基于fta與多層次模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)的軌道電路紅光帶故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)于鐵路信號設(shè)備故障處理領(lǐng)域，涉及的是一種ZPW-2000軌道電路故障 診斷方法，具體地說是一種基于FTA和多層次模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)的ZPW-2000無絕緣移頻軌道 電路紅光帶故障智能診斷方法。 技術(shù)背景
[0002] 軌道電路是現(xiàn)代高速鐵路信號系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，用于監(jiān)督軌道占用情況以及 傳遞列車運(yùn)行控制信息，保障列車運(yùn)行安全，是電務(wù)部門的重點(diǎn)維護(hù)對象。目前，ZPW-2000 無絕緣移頻軌道電路以其抗干擾能力強(qiáng)、傳輸長度長、傳輸安全性高、易實(shí)現(xiàn)牽引回流等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于我國客運(yùn)專線與高速鐵路，并被確立為我國今后鐵路移頻自動閉塞系統(tǒng) 的統(tǒng)一制式。
[0003] ZPW-2000無絕緣移頻軌道電路主要由電氣絕緣節(jié)、發(fā)送器、接收器、衰耗器、防雷 組合、軌道繼電器、傳輸電纜、匹配變壓器等設(shè)備組成。在實(shí)際運(yùn)行中，其組成復(fù)雜且易受不 良環(huán)境影響，由于運(yùn)輸損耗、檢修維護(hù)不良、環(huán)境變換惡劣等因素，導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)各種 故障。根據(jù)故障-安全原則，一般系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時，必須滿足故障導(dǎo)向安全的要求，因 此軌道電路空閑調(diào)整狀態(tài)下的紅光帶異常故障是最常見的多發(fā)性故障，是影響行車安全的 最主要故障之一。目前軌道電路故障處理一般采用傳統(tǒng)故障診斷方法，即主要依靠維修人 員經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場狀態(tài)進(jìn)行故障診斷，要求維修人員必須掌握較深的相關(guān)專業(yè)知識與工作經(jīng) 驗(yàn)才能保證診斷具備一定的準(zhǔn)確性。該方法過程繁瑣、盲目性過高、診斷準(zhǔn)確性較低、自動 化和智能化水平較低。
[0004] 近年來，一些先進(jìn)的故障診斷理念與算法被嘗試應(yīng)用到軌道電路故障診斷中，其 中針對ZPW-2000無絕緣移頻軌道電路故障診斷的方法研宄有：文獻(xiàn)"基于遺傳算法的無絕 緣軌道電路故障綜合診斷方法"（趙林海，冉義奎，穆建成，中國鐵道科學(xué)，31(3) :107-113， 2010)運(yùn)用遺傳算法對軌道電路中多個補(bǔ)償電容故障及道砟電阻波動等情況作出綜合診斷 評價。文獻(xiàn)"基于數(shù)據(jù)的軌道電路故障診斷的混合算法"（楊世武，魏學(xué)業(yè)，北京交通大學(xué) 學(xué)報，36(2) :40-46,2012)提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷網(wǎng)絡(luò)對軌道電路進(jìn)行故障 診斷，解決了單獨(dú)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)帶來的運(yùn)算量問題。文獻(xiàn)"基于D-S證據(jù)理論信息融合的軌道 電路故障診斷方法研宄"（李娜，董海鷹，鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，9 (6) : 107-112, 2012)提 出一種基于D-S數(shù)據(jù)信息融合的鐵路信號設(shè)備故障診斷模型方法，提高了診斷結(jié)論的可信 度。文獻(xiàn)"ZPW-2000A軌道電路智能故障診斷算法應(yīng)用研宄"（劉琰瓊，鐵路通信信號工技 術(shù)，01:29-32, 2014)提出一種基于模糊推理的軌道電路智能故障診斷算法，對軌道電路模 擬原件的短路、開路等硬故障有較好的效果。但由于軌道電路的故障征兆、故障模式與故障 產(chǎn)生機(jī)理之間存在著復(fù)雜性與不確定性，僅靠單一診斷方法無法滿足軌道電路故障診斷的 要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于FTA和多層次模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)的ZPW-2000無絕緣 移頻軌道電路紅光帶故障智能診斷方法，該方法能在軌道電路發(fā)送紅光帶故障時進(jìn)行智能 故障診斷，快速定位故障點(diǎn)，極大降低故障診斷的盲目性和復(fù)雜性，提高故障診斷速度和準(zhǔn) 確度。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案為：
[0007] 基于FTA與多層次模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)的ZPW-2000軌道電路紅光帶故障診斷方法，采 用最終訓(xùn)練確立得到故障診斷模型自動定位故障點(diǎn)并獲得故障診斷維修指示：
[0008] 其故障診斷模型包括三個子模型，即：
[0009] 以接收端接收電平U1、"軌出1"電壓U2和發(fā)送功出電壓U3為輸入；以F1 :接收 器故障或TCC通信故障、F2 :衰耗器故障、F3 :電纜模擬網(wǎng)絡(luò)故障和F4 :發(fā)送器故障或發(fā)送 電平調(diào)整不當(dāng)為輸出的三輸入四輸出室內(nèi)設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型；
[0010] 以受端軌面電壓U4和發(fā)送端軌面電壓U5為輸入；以F5 :接收端室外設(shè)備故障、 F6 :補(bǔ)償電容故障或道床電阻過低和F7 :發(fā)送端室外設(shè)備故障為輸出的二輸入三輸出室外 設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型；
[0011] 以匹配變壓器輸入電壓U6和匹配變壓器輸出電壓U7為輸入，以F8 :絕緣節(jié)故障、 F9 :SPT電纜故障和F10 :匹配變壓器故障為輸出的二輸入三輸出的接收端室外設(shè)備故障診 斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型和發(fā)送端室外設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型；
[0012] 當(dāng)發(fā)生ZPW-2000軌道電路紅光帶故障時，通過鐵路信號微機(jī)監(jiān)測平臺采集相關(guān) 故障診斷模型特征輸入數(shù)據(jù)，包括：發(fā)送功出電壓VI、分線盤發(fā)送電壓V2、分線盤送回電壓 V3、U1~U7,輸入到確立好的診斷系統(tǒng)模型中：主要步驟包括：
[0013] 首先根據(jù)室內(nèi)外設(shè)備故障判定規(guī)則進(jìn)行初步判斷，若：VI正常、V3正?；騐I異常、 V2異常則判定為室內(nèi)設(shè)備故障，若：VI正常、V3異常或VI異常、V2正常且V3異常則判定 為室外設(shè)備故障；
[0014] 若判定為室內(nèi)故障，貝U進(jìn)入室內(nèi)設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型進(jìn)行診 斷計算，將模型計算輸出結(jié)果按判據(jù)式（13)判定，故障輸出判定結(jié)果為1，則該故障模式極 可能發(fā)生，據(jù)此即可初步定位故障點(diǎn)；
[0015] 若判定為室外故障，則進(jìn)入室外設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行 診斷計算，模型計算輸出結(jié)果按判據(jù)式（13)進(jìn)行判斷，故障輸出判定結(jié)果為1，則該故障模 式極可能發(fā)生，據(jù)此即可初步定位故障點(diǎn)；
[0016] 若判定為室外設(shè)備故障且診斷為接收端室外設(shè)備故障或發(fā)送端室外設(shè)備故障，即 故障模式F5或F7的輸出結(jié)果判定為1時，則進(jìn)入接收端室外設(shè)備故障診斷Mandani模糊 神經(jīng)子網(wǎng)模型或發(fā)送端室外設(shè)備故障診斷Mandani模糊神經(jīng)子網(wǎng)模型進(jìn)行診斷計算，將模 型計算輸出結(jié)果按判據(jù)式（1)判定，故障輸出判定結(jié)果為1，則該故障模式極可能發(fā)生，據(jù) 此即可初步定位故障點(diǎn)；
[0017] 在得到初步定位的故障點(diǎn)后，結(jié)合底事件重要度分析結(jié)果進(jìn)一步確定預(yù)檢測維修 故障優(yōu)先級，重要度越高則故障預(yù)檢測維修的優(yōu)先級越高，最后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)庫知識輸出故障 診斷維修建議；
[0018]
(1)
[0019] 當(dāng)Fj= 1時，表示故障模式Fj發(fā)生；當(dāng)Fj= 0. 5時，表示故障模式Fj可能發(fā)生； 當(dāng)Fj= 0時，表示故障模式Fj不可能發(fā)生。
[0020] 本發(fā)明故障診斷模型基于的FTA手段獲得，其具體步驟如下：
[0021] 1)FTA定性分析：首先通過故障調(diào)查分析，搭建宏觀ZPW-2000軌道電路系統(tǒng)故障 樹模型，將其故障類型區(qū)分為室內(nèi)故障與室外故障；然后以紅光帶故障為頂事件，逐級分析 并按邏輯關(guān)系搭建ZPW-2000軌道電路紅光帶故障樹模型，采用下行法逐層搜尋最小割集， 并將其按室內(nèi)故障和室外故障進(jìn)行分類；
[0022] 2)FTA定量分析：通過搜集統(tǒng)計得到底事件發(fā)生概率，據(jù)此由下往上逐級計算得 到中間事件與頂事件的發(fā)生概率，根據(jù)Fussell算法分析計算最小割集重要度；
[0023] 3)通過分析故障樹所蘊(yùn)含的知識，總結(jié)故障診斷的故障輸出模式，提取故障診斷 規(guī)則，確定各故障診斷模糊神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出；
[0024] 4)根據(jù)FTA分析結(jié)果，設(shè)計診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建多層次模糊神經(jīng)子網(wǎng)
[0025] 絡(luò)模型；
[0026] 5)根據(jù)診斷對象設(shè)定模糊隸屬度函數(shù)參數(shù)，通過樣本學(xué)習(xí)訓(xùn)練調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，確 立故障診斷模型；
[0027] 6)將實(shí)測數(shù)據(jù)輸入到故障診斷模型中，計算得到故障診斷結(jié)果。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟1)中，首先通過故障調(diào)查分析，搭建宏觀ZPW-2000軌道電路系統(tǒng) 故障樹模型，將其基礎(chǔ)故障類型區(qū)分為室內(nèi)故障與室外故障；然后以紅光帶故障為頂事件， 結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)與故障調(diào)查分析結(jié)果，逐級向下找出各級故障原因事件，直到滿足所需的分 析深度，并將分析得到的中間事件、底事件與頂事件按其邏輯關(guān)系用邏輯符號相互聯(lián)接構(gòu) 成ZPW-2000軌道電路紅光帶故障樹模型；最后通過下行法逐層搜尋最小割集，將割集按