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摘要：近年来，随着我国综合国力的不断提升，我国交通建设的力度逐渐加大，当前，我国铁路快速发展，大量具有自诊断功能、高技术含量的信号系统应用于铁路运营线上。与此同时，随着铁路运用规模的逐渐扩大、运行速度的不断提高，铁路信号系统也已经从保障铁路安全高效运行，拓展到多层域状态智能感知、系统协同控制、安全态势评估、大数据融合与智能维护、行程智能引导等前沿技术与应用领域。此外，随着分布式计算、4G/5G通信、大规模数据并行处理、深度学习、3D建模、高精度地图、模拟仿真、虚拟现实、智能控制等计算机通信与智能相关技术的加快集成，建设基于数据驱动的信号智能运维系统成为可能。基于此，本文主要对铁路信号联锁故障诊断方法做论述，详情如下。
关键词：铁路信号;联锁故障;诊断方法
引言
随着铁路运行速度的不断提高，铁路内部各个系统时间的一致性对行车安全至关重要，如时间不同步，则会造成故障定位不准确、影响调度指挥或引发其他安全问题。在早期信号系统设备中，由于一些网络设备或涉及安全分析的系统缺少时间同步接口，导致时间偏差较大。随着综合网管在铁路中的引入，系统内部时间信号的统一变得越发重要。由于上述情况，铁路时间同步网在铁路系统中得到了越来越多的应用，保证了铁路系统时间信息的准确性和一致性。
1基于数据驱动的铁路信号智能运维技术
首先是数据融合技术。接入到信号智能运维系统中的信号系统有很多，接入的数据类型也多种多样，既有结构化数据，也有半结构化和非结构化数据，如何将这些数据融合到一起，是信号智能运维系统要解决的首要关键问题。数据融合是将带有一定冗余性质的数据，在一定的理论基础上进行合并的过程，目的就是用高效率低成本的方式将信息综合起来，这样就对接下来的状态的态势有了预估;数据融合是针对各信号系统中不同时间（采集间隔）和空间（不同部位）维度的数据，分析其多源异构的信息特征，包括广域空间（位置）标识、事件标识、连续或离散性质、传输特性等，从各类数据中挖掘趋势信息。在各个时间维度下的数据采用去噪、剔冗余、解耦和特征提取等算法;在各个空间维度下的数据采用分类、聚类及相关性分析等方法。采用联邦数据库系统和数据仓库法进行数据融合。其次是轨道电压曲线智能分析技术。铁路是保障铁路运输安全的重要基础装备，其主要承担列车完整性检查及列车运行控制信息传递等功能，铁路一旦故障将会对正常运输秩序造成影响。铁路的类型主要有ZPW-2000移频铁路、交流连续式铁路、25Hz相敏铁路等，研究以ZPW-2000移频铁路为例，实时不间断地分析其主轨、小轨电压数据，结合站场信息建立轨道区段的链接关系，分析相邻轨道区段的电气关联性，通过对轨道电压曲线的分析，及时发现故障隐患，减少因铁路故障对行车造成的影响，同时也可以减少因判断错误引起的错误报警。设备状态是通过各个传感器的模拟量或开关量值体现出来的，在时间维度上就会形成有规律的波形，因而波形状态的提取是区分设备状态的关键步骤，而建立相邻轨道序列是轨道分析的基础，也是轨道分析模型的训练基础。在分析轨道电压曲线过程中首先需要有大量的历史数据，如果是新开通车站，在初始阶段没有运行数据，则需要系统运行一段时间累积一定量的数据才能进行分析，或者运用相关轨道类型的历史数据训练好模型，然后使用训练好的模型进行分析。从大量历史数据中提取特征，建立铁路特征库，随后对时间相关性进行分析，接下来开展线性回归测试，进而建立铁路的预测模型。有了预测模型之后就可以开展预测工作了，在这过程中可能需要人工干预，以保证模型的准确度，人工干预后还需进行回归测试。在分析的过程中还需要纳入相关设备的数据，如信号机状态数据、环境温湿度数据等，用以帮助改善训练模型。这是个周而复始循环的过程，随着历史数据的增多，模型会随着分析过程动态调整，预测的准确度也会不断地提高。
2铁路故障分析及处理方法
铁路非正常红光带故障通过调看信号集中监测轨道电压曲线，可以根据故障时段运用环境及电压曲线进行初步分析。如仅有一个区段红光带故障，相邻区段的电压均正常无波动，则重点检查该区段的道岔极性绝缘，该区段的相关抗流线、塞钉线及相关器材特性等;如相邻两个铁路区段同时红光带，且电压同时下降，一般为轨道分界绝缘短路或者半短路造成铁路故障，此时要重点对该两个区段的两处分界绝缘进行检查测试;如一个咽喉红光带，此时一般为25 Hz电源屏向该咽喉送电的轨道电源故障;如相邻区段列车通过时，本区段出现铁路瞬间闪红的现象，一般为牵引回流不畅造成或者瞬间分路不良造成;实际应用中导致铁路非正常红光带故障的因素较多，涉及铁路本身器材、配线、室外引接线、结合部等诸多方面，要根据调看分析情况进行具体的测试和处理，有的放矢的处置故障。
3 ZPW-2000A铁路中补偿电容故障预防技术
钢轨补偿电容通过优化钢轨阻抗特性可有效提高ZPW-2000A铁路中高频载频信号的传输性能。但通过建模仿真的方法，系统研究补偿电容对ZPW-2000A铁路阻抗及电气参数的影响规律的公开报道较少，制约了对补偿电容故障模式的深入研究。基于钢轨补偿电容故障对铁路传输效能的重要性。补偿电容故障位置由钢轨接收端向发送端靠近，钢轨发送端输入阻抗及电压模值、电流模值等电气参数均呈波动，且波动幅值逐渐降低。研究发现，随补偿电容值的增大，钢轨发送端输入阻抗模值在不同载频下出现先增大后减小的趋势;钢轨发送端电压出现单调递增的趋势，而电流则出现先降低后增加的趋势。
4铁路5G专网大尺度信道建模
随着5G技术蓬勃发展，我国铁路行业积极探索5G技术应用。通过部署铁路5G专网，可以提升专网承载能力，降低时延，提铁路路安全性、可靠性。鐵路5G专网大尺度信道建模可辅助网络规划，优化铁路5G专网基站布设间距，从而降低网内干扰，节省建设成本。同时，随着我国铁路5G专网研究的深入，未来可进一步在铁路5G专网试验段、运营线采集真实的电波传播数据，进行模型验证和优化，进而为标准制定和工程实施提供技术支撑。此外，铁路具有诸多场景，如路堑、隧道等，选取平坦开阔的地形，未来可对其他场景进行大尺度信道建模，进而全面掌握铁路5G专网的大尺度信道特性。
结语
总之，目前，大量先进故障诊断方法的应用极大地保障了我国铁路联锁系统的维护维修工作，进一步提升了底层设备的维护效率。要持续的结合故障特点进行详细分析，积极做好各项诊断与处置工作，确保设备运行正常，保障铁路信号系统安全、稳定。
参考文献
[1]赵安新，汤晓君，张钟华，等.优化Savitzky-Golay滤波器的参数及其在傅里叶变换红外气体光谱数据平滑预处理中的应用[J].光谱学与光谱分析，2016，36（5）：1340-1344.
[2]史加荣，王丹，尚凡华，等.随机梯度下降算法研究进展[J/OL].自动化学报：1-17[2021-06-01].https：//doi.org/10.16383/j.aas.c190260.
[3]马茂斐.车载中心化的列车进路控制方法设计与验证[D].北京：北京交通大学，2020.
[4]陈宇佳，曾小清，袁腾飞.基于通信的列车控制系统数据安全影响分析[J].同济大学学报（自然科学版），2021，49（3）：391-399，466.
关键词：铁路信号;联锁故障;诊断方法
引言
随着铁路运行速度的不断提高，铁路内部各个系统时间的一致性对行车安全至关重要，如时间不同步，则会造成故障定位不准确、影响调度指挥或引发其他安全问题。在早期信号系统设备中，由于一些网络设备或涉及安全分析的系统缺少时间同步接口，导致时间偏差较大。随着综合网管在铁路中的引入，系统内部时间信号的统一变得越发重要。由于上述情况，铁路时间同步网在铁路系统中得到了越来越多的应用，保证了铁路系统时间信息的准确性和一致性。
1基于数据驱动的铁路信号智能运维技术
首先是数据融合技术。接入到信号智能运维系统中的信号系统有很多，接入的数据类型也多种多样，既有结构化数据，也有半结构化和非结构化数据，如何将这些数据融合到一起，是信号智能运维系统要解决的首要关键问题。数据融合是将带有一定冗余性质的数据，在一定的理论基础上进行合并的过程，目的就是用高效率低成本的方式将信息综合起来，这样就对接下来的状态的态势有了预估;数据融合是针对各信号系统中不同时间（采集间隔）和空间（不同部位）维度的数据，分析其多源异构的信息特征，包括广域空间（位置）标识、事件标识、连续或离散性质、传输特性等，从各类数据中挖掘趋势信息。在各个时间维度下的数据采用去噪、剔冗余、解耦和特征提取等算法;在各个空间维度下的数据采用分类、聚类及相关性分析等方法。采用联邦数据库系统和数据仓库法进行数据融合。其次是轨道电压曲线智能分析技术。铁路是保障铁路运输安全的重要基础装备，其主要承担列车完整性检查及列车运行控制信息传递等功能，铁路一旦故障将会对正常运输秩序造成影响。铁路的类型主要有ZPW-2000移频铁路、交流连续式铁路、25Hz相敏铁路等，研究以ZPW-2000移频铁路为例，实时不间断地分析其主轨、小轨电压数据，结合站场信息建立轨道区段的链接关系，分析相邻轨道区段的电气关联性，通过对轨道电压曲线的分析，及时发现故障隐患，减少因铁路故障对行车造成的影响，同时也可以减少因判断错误引起的错误报警。设备状态是通过各个传感器的模拟量或开关量值体现出来的，在时间维度上就会形成有规律的波形，因而波形状态的提取是区分设备状态的关键步骤，而建立相邻轨道序列是轨道分析的基础，也是轨道分析模型的训练基础。在分析轨道电压曲线过程中首先需要有大量的历史数据，如果是新开通车站，在初始阶段没有运行数据，则需要系统运行一段时间累积一定量的数据才能进行分析，或者运用相关轨道类型的历史数据训练好模型，然后使用训练好的模型进行分析。从大量历史数据中提取特征，建立铁路特征库，随后对时间相关性进行分析，接下来开展线性回归测试，进而建立铁路的预测模型。有了预测模型之后就可以开展预测工作了，在这过程中可能需要人工干预，以保证模型的准确度，人工干预后还需进行回归测试。在分析的过程中还需要纳入相关设备的数据，如信号机状态数据、环境温湿度数据等，用以帮助改善训练模型。这是个周而复始循环的过程，随着历史数据的增多，模型会随着分析过程动态调整，预测的准确度也会不断地提高。
2铁路故障分析及处理方法
铁路非正常红光带故障通过调看信号集中监测轨道电压曲线，可以根据故障时段运用环境及电压曲线进行初步分析。如仅有一个区段红光带故障，相邻区段的电压均正常无波动，则重点检查该区段的道岔极性绝缘，该区段的相关抗流线、塞钉线及相关器材特性等;如相邻两个铁路区段同时红光带，且电压同时下降，一般为轨道分界绝缘短路或者半短路造成铁路故障，此时要重点对该两个区段的两处分界绝缘进行检查测试;如一个咽喉红光带，此时一般为25 Hz电源屏向该咽喉送电的轨道电源故障;如相邻区段列车通过时，本区段出现铁路瞬间闪红的现象，一般为牵引回流不畅造成或者瞬间分路不良造成;实际应用中导致铁路非正常红光带故障的因素较多，涉及铁路本身器材、配线、室外引接线、结合部等诸多方面，要根据调看分析情况进行具体的测试和处理，有的放矢的处置故障。
3 ZPW-2000A铁路中补偿电容故障预防技术
钢轨补偿电容通过优化钢轨阻抗特性可有效提高ZPW-2000A铁路中高频载频信号的传输性能。但通过建模仿真的方法，系统研究补偿电容对ZPW-2000A铁路阻抗及电气参数的影响规律的公开报道较少，制约了对补偿电容故障模式的深入研究。基于钢轨补偿电容故障对铁路传输效能的重要性。补偿电容故障位置由钢轨接收端向发送端靠近，钢轨发送端输入阻抗及电压模值、电流模值等电气参数均呈波动，且波动幅值逐渐降低。研究发现，随补偿电容值的增大，钢轨发送端输入阻抗模值在不同载频下出现先增大后减小的趋势;钢轨发送端电压出现单调递增的趋势，而电流则出现先降低后增加的趋势。
4铁路5G专网大尺度信道建模
随着5G技术蓬勃发展，我国铁路行业积极探索5G技术应用。通过部署铁路5G专网，可以提升专网承载能力，降低时延，提铁路路安全性、可靠性。鐵路5G专网大尺度信道建模可辅助网络规划，优化铁路5G专网基站布设间距，从而降低网内干扰，节省建设成本。同时，随着我国铁路5G专网研究的深入，未来可进一步在铁路5G专网试验段、运营线采集真实的电波传播数据，进行模型验证和优化，进而为标准制定和工程实施提供技术支撑。此外，铁路具有诸多场景，如路堑、隧道等，选取平坦开阔的地形，未来可对其他场景进行大尺度信道建模，进而全面掌握铁路5G专网的大尺度信道特性。
结语
总之，目前，大量先进故障诊断方法的应用极大地保障了我国铁路联锁系统的维护维修工作，进一步提升了底层设备的维护效率。要持续的结合故障特点进行详细分析，积极做好各项诊断与处置工作，确保设备运行正常，保障铁路信号系统安全、稳定。
参考文献
[1]赵安新，汤晓君，张钟华，等.优化Savitzky-Golay滤波器的参数及其在傅里叶变换红外气体光谱数据平滑预处理中的应用[J].光谱学与光谱分析，2016，36（5）：1340-1344.
[2]史加荣，王丹，尚凡华，等.随机梯度下降算法研究进展[J/OL].自动化学报：1-17[2021-06-01].https：//doi.org/10.16383/j.aas.c190260.
[3]马茂斐.车载中心化的列车进路控制方法设计与验证[D].北京：北京交通大学，2020.
[4]陈宇佳，曾小清，袁腾飞.基于通信的列车控制系统数据安全影响分析[J].同济大学学报（自然科学版），2021，49（3）：391-399，466.