CN103287463B - 运行列车车辆安全综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运行列车车辆安全综合监测系统。该系统包括轨边多传感器现场总线智能检测单元、多元信息处理机中转计算机单元、轨边无线通信单元和探测站监测信息控制终端。该系统集多种检测功能于一体，实现智能化多传感器信息融合，多元化并行处理各类参数，结合无线通信方式，大大扩展了监测空间，全面提升了系统监测能力，使监测成功率大幅提高。该系统可广泛用于铁路钢轨两侧工作环境极为严酷的环境中，并且后期维护十分方便。探测站监测信息控制终端将处理后的数据上传至上级车辆安全监控中心和系统云处理单元实现各单元信息即时共享，进一步保障了运行列车车辆各项安全参数数据的准确性、可靠性、实时性和稳定性。

Description

运行列车车辆安全综合监测系统

技术领域

本发明属于铁路车辆运行安全检测领域，具体涉及对列车车辆各项运行安全参数进行实时检测的一种综合性检测系统。

背景技术

铁路5T系统存在由来已久，从最早实施的THDS算起，至今已超过40余年。所谓的5T系统，主要包括5个独立的系统单元，即客车运行安全监控系统(TrainCoachRunningDiagnosisSystem-TCDS)、车辆轴温智能探测系统(TraceHotboxDetectionSystem-THDS)、车辆滚动轴承故障轨边声学诊断系统(TracksideAcousticDetectionSystem-TADS)、货车故障轨边图像监测系统(TroubleofMovingFreightCarDetectionSystem-TFDS)和车辆运行品质轨边动态监测系统(TrackPerformanceDetectionSystem-TPDS)，其中，除TCDS是安装在运行的客运列车车辆上外，其余四个独立的系统单元都是分别安装在铁路钢轨边四种不同种类的探测站中，各自独立工作。由轨边单一功能传感器把监测到的通过列车车辆相关安全信息经电缆有线传输到不同的探测站的主机进行处理，再将处理结果经有线传输网络传向上级车辆安全监控中心。

5T系统在铁路领域的广泛运用，对防止运行列车车辆各类安全事故，如车辆轮轴发生热轴、运行车辆组件脱落等，都起到了十分关键的作用，大大降低了运行列车车辆安全故障概率。随着铁路运输事业不断发展，也相应对5T系统的稳定性和精确性提出了更高要求。换句话说，这就要求5T系统必须成功监测区域内以任何运行状态通过的列车车辆，并且可以一次性完整、准确、可靠、综合、全面获取全部所需监测的车辆运行安全状态参数。这些参数包括车辆轮轴的运行温度分布状态；车辆轮轴轴承有无突然破损情况；车辆走行部分和车辆底盘相关部件有无脱落变形情况；车辆车轮有无被闸瓦抱死的故障情况；车辆车轮运行热分布是否正常；车辆有无偏载偏装故障情况等，这样才能为列车车辆运行安全和相关指挥机构准确掌握、动态跟踪运行列车车辆安全状态参数提供了直观、科学和更为可靠的准确信息。

但是由于5T系统自身的技术条件限制，其在实际运用过程中，存在诸多问题：

(1)、5T是五个不同的独立系统单元，每一单元探测不同的安全参数，没有多传感器的各类参数的综合分析及综合运用，对系统故障探测不能提供互补的、综合性的探测数据。

(2)、5T的数据信息是由轨边传感器采集到的摸拟信息传输到探测站，再由探测站进行二次处理转换成相应的数字信息后，再进行存储、判别和处理。

(3)、5T系统中车辆轴温智能探测系统(TraceHotboxDetectionSystem-THDS)，当轮轴发生故障，通常会使轴温异常。因此通过对轴温的检测，可以发现轮轴故障。为避免漏探错探等错误，分别在轨边热轴探测区域装设两种不同的传感器，以图进行准确探测。但两种传感器均是红外热敏电阻温度传感器，只能实现对轮轴极小范围(小于40平方毫米)的局部位置温度的检测，而不能测出车辆轮轴整体的热分布状况，更不能对列车车辆车轮、闸瓦、转向架外侧的温度分布进行监测，不能及时发现车轮、闸瓦、转向架的故障，不能满足列车车辆运行安全参数检测的全面要求。

(4)、5T系统轨边传感器都通过有线电缆与探测站主机相连，基于我国铁路分布地域广阔，部分地区铁路轨边的环境十分恶劣，许多连接电缆由于长时间处于恶劣环境中，相应各种故障层出不穷，给5T正常运用带来极大问题，运用及维护成本较大。

(5)、5T系统没有对车轮传感器的数据信息进行独立处理的工控机，因此当运行列车车速在15km/h以下时，其整体探测就处于非正常状态，全部探测结果都不可靠、不可信、不可用；当被监测车辆突然加速、减速或紧急停车然后再启动等运行列车经常出现的这些运行状态下，其监测结果与上述相同，完全失效。

(6)、5T系统探测站室内外均没有监控摄像装置，不能掌握室外工作环境和室内工作状况，当轨边传感器出现故障时，因没有进一步的保障措施，系统将陷于瘫痪。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种运行列车车辆安全综合监测系统，该系统可对列车车辆的运行安全参数进行全面检测，探测的准确性高，实时性好。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种运行列车车辆安全综合监测系统，包括：

轨边多传感器现场总线智能检测单元，位于钢轨的外侧，用于检测通过该区域列车以正常运行状态或突然变速、急停、停车再启动运行状态下的列车车辆数据信息；所述的轨边多传感器现场总线智能检测单元的多传感器现场总线与传感器匹配，用于将传感器检测到的数据信息进行汇集、分配、传输；

多元信息处理机中转计算机单元，用于将多传感器现场总线传输来的数据信息进行缓冲储存和中转；

轨边无线通信单元，用于将多元信息处理机中转计算机单元中的数据信息无线传输至位于钢轨外侧的探测站监测信息控制终端；

探测站监测信息控制终端，设有与探测站系统总线匹配的无线通信单元，用于同轨边无线通信单元之间进行数据传输，探测站监测信息控制终端对轨边无线通信单元传来的数据信息进行实时归纳、分析、比较、计算、处置，并将处理后的数据上传至上级车辆安全监控中心和系统云处理单元实现各单元信息即时共享。

本发明的工作过程和原理是：

通过与轨边多传感器现场总线相匹配的各类传感器采集运行列车车辆的各项安全参数，经现场工业控制总线耦合到多元信息处理机中转计算机单元，转化成相应的数字信息进行实时存储、跟踪和响应，并把各类数据信息集成到轨边无线通信单元，再由轨边无线通信单元实时传输到探测站监测信息控制终端，由探测站对全部信息进行实时归纳、分析、比较、计算、处置、存储后，通过探测站内的数据交换机向上级车辆安全监控中心和系统云处理单元实现各单元信息即时共享。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、轨边多种传感器采集到的通过列车车辆的各项安全参数，集成到多传感器现场总线。多传感器现场总线开辟了专用数据流向通道，保证了轨边多传感器的数据融合余度，实现了各项数据信息的集中传输，以便于实现各类参数的综合分析及综合运用，对系统故障探测提供互补的、综合性的探测数据。

二、多元信息处理机中转计算机单元对多传感器采集的全部模拟信息直接数字化，避免了模拟信息从轨边多传感器现场总线智能检测单元向探测站传输过程中的干扰和失真，也避免了探测站主机进行模数转换过程中的干扰和失真，提高了系统信息处理速度和可靠性。

三、采用无线通信单元对数据信息进行无线传输，避免了因轨边与探测站之间的有线电缆容易损害造成的信息传输不可靠，甚至使系统瘫痪，大幅度节省了运用和维护成本。

进一步的是，所述轨边多传感器现场总线智能检测单元包括红外热成像及测温传感器，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架，用于采集被监测列车车辆全部运行状态中与行车安全有关的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架的图像和温度信息；

进一步的是，所述轨边多传感器现场总线智能检测单元包括以下传感器的一种或几种：

轨边光学成像传感器，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架，用于采集车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架的图像；

轨心光学成像传感器，安装于轨心正对列车车辆大梁下方，通过电缆与多传感器现场总线连接，用于采集列车底部大梁行走部件的位置图像；

全频谱音响传感器，安装于钢轨外侧，用于监测运行列车车辆发出的声音；

倾角传感器，安装于正对列车车辆大梁下方的轨心，通过电缆与多传感器现场总线联接，用于监测运行列车车辆偏载或偏装状况；

无源车轮传感器，安装于钢轨上，用于检测列车车辆总轴数。

由于上述技术特征，本系统可准确、可靠、全面综合监测车辆运行各项安全参数：

红外热成像及测温传感器通过接收被测物体的红外线即可以探测出被测物体探测区域内的温度及分布，还可以形成被测物体的影像，从而可以得出包括车辆轮轴整体温度分布及成像、车辆车轮整体温度分布及成像、车辆车轮刹车闸瓦工作状态成像和温度监测、车辆转向架外侧减振弹簧工作状态成像及温度监测，能够全面地监测出轮轴、车轮、闸瓦、转向架外侧减振弹簧的温度及其工作状态(影像)，克服了现有技术中的红外热敏电阻温度传感器探测频谱范围窄、受阳光照射局部点温度高的干扰等缺陷。

根据红外热成像及测温传感器得到的车辆关键走行部件的温度分布及其影像，再结合轨边光学成像传感器得到的这些部件更清晰的图像、轨心光学成像传感器形成的车辆转向架及车架中梁下部图像、全频谱音响传感器检测出的车辆运行状态的音频，以及倾角传感器测出的倾角，对这些温度、图像、声音等信息进行综合分析、判断，即可得更加全面、准确、可靠地得出车辆当前的安全状态。

正是由于采用不同功能，且交替覆盖整个被监测区域的多种传感器，大大扩展了监测空间，全面提升了系统监测能力，使监测成功率大幅提高，其综合信息汇集的多重目标准确度、高认知度采集和判断，大大降低了车辆行车安全参数探测的目标和事件的不确定性，使系统的智能化综合信息处置能力成数量级增长，从而将可能的错误监测概率降至最低。在大幅度提高铁路行车安全的同时，又极大的、可信的保证了铁路运输能力，维护了铁路运输秩序并降低了铁路运输成本。

进一步的是，所述轨边多传感器现场总线智能检测单元还有雨量传感器，安装于钢轨外侧，用于监测整个轨边多传感器现场总线智能检测单元周边天气状况。雨量传感器可以显示轨边雨雪天气变化的程度，为轨边多传感器现场总线智能检测单元的环境安全提供保障。

进一步的是，所述的多元信息处理机中转计算机单元，设有与多传感器系统总线匹配的下列主机或单元：

轨边系统环境监测及调控主机，用于监测轨边多传感器现场总线智能检测单元周围的环境温度，及提供温度调节指令；

轨边多元工控主机，用于处理红外热成像及测温传感器、轨边光学成像传感器和轨心光学成像传感器的图像数据，同时处理倾角传感器的监测数据，以及控制全部数据信息的无线传输；

轨边列车运行参数工控主机，用于对无源车轮传感器监测的轮轴数据信息进行计算，实时得出列车通过时刻及速度，判别通过列车种类及辆数。

多元信息处理机中转计算机单元对多传感器采集的全部数据信息直接数字化，避免了探测站主机进行模数转换过程中的干扰和失真，提高了系统信息处理速度和可靠性。

轨边列车运行参数工控主机对车轮传感器的数据信息进行独立处理，当运行列车车速急剧变化或停车、停车再启动时，能保证系统正常探测。

进一步的是，所述探测站监测信息控制终端与室外摄像机和室内摄像机连接，可获取轨边及室内图像并传输至上级车辆安全监控中心，当轨边及室内发生异常(如轨边器件被积雪覆盖)，可以及时进行维护、处理；使系统及时恢复正常。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。

附图说明

图1为运行列车车辆安全综合监测系统轨边多传感器现场总线智能检测单元的结构示意简图。

图2为运行列车车辆安全综合监测系统轨边多传感器现场总线智能检测单元和探测站监测信息控制终端布设状态示意简图。

具体实施方式

实施例

如图1和图2所示，本发明的一种具体实施方式是，一种运行列车车辆安全综合监测系统，包括：

轨边多传感器现场总线智能检测单元1，位于钢轨2的外侧，用于检测通过该区域列车以正常运行状态或突然变速、急停、停车再启动运行状态下的列车车辆数据信息；所述的轨边多传感器现场总线智能检测单元1的多传感器现场总线与传感器匹配，用于将传感器检测到的数据信息进行汇集、分配、传输；

多元信息处理机中转计算机单元3，用于将多传感器现场总线传输来的数据信息进行缓冲储存和中转；

轨边无线通信单元4，用于将多元信息处理机中转计算机单元3中的数据信息无线传输至位于钢轨2外侧的探测站监测信息控制终端5；

探测站监测信息控制终端5，设有与探测站系统总线匹配的无线通信单元5a，用于同轨边无线通信单元4之间进行数据传输，探测站监测信息控制终端5对轨边无线通信单元4传来的数据信息进行实时归纳、分析、比较、计算、处置，并将处理后的数据上传至上级车辆安全监控中心6和系统云处理单元7实现各单元信息即时共享。

本例的轨边多传感器现场总线智能检测单元1包括以下传感器：

红外热成像及测温传感器1a，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架，用于采集被监测列车车辆全部运行状态中与行车安全有关的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架的图像和温度信息；

轨边光学成像传感器1b，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架，用于采集车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架的图像；

轨心光学成像传感器1c，安装于轨心正对列车车辆大梁下方，通过电缆与多传感器现场总线连接，用于采集列车底部大梁行走部件的位置图像；

全频谱音响传感器1d，安装于钢轨外侧，用于监测运行列车车辆发出的声音；

倾角传感器1e，安装于正对列车车辆大梁下方的轨心，通过电缆与多传感器现场总线联接，用于监测运行列车车辆偏载或偏装状况；

无源车轮传感器1f，安装于钢轨上，用于检测列车车辆总轴数。

本例的轨边多传感器现场总线智能检测单元1，还有雨量传感器1g，所述的雨量传感器1g安装于钢轨外侧，用于监测整个轨边多传感器现场总线智能检测单元1周边天气状况。

本例的多元信息处理机中转计算机单元3，设有与多传感器系统总线匹配的下列主机或单元：

轨边系统环境监测及调控主机3a，用于监测轨边多传感器现场总线智能检测单元1周围的环境温度，及提供温度调节指令；

轨边多元工控主机3b，用于处理红外热成像及测温传感器1a、轨边光学成像传感器1b和轨心光学成像传感器1c的图像数据，同时处理倾角传感器1e的监测数据，以及控制全部数据信息的无线传输；

轨边列车运行参数工控主机3c，用于对无源车轮传感器1f监测的轮轴数据信息进行计算，实时得出列车通过时刻及速度，判别通过列车种类及辆数。

本例的探测站监测信息控制终端5与室外摄像机和室内摄像机连接。

Claims (6)

1.一种运行列车车辆安全综合监测系统，包括：

轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)，位于钢轨(2)的外侧，用于检测通过所述的轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)所在区域的列车以正常运行状态或突然变速、急停、停车再启动运行状态下的列车车辆数据信息；所述的轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)的多传感器现场总线与传感器匹配，用于将传感器检测到的数据信息进行汇集、分配、传输；

多元信息处理机中转计算机单元(3)，用于将多传感器现场总线传输来的数据信息进行缓冲储存和中转；

轨边无线通信单元(4)，用于将多元信息处理机中转计算机单元(3)中的数据信息无线传输至位于钢轨(2)外侧的探测站监测信息控制终端(5)；

探测站监测信息控制终端(5)，设有与探测站系统总线匹配的无线通信单元(5a)，用于同轨边无线通信单元(4)之间进行数据传输，探测站监测信息控制终端(5)对轨边无线通信单元(4)传来的数据信息进行实时归纳、分析、比较、计算、处置，并将处理后的数据上传至上级车辆安全监控中心(6)和系统云处理单元(7)实现各单元信息即时共享。

2.如权利要求1所述的运行列车车辆安全综合监测系统，其特征在于：所述轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)包括红外热成像及测温传感器(1a)，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架，用于采集被监测列车车辆全部运行状态中与行车安全有关的车轮、轮轴、闸瓦、减振弹簧、走行架的图像和温度信息。

3.如权利要求2所述的运行列车车辆安全综合监测系统，其特征在于：所述轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)还包括以下传感器中的一种或几种：

轨边光学成像传感器(1b)，位于钢轨外侧，面向列车车辆的车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架，用于采集车轮、轮轴、匣瓦、减振弹簧、走行架的图像；

轨心光学成像传感器(1c),安装于轨心正对列车车辆大梁下方，通过电缆与多传感器现场总线连接，用于采集列车底部大梁行走部件的位置图像；

全频谱音响传感器(1d)，安装于钢轨外侧，用于监测运行列车车辆发出的声音；

倾角传感器(1e)，安装于正对列车车辆大梁下方的轨心，通过电缆与多传感器现场总线联接，用于监测运行列车车辆偏载或偏装状况；

无源车轮传感器(1f)，安装于钢轨上，用于检测列车车辆总轴数。

4.如权利要求2所述的运行列车车辆安全综合监测系统，其特征在于：所述轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)还有雨量传感器(1g)，所述的雨量传感器(1g)安装于钢轨外侧，用于监测整个轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)周边天气状况。

5.如权利要求1所述的运行列车车辆安全综合监测系统，其特征在于：多元信息处理机中转计算机单元(3)，设有与多传感器系统总线匹配的下列主机或单元：

轨边系统环境监测及调控主机(3a)，用于监测轨边多传感器现场总线智能检测单元(1)周围的环境温度，及提供温度调节指令；

轨边多元工控主机(3b)，用于处理红外热成像及测温传感器(1a)、轨边光学成像传感器(1b)和轨心光学成像传感器(1c)的图像数据，同时处理倾角传感器(1e)的监测数据，以及控制全部数据信息的无线传输；

轨边列车运行参数工控主机(3c)，用于对无源车轮传感器(1f)监测的轮轴数据信息进行计算，实时得出列车通过时刻及速度，判别通过列车种类及辆数。

6.如权利要求1所述的运行列车车辆安全综合监测系统，其特征在于：所述探测站监测信息控制终端(5)与室外摄像机和室内摄像机连接。