基于高铁运营场景的系统级故障诊断研究

摘要

近年来高铁列车追尾、超速、脱轨等事故时有发生，信号设备故障且未能实现“故障-安全”是主要原因之一。传统的故障诊断技术虽然处在不断的发展中，但仍然存在一些缺陷。7.23事故的发生表明，仅仅将高铁信号设备的故障诊断局限在子系统级、设备级或器件级是不能准确地诊断故障的，因而系统级故障诊断就显得尤为必要。
　　本研究主要内容包括：⑴为解决传统故障诊断技术的局限性，本文提出一种基于高铁运营场景的系统级故障诊断方法。该方法从高铁运营场景出发，利用大数据及数据挖掘技术对高铁信号系统各信号设备实时产生的数据进行挖掘，从系统的角度对高铁运营场景的故障进行诊断和定位，使诊断更加的及时、准确、有效。⑵结合大数据与数据流的特点，本文对高铁运营场景数据流及其挖掘进行了定义，并针对高铁运营场景数据流给出了一种基于数据流挖掘的故障诊断方法并采用这种方法进行建模。该方法采用基于滑动窗口的技术在线获取高铁实时数据，将获取的数据集经过信号设备簇的划分和预处理后，采用动态网格划分及离群点检测获取系统故障数据集，最后利用关联规则分析进行故障诊断。⑶在挖掘过程中，专门针对高铁运营场景数据流进行数据预处理规则约定，将与故障无直接关联的信号设备簇中的数据记录删除以减小挖掘规模和提升挖掘效率，继而用相应数字代替各信号设备的状态以变换成适合数据流挖掘的形式。⑷利用宁安客专江宁西站侧线接车场景对提出的方法进行验证，结果表明数据流挖掘可以对设计的高铁运营场景故障案例进行系统级故障诊断，在发挥高铁信号系统的整体优势中起到了一定的作用。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 高铁运营场景和常见故障

1．2．1 高铁运营场景

1．2．2 高铁运营场景常见故障

1．3 系统级故障诊断

1．4 国内外研究现状

1．5 论文主要内容

1．6 本章小结

2 高铁运营场景数据流

2．1 基本概念

2．2 高铁运营场景数据流的来源

2．2．1 地面设备数据来源

2．2．2 车载设备数据流来源

2．3 高铁运营场景数据流类型

2．4 高铁运营场景数据流交互

2．4．1 CTCS-2级列控系统运营场景数据流交互

2．4．2 CTCS-3级列控系统运营场景数据流交互

2．5 本章小结

3 高铁运营场景数据流挖掘

3．1 基本概念

3．2 应用数据流挖掘的可行性分析

3．3 高铁运营场景数据流挖掘技术

3．3．1 基于衰减时间窗口的技术

3．3．2 基于滑动窗口的技术

3．3．3 基于界标窗口的技术

3．4 高铁运营场景数据流挖掘方法

3．4．1 聚类分析

3．4．2 离群点检测

3．4．3 关联规则挖掘

3．5 高铁运营场景数据流挖掘过程

3．6 本章小结

4 基于数据流挖掘的系统级故障诊断

4．1 模型的建立

4．2 基于数据流挖掘的系统级故障诊断流程

4．2．1 高铁信号设备簇的划分

4．2．2 高铁运营场景数据预处理

4．2．3 动态网格划分和离群点检测

4．3 基于数据流挖掘的系统级故障诊断算法

4．4 系统级故障诊断涉及的信号设备数据记录

4．5 本章小结

5 结合高铁运营场景的验证

5．1 江宁西站侧线接车故障案例设计

5．2 江宁西站侧线接车故障案例挖掘分析

5．2．1 数据准备

5．2．2 数据挖掘处理及可视化分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集