地铁信号设备故障预测优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：当信号设备出现故障，后果往往是大面积的列车晚点，严重的故障甚至造成地铁安全性事故。目前各城市的地铁运营公司主要通过设备日常性维修来保证信号设备的稳定性，减少设备出现故障。故障预测系统模型采用BP神经网络来建立，BP神经网络在数据预测方面有其先天优势，可以无限逼近事物的未来趋势。通过实践应用验证了本地铁信号设备故障预测系统的正确性和可用性。

在城市轨道交通行业，地铁信号系统作为列车运行的智能控制系统，其设备故障直接影响到列车的正常运行，导致运营服务质量的下降，做好地铁信号设备的故障管理对于提高地铁运营服务质量有着很重要的意义。

地铁作为城市的交通基础设施，其运行的安全性和稳定性对于城市交通的重大意义不言而喻，每一次的设备故障和列车晚点都关乎百万乘客的出行。在地铁这个庞大的系统中，信号系统作为列车运行的智能控制系统，负责控制列车的运行速度、列车的自动驾驶、列车的正点出发和正点到达，管理着一条地铁线上所有列车的运行间隔和安全。地铁信号系统是由一系列的电子、计算机、机械等设备组成的一个复杂自动控制系统，其主要作用是用来保障列车的行车安全和提供行车效率。当信号设备出现故障，后果往往是大面积的列车晚点，严重的故障甚至造成地铁安全性事故。在地铁运营服务期间，信号系统如出现故障而不能正常工作，就意味着列车运行受阻，列车晚点，乘客滞留，地铁服务质量下降。

信号系统的安全性和稳定性是地铁运营管理方日常极为关注的，怎样减少信号设备故障，怎样预防信号设备故障，是一项极具意义的课题。目前国内有地铁运营的城市如北京、上海、广州、深圳、南京等，其地铁信号系统本身只具有基本的故障报警功能，只有当设备出现异常或故障时，才会被监控人员发现从而开始进行故障处理。这种情况带来的后果就是往往故障处理是随机的，故障设备的地点、种类、形式都是随机的，这对于地铁信号的检修人员来说缺少预先设备，没有明确的维修目标，无法在短时间内将设备故障处理好，导致设备停机甚至中断地铁运营服务。

目前各城市的地铁运营公司主要通过设备日常性维修来保证信号设备的稳定性，减少设备出现故障。通过计划的年度、季度或月度检修对设备进行保养性维修，而对于设备故障则是事后维修，只有当设备出现故障后，才开展相应的维修工作，事前很少有方法预测故障。本案例着重于根据地铁信号系统的历史故障数据和各种性能参数数据，结合神经网络知识，提出预测信号设备故障的方法，为地铁信号设备的预防性维修提供技术支持。

目前的微机信号检测系统24h实时监测，能够实时监测到信号系统中各设备的状态，维修部门能够通过微机监测系统记录的设备状态数据和故障数据，及时掌握设备状态信息和进行故障分析，极大地方便了维修人员的集中监控和集中调度指挥。

根据信号设备故障管理的需求，设计一个地铁信号设备故障预测系统，利用信号设备的历史故障数据和运行性能参数，可通过该故障预测系统来预测设备故障情况。故障预测系统模型采用BP神经网络来建立，BP神经网络在数据预测方面有其先天优势，可以无限逼近事物的未来趋势。通过选择合适的网络参数，建立可靠的BP神经网络。以历史数据和运行参数作为输入和输出，对建立的BP神经网络进行训练和仿真，不断地调整网络参数以达到预期的性能和目标。(https://www.chuimin.cn)

根据此系统采集到的数据，构建人工智能神经网络，从而做出最优的预测模型。对于所构建的故障预测系统，神经网络的输入参数就是8类设备的运行参数，输出是设备的预测故障概率，故网络的输入层就是8，即8类设备的运行参数，输出层数是1，即输出变量为设备发生的故障概率。此种选择对以每天、每周或每年的故障预测也是同样的，只是采用的历史数据时间不同而已。对于隐含层数目的优化确定，根据样本数据得到的最优层数为13。优化算法采用的是贝叶斯正则化算法，抑制过拟合，激活函数为tanh。

为了验证训练方式的鲁棒性，对处理后的样本数据进行了多次训练，然后用测试样本对训练过程的网络进行测试，测试结果如表12-3所示。

表12-3　地铁信号设备故障预测准确率

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由上面分析结果可知，本案例设计的神经网络预测地铁信号设备故障状态正确率超过90%，比传统预测结果的正确率高，其高效性和精确度都是不言而喻的。通过实践应用验证了本地铁信号设备故障预测系统的正确性和可用性。

地铁信号设备故障预测优化方案

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