一种轨道电路红光带诊断与故障特性自学习方法与流程

本技术涉及铁路信号集中监测站内和区间轨道电路故障红光带分析技术、以及出现故障红光带时故障定位分析技术和故障特性自学习的，尤其是涉及一种轨道电路红光带诊断与故障特性自学习方法。

背景技术：

1、经过30多年的持续研发和应用，铁路信号集中监测系统csm覆盖的设备类型愈加广泛，采集的数据也越来越多。不同型号、不同时期上道使用的系统性能有所不同，有的系统数据主要靠人工浏览，由于数据庞大，加上调阅操作繁琐复杂，极易漏看记录，导致由于设备隐患未能及时发现、造成设备故障发生的风险大增。加上系统智能化、自动化程度有限，数据分析人员业务水平参差不齐，导致数据分析效率不高、信号设备运维的整体质量和效益受到制约。

2、轨道电路红光带是现场轨道电路高频故障之一，采集数据量大、报警逻辑简易、故障定位功能不准等因素导致故障延时加长，往往会影响行车秩序和效率，有时直接危及行车安全，现场要求亟待解决。

技术实现思路

1、为了改善现有铁路信号集中监测中故障红光带判断逻辑不严密导致漏报或者误报、以及故障红光带时定位不准确和系统开发人员后期维护难度大、处理时间长、增加完善报警逻辑时影响范围大等缺陷，本技术提供一种轨道电路红光带诊断与故障特性自学习方法。

2、本技术提供的一种轨道电路红光带诊断与故障特性自学习方法，采用如下的技术方案：

3、根据铁路车站的设计施工图纸标明的信号机位置以及信号机灯位信息和轨道电路位置信息、道岔位置信息以及道岔连接的区段位置预先设定相关配置库，配置库文件包含：站场信息(condll.ini)、进路信息(jlinfo.ini)，开关量信息(digit.ini)，道岔信息(dcguanlian.ini)以及所有模拟量分库信息；并且模拟量分库中每路模拟量名称按照指定规则设定，如，1g的受端电压命名为1g-受端电压、2g的受端电压命名为2g-受端电压，格式为{0}-受端电压；其它模拟量类型类似格式设定；{0}表示轨道电路名称，同类型模拟量除了{0}不同外，其它格式完全相同，将配置库放在分析程序要求的指定路径下。

4、故障诊断与智能分析系统根据车站站场图控件坐标位置配置库，自动生成mygddl.txt、mydc.txt、myxhj.txt配置文件，将自动生成的配置也放在程序要求的指定路径下。

5、mygddl.txt每行以轨道电路为一个基本元素，一行表示一个轨道电路，每行记录轨道电路的轨道电路名称、报警时界面显示的设备名称、包含哪些道岔设备、供电线束、左相邻区段、右相邻区段、轨道电压、轨道电流、功出电压、功出电流等模拟量分库中的名称、方向继电器开关量、熔丝开关量。

6、mydc.txt每行以转辙机为一个基本元素，一行表示一个转辙机，每行记录转辙机的1dqj，2dqj，dbj，fbj，dbq开关量，表示电压模拟量分库中的名称等。

7、myxhj.txt每行以信号机为一个基本元素，一行表示一个信号机，每行记录信号机的lxj，1dj开关量，2dj开关量，总取消开关量，总人解开关量，1dj电流，2dj电流，以及这个信号机对应的所有灯位开关量信息。

8、故障诊断与智能分析系统部署时需要创建数据库，系统根据配置的数据库名称和ip地址、用户名、密码在指定的数据库中自动创建分析系统所需的表和索引，并写入预先设定的故障规则知识库特征数据行集合到regtemplate表、报警明文和位置信息和维修建议写到tjwx$expertsystem$alarmex表。

9、上述配置生成完以后，数据库基础数据导入后，加载所有的原始配置和自动生成的配置，并加载所有的基础数据库表数据到系统临时变量中，开始启动通信模块。

10、通信模块保持和铁路信号集中监测系统csm实时tcp/ip数据通信和每秒的心跳数据通信，通信数据包含车站所有自采集数据和联锁、列控、zpw2000移频数据、电源屏、外电网数据，道岔缺口数据、心跳以固定11个字节每秒通信一次。

11、数据中心模块保持和上述步骤的通信模块以事件通信交互方式进行通信，主要负责实时接收上述步骤传入的实时数据，并解析实时数据，解析出变化的开关量和变化的模拟量数据、以及道岔电流曲线数据、实时报警数据，并发送给数据解析分类并过滤模块。

12、数据解析分类并过滤模块将数据进行分类，并过滤无需分析的低频和载频、温度、湿度等数据，过滤后的数据发送给对应的信号逻辑关系处理模块，同时保存在缓存模块中，缓存模块数据进行滚动存储，存储最近10分钟的数据。

13、信号逻辑关系处理模块首先加载站场图坐标位置配置、全体开关量、所有模拟量分库，同时根据步骤1的配置生成轨道连接关系、道岔连接关系配置，实时接收数据解析分类并过滤模块传入的数据，将轨道电路红光带开关量数据划分为站内轨道电路红光带和区间轨道电路红光带，分别加入不同的4组分析队列，如：站内非尽头区段队列、区间非尽头区段队列、站内尽头区段队列、区间尽头区段队列，4组队列经过指定的延迟分别分析轨道电路红光带开关量的时序和状态，以及本区段的相邻区段和相邻区段的邻接区段，如果本区段无邻接区段则结束查找邻接区段，以及区段之间的压车时间差和压车时序，时序为：{pp1，pp2，…，ppm}{p1，p2，…，pm}o{n1，n2，…，nm}{nn1，nn2，…，nnm}，o为当前红光带区段、p1，p2，…，pm为o的前方区段红光带区段的每秒数据、如果存在前方区段的前方区段则表示为pp1，pp2，…，ppm为o的前方区段的前方区段的每秒数据、n1，n2，…，nm为o的后方区段红光带每秒数据、nn1，nn2，…，nnm为o的后方区段的后方区段的每秒数据、判断o的时序是否满足前方压车时序或后方轨道区段压车时序，同时判断前方2个区段和后方2个区段的压车时序是否满足真实火车压车时序，而且相邻红的时差不能小于3秒，如果某个区段为分路不良区段，导入分路不良判断逻辑查看本时间点某个区段是否存在分路不良预警，再结合压车顺序，另尽头区段可以根据配置判断进站信号机或出站信号机是否开放、如果是区间则加入区间方向开关量同时判断，如果本站可以接收临站的数据时尽头区段同时根据临站的相邻区段开关量加入判断，判断某个轨道区段红光带是否正常压车导致还是非正常压车导致。

14、将上述步骤分析出的结果进行分发，分发给对应的下一个子模块，如果正常压车并且之前有行车路径、行车路径满足正常过车场景，则将信息转发给残压超标模块进行下步的残压超标预警分析，分析压车时间段轨道区段是否残压超标；如果非正常压车、并且之前有行车路径并且行车路径满足压车时序条件则将信息发送给分路不良分析模块进行下一步分析；如果非正常压车、并且未出现行车路径或者行车路劲不满足时序条件则认定为轨道电路故障红光带，将信息发送给轨道电路故障红光带分析模块进一步分析。

15、轨道电路故障红光带分析模块分为四个模块：站内25hz轨道电路故障红光带分析模块、站内50hz轨道电路故障红光带分析模块、区间2000a移频轨道电路故障红光带分析模块、区间2000r移频轨道电路故障红光带分析模块，每个模块独立运行，互不干扰，并行进行分析。

16、每个独立的故障红光带分析模块首先从数据库regtemplate表中加载满足各自条件的预先定义的故障特性规则集合，每种故障包含n种故障特性(n∈[1,x])，接收步骤7传入的轨道电路故障红光带开关量序号和时间，以及配置库中对这个轨道电路的相关配置信息，包含本区段的所有开关量和模拟量信息、站场图上相邻区段信息、站场图上按钮信息、信号机灯位信息等。故障红光带分析模块从缓存数据模块中读取相关设备的故障前45秒数据和故障后25秒数据，将相关设备的故障前数据和故障后数据进行对比分析，分析出状态结果。状态包括：

17、[相邻轨道电压同时下降]＝true

18、[相邻轨道电压同时下降]＝false

19、[轨道红开关量]＝存在吸起[轨道红开关量]＝不存在吸起[轨道送端电压]＝-1

20、[轨道送端电压]>n％

21、[轨道送端电压]<n％

22、[d1|d2|…|dm]>n％&&[d1|d2|…|dm]<m％

23、[轨道线束存在断线]＝1/0

24、[电源屏存在断电]＝1/0。

25、将此轨道电路包含的所有电气特性和相关设备的所有电气特性数据按照指定的计算规则进行分析筛选并整合。

26、故障红光带分析模块首先利用数据库中现有故障特性知识库预先定义的规则集合进行逐条分析匹配，匹配原则如下：

27、首先故障红光带分析模块从数据缓存中一次性读取所有的与此轨道电路相关的数据包，如果缓存中无此数据包则一次性从mysql数据库读取，或将数据中数据和缓存数据进行拼接，结束后并将所有数据加入临时多个变量中。

28、根据轨道电路类型从数据库规则集合regtemplate表中根据para参数读取此类型的所有故障特性规则集合表，进行逐条循环遍历，有些规则中需要重复利用同一类模拟量数据，则直接从临时变量中读取结果，避免从mysql数据库读取，减轻数据库频繁读取的压力导致的分析速度慢；如果此故障特性的所有电气特性都满足其中现有的某条规则特性，则直接指定为此类故障，无需后续分析，直接调取此故障的报警文字描述，同时将此类故障对应guid从维修建议表中调出对应的维修建议和最近出现类似故障的时间故障设备列表，并将此类故障文字提示直接显示在界面上提示现场维修人员，同时提示近期同类故障出现的时间点以及维修处理建议，并指导现场维修人员根据以前的处理经验或建议进行本次故障的快速准确的处理，精准定位故障位置，缩短故障延迟时间，提高铁路运输效率。

29、循环匹配结束后，未匹配上预先定义的故障规则知识库集合中任意一行，则说明当前故障规则知识库集合中无此故障对应的电气特性描述，则说明当前预备的故障规则知识库需要补充当前故障对应的相关设备的所有电气特性变化的数据集合，则进入下一步故障特性搜集逻辑处理，处理步骤如下：

30、根据传入的多个数据列表，自动计算出如下的每个列表数据的逻辑规则，组合成逻辑规则组合成表达式，需要搜集轨道送端电压、轨道电压、轨道相位、轨道直流电压、熔丝开关量、相邻轨道电压同时下降、功出电压、功出电流、电缆侧发送电压、电缆侧发送电流、电缆侧接收电压、主轨入电压、小轨轨入电压、主轨出电压、小轨出电压、发送主轨短内钢包铜线电流、发送主轨短外钢包铜线电流、发送主轨长内钢包铜线电流、发送主轨长外钢包铜线电流、接收主轨短内钢包铜线电流、接收主轨短外钢包铜线电流、接收主轨长内钢包铜线电流、接收主轨长外钢包铜线电流、电缆侧发送远端电流、电缆侧接收远端电流、信号机每个灯位的开关量数据、信号机lxj开关量、信号机1dj电流、信号机2dj电流模拟量，每个类型的模拟量生成自己的故障特性规则表达式：

31、！([轨道送端电压]<95％||[轨道送端电压]>105％)&&！([轨道送端电压]＝-1)&&([轨道受端电压]<5％||[轨道受端电压]<1.5)&&[轨道送端电流]>5％&&！([轨道受端电流]＝-1)&&[轨道受端电流]<5％&&[相邻轨道电压同时下降]＝false&&[lxj吸起]＝true。

32、首先根据故障红光带的故障时间点，精确到秒，从数据缓存模块中获取本设备和相关设备的所有模拟量的故障点前45秒数据和后25秒数据，放入各自模拟量的队列中，防止故障发生时抖动造成的数据失真，过滤故障时间点前后各5秒数据，表示为：d＝{d1,d2…dm}和q＝{q1,q2…qm}，其中，d表示故障时间点之前数据，q表示故障时间点之后数据，di/qi＝{u1i,u2i…uni}，m∈[1,x]，n∈[0,y]，x为轨道电路对应的需要搜集的开关量和模拟量的个数和相关设备电气特性个数总和，y为故障时间点附近这段时间模拟量或开关量的数据个数，不包含前后抖动的5秒数据；每个集合di为一种模拟量或开关量的状态数据或某个时刻进路特征或多个状态组合特征，数据包括是否采集状态、通信是否中断状态或故障前后数据的描述、或本设备和相邻设备电气特性的组合状态、或进路锁闭状态、以及进路压车时序状态。

33、根据故障轨道电路包含的模拟量和开关量以及相邻轨道电路的状态或信号机状态按照上述规则存入临时缓存的多个变量中，先将{d1,d2…dm}的每组数据按照预先设定的幅度进行毛刺剔除，剔除原则为相邻时间片段差值超过时间片段均值的80％，就是本次状态发生时持续时间片内的数据不会出现单个超大幅度的突变原则，及点数据分布密度最小的点并且单个值幅度超限，得出最大值数组{max1,max2…maxm}以及最小值数组{min1,min2…minm}，去除最大值和最小值，按照表达式：t1i比例＝(t1p+t1i比例*数据点数)/(数据点数+1)，得到mi中t1i新的权重数据，然后将处理后的数列{u1,u2…um}中每个数据和同类型的其它数据进行相似度比较，得出差值幅度和聚合度w1～wm；计算差值权重比例，以及每路数据状态的特征权重比例，所述数据表示为：m＝{n1p,n2p…nnp}，然后根据权重得出最大权重数据的分布规律，从而得出此时故障时此路模拟量或开关量或相邻区段状态结果。

34、按照上述方法，同理计算出这个轨道电路其它每路模拟量特征集合算式及为本路模拟量的故障特征的数值范围和时间片范围和持续时长，如：[点灯电压]#3#＝存在吸起，表示故障发生时点灯电压持续超过3秒的吸起状态，按照上述逻辑计算结束后，再与数据库中现有的故障规则知识库逐行进行模式特性的再次匹配，如果命中已经存在的数据故障特征集合所对应的故障描述和特征并且数据范围所在的时间片范围也满足同时持续时长也在指定的范围内，则将已经存在的故障文字提示信息和位置信息和维修建议提取到界面进行快速展示，并且利用红色框图将故障描述的位置突出圈红显示，同时从历史数据库将最近一个月出现类似故障的设备和设备对应的特性曲线、设备名称、故障时间点、以及人工处理建议和维修建议一并调出，显示历史处理过程，供当前故障处理人员快速处理当前故障，节省了故障发生时查找故障的整个过程，明显减少了处理故障的耗时，提高了运输效率。如现有的故障特性规则知识库中未命中任意行，则将上述逻辑计算后的规则集合表达式和故障设备和车站信息存入当前故障规则知识数据库中，记录车站名称、设备名称、故障时间点，同时界面展示此故障的特性规则，并弹出维修建议和处理意见输入框，此时需要进行人工干预，输入故障点或位置描述和维修建议，记录本次故障发生时，整个的故障处理过程，为下次出现类似故障时进行快速处理奠定了坚实的数据基础，故障电气特性规则知识库依此操作逐渐完善故障特性数据集的收集保存，下次出现类似故障时，系统自动根据之前的故障知识库再次进行故障特性匹配和全局搜索，指明此故障的发生位置，如：室内发送器与发送模拟网络盒之间断线(分析：根据报警提示，故障点基本在室外靠近机房方向，故障性质应为电缆通道开路。查找：在机房朝室外第一个电缆方向盒处，该区段相应的电缆端子进行电压判断)、室外接收电缆短路等位置。

35、后续轨道电路故障红光带发生时依次顺序执行直到结束，依次方法故障规则知识库进行不断迭代更新，完善整合所有的故障对应的相关设备的所有故障数据规则并保存到数据库中，避免早期的故障树分析方法带来的局限性和牵一发动全身的危害性，实现故障特性的自动收集和分析并解析收集，解决了后续故障时避免人工分析，实现精准故障定位效果。

36、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

37、1.本方法抛弃了传统二叉树流程图式故障分析方法、传统二叉树流程图式故障分析方法需要对信号专业知识精通，并且对海量数据进行分析，找出同类型数据做为二叉树的根节点，这样数∈据分析难度大，并且很难分析全面，至少需要5年以上工作经验的高级信号工才可以定制故障二叉树流程图，而且一旦某个节点出错，导致整个流程图失效，修改难度大、特别是修改流程图的根部节点影响范围广更不易修改，本方法每个流程独立设计、互补干扰、扩展简单、相互依赖性弱，并且可以快速实施部署并验证，大幅度节约上位机故障分析程序的开发时间和解决维护难度大的问题；

38、2.通过本方法搜集的故障特性快、实施简单、扩展性强、并能快速实现现场天窗点内验证，故障知识规则库可以无限制细分和累加，现场收集故障同时验证，大幅度减少天窗点内多次试验的工作量，节省故障规则知识库搜集所有故障的时长。