引言
随着铁路车辆向高速、自动化和舒适化方向发展,信息不断涌现。B.状态,控制,故障诊断,乘客服务等。铁路通信网络负责在整个列车中安全、快速、可靠和准确地传输大量数据。由于铁路客车通信网络的运行环境与其它工业环境相比具有一定的特殊性,包括寒冷、沙漠、高原、热带等恶劣环境,运行地形复杂,气候条件多变,常受恶劣天气如灰尘、闪电、雨雪、侧风等强干扰和振动、冲击、腐蚀、粉尘、盐等影响,因此其运行环境具有较强的不确定性,这些外部环境因素必然会对铁路通信网络产生影响。在运行过程中,当列车通信网络出现故障或性能下降时,灯光会导致列车通信网络中的数据包丢失等系统故障,影响铁路客车的安全运行。因此,它能够在列车运行期间,特别是在系统故障或退化的初始阶段,实时监控通信网络系统并检测其健康状况,对铁路客车的安全运行和维护具有经济意义,而对于其他复杂工程系统的健康状况认识研究具有重要的参考价值和意义。
1轨道客车通信网络健康状态感知研究存在的问题分析
通过对铁路客车通信网络概述和常见的健康状态检测方法的深入分析,可以看出上述方法在各种铁路客车关键系统的健康状态检测中取得了良好的效果,同样的方法也可应用于铁路客车通信网络健康状态检测问题。但由于铁路客车通信网络的特点,这些方法仍然存在以下的局限性:(1)铁路客车通信网络是典型的一类复杂的工程系统,传输介质包括双绞线屏幕、光纤介质等,新一代列车智能传感器网络传输介质包括有线传感器网络、无线传感器网络和有线、无线混合传感器网络三种。由于网络的复杂结构特征,其中多个层次和不同的传输方法并存,因此对单一类型的信息进行建模的方法不是最优的。基于定量信息的方法在考虑数据本身的特征时忽略了专家的先前知识,而使用定性知识的方法通常存在建模精度不足的问题。因此,在建模过程中有效利用半定量信息(包含定量数据和定性知识的信息)尤为重要。(2)铁路客车通信网络运行过程中,外部环境多变,故障的发生具有随机性、同时性和模糊性等特点,具有较强的不确定性,存在大量影响通信网络健康状况的指标。传统的贝叶斯方法只描述随机性,模糊神经网络等模型只描述模糊性,这些模型都不能描述由于缺乏先验知识而引起的无知。因此,对各种不确定性信息进行全面有效的描述对于改善模型的感知至关重要。总的来说,对于铁路客车通信网络的复杂工程系统的健康状态检测需要不同类型的不确定性信息的组合。上述分析表明,基于半定量信息的信任规则库专家系统在对复杂工程系统的认知的各个方面都表现良好,有效地描述了各种不确定性信息和无知。因此,它也可以应用于铁路客车通信网络的健康状态感知。
2网络典型故障分析
(1)道路干扰。电源开路故障通常发生在电缆和网卡之间的连接上。由于网络的链接性,开关故障不仅会中断故障点两侧节点之间的通信,还会导致故障点的发散,从而导致剩余网络段的信号反射和波形失真。(2)衰老。网络电缆和网卡收发器电路可以在恶劣的操作环境中被视为耐用的组件。列车运行环境复杂多变,强烈的振动、强烈的电磁干扰、高温、潮湿的热量和不当的维护都会使网络组件的性能恶化。当终端电阻的阻抗随着使用寿命的增加而降级时,电缆连接器接头的磨损会导致网络中串行阻抗的增加,网卡电子元件的功率下降会导致差线之间并联阻抗的变化,电源端电阻的变化,连接器的触点,网卡电子元件可以被认为是负载ZL的变化,如果ZL的变化和阻抗的性质Z0,波形的信号反射和失真也会发生。(3)间歇性连接故障。由于列车的维护过程和强烈的振动环境,容易发生电缆和网卡连接器之间的虚拟连接,频繁的插入也会导致连接器的插针变小。因此,网络通信将偶尔出现短暂的中断,这种偶尔的小故障被称为间歇性连接错误。(4)屏蔽层缺失。当电缆接头接入设备时,电缆的屏蔽层应通过连接设备外壳进行电气接触,以确保电缆及其屏蔽层的连续性,如果电缆的屏蔽层与设备外壳没有很好地接触,屏蔽层会导致不连续性,破坏电缆的屏蔽完整性,屏蔽保护作用会变小。此外,屏蔽层的不连续性影响电缆的特性阻抗,屏蔽层的电缆特性阻抗小于屏蔽层不存在时的电缆特性阻抗,这与电缆屏蔽层在阻抗上的偏差不一致。阻抗的偏差进一步增加了反射功率,减少了回波损失dB值,进一步加剧了波形的失真。(5)强电磁干扰。强电磁辐射与网络物理平面信号配对后,信号增加相应的频段分量,加剧了网络信号的失真,影响了网络的正常通信功能。网络设备电磁兼容性设计缺陷、车载电源、电子设备、军用雷达等沿线电源干扰源等高功率干扰源都可能导致电磁环境恶化,造成此类故障。(6)最终失败。当终端电阻失效或失效时,列车通信网络末端的阻抗不是连续的,信号在网络末端反射,原始信号叠加,进一步使网络信号失真,从而影响网络的正常通信。不正确的操作和维护行为,终端电阻老化和振动拉伸环境都可能导致此类干扰。(7)软件错误。网络通信软件包括通信协议软件和应用软件。应用软件由用户决定。由软件漏洞引起的网络攻击以及由不正确的编程习惯引起的内存泄漏会导致网络通信软件崩溃并导致网络错误。
3轨道客车通信网络健康状态评估
3.1经典评估方法
这些方法主要包括层次分析、模糊理论评价和灰色理论评价。层次评价法是一种系统的评价方法,既不片面追求抽象的数学逻辑,也不注重主观判断,而是将定量数据与定性知识相结合。缺点是,与其他方法相比,它过于依赖定性信息,并且当指标太多时难以确定合理的权重。模糊理论评价方法通过精确的数字手段来处理模糊评价对象,所包含的信息可以使定量评价更加科学、合理和现实,模糊识别、模糊综合评价是这种方法的典型代表。灰色理论是一种具有大量未知信息系统的有效评价模型,可以有效地解决“信息贫乏”、“小样本”等具有较高不确定性的对象,其缺点是样本必须具有时间序列的属性,而仅仅判断对象的优越性,不能对绝对水平作出反应,灰色目标模型、灰色聚类方法是常用的方法。
2.2其他健康状态评估方法
除了上述常用的健康评估方法外,还使用其他模型来评估复杂工程系统的健康状况,例如马尔可夫链模型和云模型。笔者将云模型与马尔可夫模型相结合,基于云模型构建评估模型,确定评估值与实际测试值之间的误差,然后利用马尔可夫链对误差进行纠正,并成功应用于网络安全态势评估。通过对上述评估方法的进一步分析,一般可以分为利用专家知识的方法,如经典的评估方法,以及利用定量信息的方法,如利用机器学习的多源信息融合方法。这两种方法都有其自身的缺点,因为它们无法利用包含定性知识和定量数据的半定量信息,并且无法处理包含各种不确定性和冲突的信息。置信度规则库(BRB)模型使用基于证据理论的推理算法来描述更多的不确定性信息,并有效地利用半定量信息。
结束语
综上所述，预测铁路客车通信网络的健康状况是感知健康状况的最后也是最重要的一步。只有在短时间内准确预测通信网络的健康状况,铁路管理人员才能提前预警,及时采取管理措施。
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