CN103759955A

CN103759955A - 一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统

Info

Publication number: CN103759955A
Application number: CN201310731562.9A
Authority: CN
Inventors: 李智敏; 金炜东; 苟先太; 张葛祥; 彭宇明; 秦娜; 黄进; 赵舵; 李晓
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和监控模块，所述的数据采集模块包括采集数据的传感器和前置滤波电路，所述的数据处理模块包括进行数据计算的运算器和进行数据存储的存储器，所述的运算器按多个特征数据同时投影的模式处理数据；所述的传感器将采集到的数据经过前置滤波电路滤波后，将数据传输给运算器，运算器将多个特征数据用一个数据点投影的模式处理数据，再将数据传输给存储器同时传输给监控模块。本发明结构简单、数据处理算法简单，没有复杂、耗时、资源开销大的计算，能满足列车运行安全性、舒适性监测对实时性、即时性、及时性的需求。

Description

一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统

技术领域

本发明属于信号监测及处理领域，涉及列车运行状态监测系统，具体涉及一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统。

背景技术

随着我国铁路建设的发展，高速、重载成为列车发展的主导趋势，对列车运行的安全性、舒适性要求越来越高，因此实时高效地监测、检测列车运行状态，能够快速、准确地判断列车故障、找到故障部件的需求日益增加。

目前，高速列车一些故障甄别、故障部件判别已经由传统的人工检测转化为智能系统自动处理。现行的智能系统通过比对在不同运行速度、不同运行状态下测得的列车特定部位的加速度值或位移值，即比对列车重要部件在正常或故障状态下的振动特征不同而导致相邻位置处安装的传感器检测到的加速度值或位移值的不同，据此来判断列车原件、部件的工作状态及原件、部件是否正常，为判断高速列车运行的安全性、舒适性提供依据。然而前述传统的数据投影方式仅在列车运行速度较高时才能较为准确地区分因不同原件、部件的结构参数变化导致临近位置的传感器的加速度值或位移值变化引起的列车工作状态的改变，在列车运行速度较低时不能区分列车不同原件、部件故障引起的不同运行状态。因此不能做到全程、全速度范围的监测列车运行状态，进而影响对列车运行安全性、舒适性的监测，存在隐患。

传统的数据投影方式通常是将处理后得到的待研究数据投影到时间维或速度维的二维平面上，以得到待研究的特征数据随时间或速度变化的关系，从中发现受时间或速度影响因素的性能变化情况，以此来推断列车运行状态或某些部件可能存在的缺陷及其发展状态。实验表明这种数据投影方式在速度较低时不能明显地区分高速列车的抗蛇行减振器故障、抗横向位移减振器故障、空气弹簧故障等典型故障工况，在实时监控中存在盲区，不能做到全速度范围监控，存在一定的隐患。

发明内容

本发明的目的是为了改善现有技术中的缺陷，提供了一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，以实现全速度范围、实时、高效地监控列车运行状态的目的。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和监控模块，所述的数据采集模块包括采集数据的传感器和前置滤波电路；所述的数据处理模块包括进行数据计算的运算器和进行数据存储的存储器，所述的运算器按多个特征数据用一个数据点投影的模式处理数据；所述的传感器将采集到的数据经过前置滤波电路滤波后，将数据传输给运算器，运算器处理数据后按多个特征数据用一个数据点投影的模式，将数据传输给存储器进行存储并同时传输给监控模块。

所述的传感器包括加速度传感器和位移传感器。

所述的加速度传感器和位移传感器均分别安装在列车车体、车体枕梁上地板、构架和轴齿轮箱处。

所述的监控模块为终端显示器或故障甄别器。

所述的将多个特征数据用一个数据点投影模式的具体算法为：令每一个采集得的特征参数分别为一个投影坐标轴，即对应的特征参数的数值转换为需投影数据的相应坐标数值；然后选取差异性最大的二个、或三个特征参数来识别列车不同运行工况；再根据选定的特征参数数量将特征参数投影到二维坐标系或三维坐标系，每一个数据点分别反映二个或三个特征参数的特征值。

所述的特征参数为列车运行1~5分钟内检测位置的加速度a的平均值和位移d平均值

，加速度平均值

和位移d平均值

分别投影为x坐标数值和y坐标数值，即令(x,y)=(

,

)。

所述的加速度a的平均值

和位移d平均值

，分别是同一传感器与历史数据纵向比较以判断某一特征的变化趋势的1个或多个平均值，或者分别是不同传感器间横向比较的1个或多个平均值。

所述的前置滤波电路采用130Hz的低通滤波。

所述的安装在车体的加速度传感器的灵敏度范围为800~1000 mV/g。

所述的安装在轴齿轮箱的加速度传感器的灵敏度范围为30~80 mV/g，位移传感器的精度为50~100 mV/mm。

由于采用了上述的技术方案，本发明所取得的技术进步如下：

本发明结构简单、数据处理算法简单，没有复杂、耗时、资源开销大的计算，能满足列车运行安全性、舒适性监测对实时性、即时性、及时性的需求；数据采集模块中包括前置130Hz低通滤波电路，滤除了高频噪声，保留低频信号，使采集到的数据更适用于列车运行安全性、舒适性监测的需求；采用数据投影模式变换的方法处理数据，能在全运行速度范围内区分列车不同的运行工况，实现全速度范围、实时、即时、及时、高效地监控列车运行状态，随时准确地定位故障部件，消除监控过程中的盲区及隐患，提高了列车运行的安全性、舒适性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的数据投影处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明最进一步说明：

如图1所示，一种基于数据投影模式改变的列车运行状态监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块、监控模块。用于采集加速度及位移的数据采集模块设置有前置130Hz低通滤波电路、加速度传感器以及位移传感器，上述两种传感器安装在列车车体、车体枕梁上地板、构架、轴齿轮箱等处；用于对采集到的数据进行处理的数据处理模块包括进行数据计算的运算器和进行数据存储的存储器；监控模块为终端显示器或故障甄别器。所述的传感器将采集到的数据经过前置滤波电路滤波后，将数据传输给运算器，运算器按多个特征数据用一个数据点投影的模式处理数据，再将数据传输给存储器进行存储同时也传输给终端显示器或故障甄别器。其中传感器可采用市面上量产的加速度传感器、位移传感器，根据安装位置实际情况选取不同的型式，根据需要选取不同精度范围，如安装在车体的加速度传感器其灵敏度范围宜在800~1000 mV/g左右，安装在轴齿轮箱的加速度传感器其灵敏度范围宜在30~80 mV/g左右，位移传感器的精度宜在50~100 mV/mm左右。

如图2所示，数据投影模式变换方法的具体过程为：

第一步：计算列车某一监测部位的当前时间段的加速度传感器采集到的加速度值a、位移传感器采集到的位移值d的原始数据（包括正负号、可假设某一方向为正，其相反方向即为负）的平均值

、

。此处述及的每一个加速度a的平均值

或位移d的平均值

对应于每一个传感器的监测值，计算平均值时应以某个位置处的某一个传感器采集得到的同一组加速度值或位移平均值为基础，不能把几个传感器采集的数值混在一起计算平均值。即加速度a、位移d原始数据的平均值的个数可根据既有数据源（如传感器的个数）和需要设置，分别代表列车原件或部件的下列工作状态：部件正常状态、部件功能退化部分失效状态、部件功能丧失可能影响行车安全状态。上述当前时间段是指通过加速度或位移原始数据的平均值能反映列车部件工作状态是否正常的最小时间段，通常取1~5分钟内的数据即可。平均值的计算工时为：

、

，式中n为数据个数。

第二步：构建平面坐标系（注：本实施例仅涉及加速度和位移2个参数，故用2维平面坐标系即可进行数据投影；如果选取了3个参数，则选用3维坐标系进行数据投影）。令(x,y)=(,

)，即令原始加速度值的平均值为横坐标，原始位移值的平均值为纵坐标（注：也可令原始位移值的平均值为横坐标，原始加速度值的平均值为纵坐标）。

第三步：利用终端显示器将上一步得到的(x,y)显示出来，以表征当前列车部件工作状态，显示列车运行状态；或将得到的(x,y)利用故障识别器甄别列车运行状态。

该数据处理方法将本来存在联系的、可提供佐证的、但在传统数据处理方法中被孤立使用的加速度值和位移值联合使用，同时表征不同行车状态高速列车监测部位的加速度值和位移值，因而能在不同速度下区分列车的不同运行状态，如蛇行减振器、抗横向位移减振器、空气弹簧等重要部件的工作状态，实现对列车运行状态进行全速度范围、实时、高效地监测及检测。

Claims

1.一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，包括数据采集模块、数据处理模块和监控模块，其特征在于：所述的数据采集模块包括采集数据的传感器和前置滤波电路；所述的数据处理模块包括进行数据计算的运算器和进行数据存储的存储器，所述的运算器按多个特征数据用一个数据点投影的模式处理数据；所述的传感器将采集到的数据经过前置滤波电路滤波后，将数据传输给运算器，运算器处理数据后按多个特征数据用一个数据点投影的模式，将数据传输给存储器进行存储并同时传输给监控模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的传感器包括加速度传感器和位移传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的加速度传感器和位移传感器均分别安装在列车车体、车体枕梁上地板、构架和轴齿轮箱处。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的监控模块为终端显示器或故障甄别器。

5.根据权利要求1所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的将多个特征数据用一个数据点投影模式的具体算法为：令每一个采集得的特征参数分别为一个投影坐标轴，即对应的特征参数的数值转换为需投影数据的相应坐标数值；然后选取差异性最大的二个、或三个特征参数来识别列车不同运行工况；再根据选定的特征参数数量将特征参数投影到二维坐标系或三维坐标系，每一个数据点分别反映二个或三个特征参数的特征值。

6.根据权利要求5所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的特征参数为列车运行1~5分钟内检测位置的加速度a的平均值和位移d平均值，加速度平均值

和位移d平均值

分别投影为x坐标数值和y坐标数值，即令(x,y)=(,

)。

7.根据权利要求6所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的加速度a的平均值

和位移d平均值

8.根据权利要求1所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的前置滤波电路采用130Hz的低通滤波。

9.根据权利要求3所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的安装在车体的加速度传感器的灵敏度范围为800~1000 mV/g。

10.根据权利要求3所述的一种基于数据投影模式变换的列车运行状态监测系统，其特征在于：所述的安装在轴齿轮箱的加速度传感器的灵敏度范围为30~80 mV/g，位移传感器的精度为50~100 mV/mm。