，很難進行分析判斷，有些還不能給出報警提示。為此，在原有基礎上，研發(fā)出了“區(qū)間信號顯示邏輯判斷軟件系統(tǒng)”，在盡可能利用既有設備，且不增加太多投資的前提下，及時發(fā)現(xiàn)和消除信號錯誤顯示，對預防或減少行車事故，具有實用意義。

1 主要功能

區(qū)間信號顯示邏輯判斷軟件系統(tǒng)是對自動閉塞區(qū)間信號顯示的正確性實時檢查核對、智能分析判斷，除檢查閉塞分區(qū)的軌道電路空閑與占用（利用有關軌道繼電器接點電路）狀態(tài)外，再增加提取并分析比對信號點燈繼電器接點電路之外的其他信息，如軌道電路中的低頻信息［3］、前后方相鄰信號燈光顯示信息［4-5］等，對信號顯示實現(xiàn)多重檢查。當發(fā)現(xiàn)信號顯示不正確時，及時報警并給出指導建議，達到進一步加強行車安全、提高行車效率的目的。

該系統(tǒng)可智能識別區(qū)間信號顯示故障（升級、降級、滅燈等）并及時報警。其中的計算機仿真技術［6］模擬鐵路運行機制，實現(xiàn)對自動閉塞區(qū)間信號、軌道電路工作狀態(tài)和傳輸信息的實時檢查、核對、分析。包括：①區(qū)間信號顯示與相關閉塞分區(qū)順序占用邏輯關系的一致性檢查；②區(qū)間信號顯示與相關閉塞分區(qū)低頻信息邏輯關系的一致性檢查；③區(qū)間同方向信號機前后燈光顯示序列邏輯關系的一致性檢查。當發(fā)現(xiàn)信號顯示與邏輯關系矛盾時，可及時報警并給出指導建議。

2 技術方案

2.1 軟件系統(tǒng)架構

該軟件系統(tǒng)架構如圖1 虛線框內(nèi)所示，它是以知識源、數(shù)據(jù)庫、控制機構3 部份內(nèi)容為基礎，將通過信號圖紙數(shù)據(jù)查詢接口和微機監(jiān)測數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一獲取的信息加以應用。信號圖紙數(shù)據(jù)庫用來存儲信號圖符元數(shù)據(jù)以及信號圖紙解析規(guī)則，微機監(jiān)測數(shù)據(jù)庫用來存儲安全監(jiān)測［7］的原始數(shù)據(jù)；智能分析數(shù)據(jù)庫用來存儲設備運用頻次、分析結果、故障處理記錄等其他數(shù)據(jù)。其中模擬量分析、鏈表分析和綜合處理作為整個系統(tǒng)的驅動源，可以動態(tài)選擇和激活適用的知識源。

圖1 軟件系統(tǒng)架構

2.2 信息采集分析

通過采集到的區(qū)間信號機和閉塞分區(qū)的實時開關量（包含區(qū)間各信號機燈位顯示狀態(tài)［8-9］，各閉塞分區(qū)占用、空閑，方向繼電器狀態(tài)［10］等）、模擬量（包含向室外供出的點燈電流、電壓，發(fā)送器的功出及接收器的接收電壓、載頻、低頻頻率等）數(shù)據(jù)信息，先對實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和篩選，再將延遲的不同步數(shù)據(jù)進行適當?shù)臅r間修正。從孤立、斷續(xù)的海量數(shù)據(jù)中，抽取出具有分析價值的特征數(shù)據(jù)。

在系統(tǒng)內(nèi)部，根據(jù)信號顯示序列標準、燈光轉移要求、碼序表等，確立標準顯示規(guī)則。將實際信號顯示與標準顯示規(guī)則進行比對分析，即對信號顯示與軌道占用、低頻信息發(fā)送及接收、燈光顯示序列進行多重檢查核對，如發(fā)生信號升級（信號機應亮紅燈實亮黃燈、綠燈，信號機應亮黃燈實亮綠燈）、降級（信號機應亮綠燈實亮黃燈、紅燈，應亮黃燈實亮紅燈）、信號機滅燈等故障時，及時報警，并為現(xiàn)場維護人員提供指導建議。

2.3 邏輯功能實現(xiàn)

2.3.1 信號圖紙入庫

基礎信號圖紙中包含了信號設備在線路上的擺放位置、連接關系、設備類型［11］等內(nèi)容，先對鐵路范圍內(nèi)信號設備進行了命名規(guī)范和矢量圖符的定義，然后借助矢量繪圖工具將各種信號圖紙分解成圖符元數(shù)據(jù)，并納入知識庫中。

在圖形繪制時，從知識庫中將相應的圖符元數(shù)據(jù)取出放入鏈表存儲，再以計算機技術通過元數(shù)據(jù)鏈表，繪制出信號設備圖形。

在開關量解析時，也會從知識庫中取出相應的圖符元數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)與開關量數(shù)據(jù)結合為新的元數(shù)據(jù)，再以該元數(shù)據(jù)插入鏈表存儲分析。

2.3.2 仿真建模

以圖紙數(shù)據(jù)（計算機中的圖符元數(shù)據(jù)）為基礎，根據(jù)行車組織規(guī)則生成信號模型，向模型中輸入仿真數(shù)據(jù)；根據(jù)設備與圖符的對應關系規(guī)則可以在仿真控制臺上顯示設備運用過程；通過相應邏輯關系分析達到校準信號模型的作用。

本系統(tǒng)通過進路表模型、開關量模型、模擬量模型等共同組成信號模型，以其各自模型的屬性值承載仿真數(shù)據(jù)，從而生成帶有仿真數(shù)據(jù)的模型鏈表。

2.3.3 接入實時數(shù)據(jù)

由于系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實時性，系統(tǒng)間采取了數(shù)據(jù)更新傳輸機制，既有開關量狀態(tài)更新時，只傳遞更新部分數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)校驗每分鐘傳送一幀全體開關量，模擬量數(shù)據(jù)每秒鐘傳遞一次，并專門進行數(shù)據(jù)格式匹配。

2.3.4 邏輯關系分析

如圖2 所示，系統(tǒng)先從實時數(shù)據(jù)中分離出開關量和模擬量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)仿真控制臺的低頻碼序及信號機燈光顯示序列表進行序列識別。識別依據(jù)為通過列車運行前方區(qū)間軌道電路的占用與空閑情況，以及軌道電路中傳輸?shù)牡皖l信息，再根據(jù)序列識別情況，對設備動作做出預判，并與后續(xù)收到的動作數(shù)據(jù)進行比對。比對結果一致的可以認為是正常過車，結果不一致的記入鏈表做進一步分析。

圖2 邏輯關系圖

例如，列車運行前方，所有區(qū)段均為空閑狀態(tài)，系統(tǒng)檢測到列車先壓入第1 個區(qū)段時，第1 架信號顯示紅燈，低頻信息發(fā)紅黃碼。再壓入第2 個區(qū)段時，第2 架信號顯示紅燈，低頻信息發(fā)紅黃碼；隨后出清第1個區(qū)段后，第1架信號顯示黃燈，低頻信息發(fā)黃碼。當列車壓入第3 個區(qū)段時，第3 架信號顯示紅燈，低頻信息發(fā)紅黃碼；隨后出清第2 個區(qū)段，第2 架信號顯示黃燈，低頻信息發(fā)黃碼；第1 架信號顯示綠燈，低頻信息發(fā)綠黃碼。同時與后續(xù)收到的實時數(shù)據(jù)比對，以此類推，仿真控制臺對每一次過車均實時比對分析，如果結果一致，則認為正常過車，如果不一致，則記入緩存做進一步分析。

2.3.5 鏈表分析

序列分析中，對從實時數(shù)據(jù)中解析的設備動作與模擬動作比對不一致的結果，系統(tǒng)繼續(xù)觀察本次過車的數(shù)據(jù)情況，如果數(shù)據(jù)情況正常，則可認為本次為數(shù)據(jù)丟失或錯誤導致，如果數(shù)據(jù)情況也不正常，則發(fā)出設備報警。

例如，列車運行前方，所有區(qū)段均為空閑狀態(tài)，系統(tǒng)檢測到列車先壓入第1 個區(qū)段時，第1 架信號顯示紅燈，低頻信息發(fā)紅黃碼。預判該列車即將壓入第2 個區(qū)段，而后續(xù)并沒有收到第2 個區(qū)段的開關量占用信息，卻收到了第2 架信號的紅燈開關量。此時系統(tǒng)繼續(xù)分析第2 個區(qū)段的移頻接收器模擬量，若發(fā)現(xiàn)該區(qū)段接收電壓在第2 架信號紅燈前就低于工作值了，相當于軌道電路故障，則認為本次開關量數(shù)據(jù)丟失。這樣，能進一步保證判斷結果的準確性。

3 應用效果

該軟件系統(tǒng)是對信號顯示狀態(tài)的監(jiān)督分析，其采集、分析、輸出電路，與信號控制電路有良好的物理隔離措施。在數(shù)據(jù)采集方面，系統(tǒng)與微機監(jiān)測共享且只單向接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，與互聯(lián)網(wǎng)隔絕［12］，可有效防止互聯(lián)網(wǎng)病毒和攻擊；系統(tǒng)終端需經(jīng)過認證后才可與服務器通信，系統(tǒng)服務器硬盤構成磁盤陣列，數(shù)據(jù)均加密存儲，可有效保障數(shù)據(jù)機密性和安全性；即使本系統(tǒng)故障，也不會干擾其他系統(tǒng)工作。

系統(tǒng)運用過程中形成的新經(jīng)驗、新知識可經(jīng)過規(guī)定的程序補充到知識庫中，不斷完善系統(tǒng)的故障分析能力，不斷提高預報警分析和故障指導的準確性。當車站出現(xiàn)設備改造，包括設備更新、行業(yè)技術管理標準的調(diào)整修改等情況時，均可進行相應的維護，以保證系統(tǒng)運行環(huán)境與設備實際情況相一致。系統(tǒng)的預報警，以“氣泡”的形式在站場圖中指向相應的信號設備，點擊“氣泡”后可直觀迅速的回放故障現(xiàn)象，并為現(xiàn)場維護提供針對性的指導建議。

本系統(tǒng)進行了多次的現(xiàn)場試驗驗證，特別是2020 年11 月在靈壽站進行了專項測試試驗，邏輯判斷報警結果及時準確。目前該系統(tǒng)已在朔黃重載鐵路上安裝使用。