人工智能技术在铁路信息管理中的应用

人工智能技术在铁路信息管理中的应用王聪亚13120475王宇航13120476(北京交通大学计算机与信息技术学院，北京，100044)简要介绍了人工智能在铁路信息管理中的应用，包括编组站货运管理信息系统对扩大铁路运输能力、提高劳动生产率的积极作用，以及人工智能在列车运输管理系统中的重要应用。指出了在日益复杂的运输市场环境和铁路运输的不断发展下，其原有功能和性能的不足。论述了将人工智能技术引入编组站信息处理的必要性和可能性。在此基础上，建立了智能编组站管理系统的概念模型和结构模型，并分析了其效益。铁路信号设备是组织和指挥列车运行、提高运输效率和改善司机工作条件的重要设施，也是保障铁路运输安全的关键。关键词：人工智能技术；铁路编组站；信息管理；铁路信号；列车运输管理系统本文简要介绍了人工智能在铁路信息管理中的应用，包括编组站货运列车管理信息系统在拓展铁路接运能力和提高劳动生产率方面的积极作用。并指出在运输市场环境日益复杂、铁路运输企业不断发展的情况下，其原有功能和性能的不足，探讨人工智能技术以及编组站信息处理的必要性和可能性，并在此基础上建立智能IYMS编组站管理系统的概念模型和结构模型，最后分析其效益；铁路信号设备是列车运行的组织指挥，提高运输效率，改善行车人员工作条件的重要设施，它也成为保障铁路运输安全的关键。以及人工智能领域在列车运输管理系统中的重要应用。关键词：人工智能技术，铁路编组站，信息管理，铁路信号，列车运输管理系统介绍人工智能是一门具有实用价值的新兴交叉学科，其应用引起了广泛关注。过去，一些应用尝试主要是在医学、化学、教育和其他领域。近年来，它也被应用于铁路工程和其他领域，并被发现具有良好的应用前景。中国铁路承担了近60%的旅客周转率和70%的货物周转率，运输极其繁忙。为了缓解这种情况，可以修更多的线路和三条线路，扩大站场，增加机车牵引，但投资巨大，工程时间长，效果慢。因此，切实有效的措施是广泛深入地采用自动化技术，实现广域分散运行点的大型系统的集成和实时运行管理，这就需要实时统一调度和指挥。2人工智能技术人工智能。研究和发展模拟、扩展和拓展人类智能的理论、方法、技术和应用系统是一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支。它试图理解智能的本质，并制造出一种新型的智能机器，它能以类似人类智能的方式做出反应。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统。人工智能的定义可以分为两部分，即“人工”和“智能”。“人工”更容易理解，争议更少。有时我们不得不考虑人们能制造什么，或者人们的智力是否高到足以创造人工智能，等等。然而，总的来说，“人工系统”是一般意义上的人工系统。关于什么是“智力”，有许多问题。这涉及到其他问题，如意识、自我、思考(包括无意识思维)等。人们唯一知道的情报是他们自己的情报，这是一个普遍接受的观点。然而，我们对自身智力的理解是非常有限的，而且我们对构成人类智力的必要因素的理解也是有限的，因此很难界定什么是“人”创造的“智力”。因此，人工智能的研究往往涉及到人类智能本身的研究。与动物或其他人工系统相关的其他智能通常也被认为是与人工智能相关的研究课题。人工智能在计算机领域越来越受到重视。它已被应用于机器人、经济和政治决策、控制系统和仿真系统。人工智能是一门研究如何让计算机模拟一些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、计划等)的学科。)的人类。它主要包括用计算机实现智能和使计算机类似人脑智能的原理，从而使计算机能够实现更高层次的应用。人工智能将涉及计算机科学、心理学、哲学、语言学和其他学科。可以说，几乎所有自然科学和社会科学的学科都远远超出了计算机科学的范围。人工智能和思维科学的关系是实践和理论的关系。人工智能处于思维科学的技术应用层面，是思维科学的一个应用分支。从思维的角度来看，人工智能不限于逻辑思维。只有形象思维和灵感思维才能推动人工智能的突破性发展。数学经常被认为是各种学科的基础科学。数学也进入了语言和思维领域。人工智能学科也必须使用数学工具。数学不仅在标准逻辑和模糊数学的范围内发挥作用，而且数学也进入了人工智能的学科。他们会互相促进，发展得更快。3人工智能在铁路编组站信息管理中的应用3.1基本概念铁路是目前我国最重要的交通工具。随着经济持续稳定发展，铁路客货运输量不断增加，铁路运输能力不足仍是制约下一阶段国民经济发展的重要因素。多年来，铁路系统采取了各种措施，如修建新铁路和发展重载运输，以缓解运输能力和交通量之间的矛盾。在扩大铁路运输能力的各种措施中，建设和应用一院信息系统是一条投资少、见效快的途径。编组站通常位于拥有大量货物的配送中心或几条铁路的交汇处，是制造货运列车的“工厂”。在任何铁路线上运行的货车都应在编组站拆解和编组，然后编组成相应类型的列车并送往目的地。在编组站作业过程中，机车、车辆、调车场、轨道等实体的信息和相应的调度作业计划是完成运输任务的基础。其传输速度和质量对编组站运行的安全性和效率起着关键作用。中国铁路编组站信息系统的应用始于20世纪80年代，是铁路编组站信息处理的主要工具之一。它取代了编组站信息处理中传统的人工操作方式，通过计算机网络系统完成机车车辆数据的采集、处理和传输。它对改善编组站的工作条件，提高工作效率，保证行车安全起着重要作用。它已经成为编组站运输和生产中不可缺少的组成部分。然而，自20世纪90年代以来，编组站的工作条件和环境发生了巨大变化。现有系统已逐渐不能满足编组站作业的需要。开发和建设智能堆场管理系统势在必行。3.2概念模型编组站运行实际上是列车到达、解体、组装、编组和发车的过程。在此过程中，除了车辆和机车的动态信息外，相关操作人员还需要掌握并灵活运用大量的经验知识和常识知识，以便根据上级的要求和车站的交通分布情况及时调整运行计划和进度。如果这些经验和常识被提炼并形成知识，可以被计算机用来辅助或代替相应人员复杂的脑力劳动，他们的工作效率将会大大提高。根据适用对象的不同，这些知识可分别分为调度计划知识库和调车作业计划知识库。此外，系统维护中使用的知识可以总结为系统管理员知识库。如图所示，IYMS主要由四个子系统组成，即车站调度与决策专家系统、智能货车管理信息系统、车站工作分析系统和智能监控侧系统(分别记为子系统L、2、3和4)。其中，除车站作业分析系统外的三个系统都是智能管理系统，其特点是利用基于知识的专家系统进行推理解决问题。每个专家系统包括知识获取设备、知识库、数据库、知识库管理系统、推理机制和相应的用户界面。IYMS的子系统不是相互独立的，而是相互交换信息的。其中，车站调度决策专家系统和智能卡车管理信息系统主要交换运行图、调度计划和交通流分布等信息。车站作业分析系统可以定期从车站调度决策专家系统和智能车辆管理信息系统的数据库中提取数据，掌握编组站作业计划和执行的实际绩效信息，并进行相应的统计分析：而智能监控侧系统实时监控车站调度决策专家系统、智能车辆管理信息系统和车站作业分析系统的运行，以保证整个IYMS的正常运行。除了子系统之间的信息交换，IYMS还随时与外部环境交换信息。例如，智能卡车管理信息系统主要从车辆信息识别系统获取按照车辆编号顺序排列的车辆信息；和滑移性能的实时交互传输；另一方面，枢纽调度监控系统从智能车辆管理信息系统获取编组站现有车辆的分布情况，为车站调度决策提供依据。因此，智能车皮管理信息系统实际上是编组站综合自动化的核心和基础，而IYMS实现了编组站信息资源的集成管理。3.3 iyms的好处将人工智能技术引入编组站信息管理将产生显著的经济效益和社会效益，主要有：(1)实现了编组站综合自动化系统中信息的集成管理，提高了信息的利用率，保证了信息的正确性，优化了信息流。(2)提高编组站的信息处理能力，更好地适应运输市场的复杂变化，为用户提供多层次、更好的服务。(3)能够进一步提高车站管理和运营流程的现代化水平，提高劳动生产率，降低编组站操作人员的劳动强度，有利于实现文明生产和安全生产。(4)可以利用较少的投资获得较大的产出，实现资源的优化配置。4人工智能在铁路设备故障诊断中的应用4.1基本概念铁路信号设备是组织和指挥列车运行、提高运输效率和改善司机工作条件的重要设施，也是保障铁路运输安全的关键。因此，当信号设备发生故障时，如何准确、及时地判断故障位置并快速、平稳地排除故障已经成为3的重要研究课题。铁路交通安全是铁路运输追求的重要目标之一。火车站信号设备是保障铁路交通安全的主要设施。因此，确保铁路车站信号设备无故障运行，对铁路运输安全具有重要意义。根据我国铁路跨越式发展的战略要求，铁路列车的运行速度和密度不断提高，对铁路信号设备的安全提出了更高的要求。此外，面对信息技术特别是计算机网络技术的飞速发展，我国铁路信号控制系统正从站控向线控和平面控制集中控制转变。因此，利用新技术、新设备、新方法实现铁路信号设备的状态监测和故障诊断，是保障铁路运输安全亟待研究的重大课题之一。4.2人工智能的应用面对铁路运输持续大幅度提速和对安全性要求越来越高的形势，从高级维修或后期维修向状态维修转变已成为维修体制改革的方向。状态维修的一个重要手段是采用先进的故障监测和诊断设备和方法建立故障监测和诊断系统(也称为微机检测系统)。目前，我国铁路信号微机监测系统已得到不同程度的推广和应用，故障诊断决策支持系统(专家系统)正处于紧急研发阶段。由于火车站信号控制设备本身的复杂性，特别是控制电路的复杂性，以及设备使用和环境等因素的影响，设备故障的实际原因非常复杂，具有明显的随机不确定性和模糊性。故障的现场分析、判断和处理通常取决于维护人员理解设备故障机理的程度和经验。这是很难避免的错误，因为缺乏经验，导致设备故障事故或维修时间的延误。因此，有必要通过开发相应的专家系统来解决这个问题，即结合铁路车站的微机检测系统，通过现代铁路设备(信号控制设备、计算机监控系统和连锁系统等)提供大量的设备信息。)，开发相应的应用分析支持软件，建立智能诊断专家系统。专家系统是计算机技术、人工智能技术和专业技术相结合的计算机系统。目前，我国用于铁