CN105472326A - 用于高速动车组车下设备的监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明用于高速动车组车下设备的监视系统属于轨道车辆车下设备的远程监控领域，该系统结构简单、可靠性高，对特殊环境的适应性好，其通过带有护罩的摄像头转台将性能优良的常规摄像机和高速摄像机悬挂固连于列车下方，并分别对车下运行环境和列车关键部件进行连续视频录像监控，该系统还能通过无线远程通讯网络与地面指挥管理调度中心连接并可以受其远程控制。地面指挥管理调度中心可以远程控制车下监视子系统的拍摄方位和姿态，并能随时远程调取、分析或存储其所拍摄的视频内容。该系统的护罩装置还为摄像机提供的辅助照明、温度控制和飞屑撞击防护，以取保车下环境监视装置和轮轨高速监视装置能在恶劣的高速行车环境下持续可靠地连续运行。

Description

用于高速动车组车下设备的监视系统
技术领域
本发明属于轨道车辆车下设备的远程监控系统领域，具体涉及一种用于高速动车组车下设备的监视系统。
背景技术
固连安装于轨道车辆转向架上的牵引电机、齿轮箱、制动盘等车下部件有时会发生预期之外的故障，而在高速动车组等轨道车辆的行进过程中，前述故障部件自带的电气指标参数及自带的温度传感器等辅助检测元件只能用来判断该故障部件的运行状态，却无法客观准确地反应该故障部件的磨损或损毁情况，这致使列车驾驶人员和地面远程调度指挥人员很难在不必停车的情况下充分评过故障部件的故障程度，或者无法通过视频监控回放分析故障成因，不利于指挥决策或对故障部件的后续结构优化设计和防护改进。
另一方面，高速动车组列车沿其轨道运行时，其路基和铁轨是否受到破坏、轮对是否脱轨、车下是否有人员或障碍物以及其它车载设备是否出现直观可见的严重故障或安全隐患等情况，均对在车下安装视频监控设备提出了技术需求。
然而，由于运行中的列车转向架始终处于高速运动状态，其车下空间可能遇到飞屑冲击和高寒等各种极端环境和条件。因此，在目前的轨道车辆技术领域尚没有将视频监控系统安装于列车下方的技术方案，尤其是同时兼具远程控制功能的车下视频监控系统，当前完全处于技术空白状态。
发明内容
为了解决因车下空间在列车运行时面临飞屑冲击和高寒等各种极端环境和条件的限制，致使列车驾驶人员和地面远程调度指挥人员均不能通过操作便捷的远程监控系统直接获取设备状态和车下运行环境的视频信息，造成其无法在不必停车的情况下充分评估和分析故障部件的受损程度，或者导致设计和维修人员无法通过视频监控回放分析故障成因，不能从视频资料中获取对车下设备故障部件的改进依据的技术问题，本发明提供一种用于高速动车组车下设备的监视系统。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
用于高速动车组车下设备的监视系统，其特征在于：该系统包括车下监视子系统、车载中控及远程通讯系统、无线远程通讯网络和地面指挥管理调度中心；所述车下监视子系统吊挂并固连于车体下方，其通过线缆与车载中控及远程通讯系统连接并受其控制；车载中控及远程通讯系统通过无线远程通讯网络与地面指挥管理调度中心连接并可以受其远程控制；地面指挥管理调度中心是具有无线远程通讯功能的监控设备计算机，其对车下监视子系统的控制优先级高于车载中控及远程通讯系统对车下监视子系统的控制优先级。
所述车载中控及远程通讯系统包括车载计算机、低速大容量存储器、高速存储器和无线远程通讯装置；所述车载计算机通过无线远程通讯装置与地面指挥管理调度中心进行远程无线连接和通讯；低速大容量存储器用于存储前端低速设备对车下设备及周围环境进行长期监控的录像；高速存储器用于以存储前端高速设备对车下高速旋转部件和列车铁轨进行实时监控的视频录像，其能按照时间先后顺序自动覆盖时间最早的视频录像存储文件；低速大容量存储器和高速存储器分别通过线缆与车载计算机连接；所述车下监视子系统包括车下环境监视装置、轮轨高速监视装置、照明装置和温控装置；所述车下环境监视装置用于对车下设备的工作状态及周围环境进行实时监控；其包括高清摄像头和带有护罩的高清摄像头转台，带有护罩的高清摄像头转台与车体转向架固连，高清摄像头位于高清摄像头转台内部，其通过线缆与低速大容量存储器连接；所述轮轨高速监视装置用于对车下设备的高速旋转部件进行实时监控，并且能捕捉故障状态过程，支持故障状态回放功能，其包括高速摄像头和带有护罩的高速摄像头转台，带有护罩的高速摄像头转台与车体转向架固连；高速摄像头位于高速摄像头转台内部，其通过线缆与高速存储器连接；所述温控装置用于检测环境温度并为带有护罩的高清摄像头转台和带有护罩的高速摄像头转台内部加温，其包括温度传感器和两个电加热器，其二者均通过线缆与车载计算机连接；电加热器还与车载电源连接，并受车载计算机控制；所述两个电加热器分别位于带有护罩的高清摄像头转台和带有护罩的高速摄像头转台内部；照明装置包括多个常规射光灯和红外补光灯，其用于为高清摄像头和高速摄像头提供充足的照明条件；所述车载计算机用于控制高清摄像头或高速摄像头的光圈、快门、帧率、分辨率、变焦以及对采集的视频进行数据处理，控制带有护罩的高清摄像头转台和带有护罩的高速摄像头转台的监控方位角度以及镜头的数字清洁处理。
所述带有护罩的高清摄像头转台和带有护罩的高速摄像头转台可以公用一个较大的护罩，并共用一个温控装置。
本发明的有益效果是：该用于高速动车组车下设备的监视系统是一种结构简单、安全可靠，且通用性强的车下设备监视系统，其通过带有护罩的摄像头转台将性能优良的常规摄像机和高速摄像机悬挂固连于列车转向架的下方，并分别对车下运行环境和列车关键部件进行连续视频录像监控，该系统的车载中控及远程通讯系统还能通过无线远程通讯网络与地面指挥管理调度中心连接并可以受其远程控制。地面指挥管理调度中心可以远程控制车下监视子系统的拍摄方位和姿态，并能随时远程调取、分析或存储其所拍摄的视频内容。该系统的护罩装置还为摄像机提供的辅助照明、温度控制和飞屑撞击防护，以取保车下环境监视装置和轮轨高速监视装置能在恶劣的高速行车环境下持续可靠地连续运行。此外，该系统对于高速动车组的故障原因分析处理、车下设备的结构优化设计等也均具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明用于高速动车组车下设备的监视系统原理图；
图2是本发明用于高速动车组车下设备的监视系统的通讯及控制原理图；
图3是本发明车下监视子系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明用于高速动车组车下设备的监视系统车下监视子系统1、车载中控及远程通讯系统2、无线远程通讯网络和地面指挥管理调度中心3。车下监视子系统1吊挂并固连于车体下方，其通过线缆与车载中控及远程通讯系统2连接并受其控制。车载中控及远程通讯系统2通过无线远程通讯网络与地面指挥管理调度中心3连接并可以受其远程控制。地面指挥管理调度中心3是具有无线远程通讯功能的监控设备计算机，其对车下监视子系统1的控制优先级高于车载中控及远程通讯系统2对车下监视子系统1的控制优先级。
车载中控及远程通讯系统2包括车载计算机2-1、低速大容量存储器2-2、高速存储器2-3和无线远程通讯装置2-4。车载计算机2-1通过无线远程通讯装置2-4与地面指挥管理调度中心3进行远程无线连接和通讯。低速大容量存储器2-2用于存储前端低速设备对车下设备及周围环境进行长期监控的录像。高速存储器2-3用于以存储前端高速设备对车下高速旋转部件和列车铁轨进行实时监控的视频录像，其能按照时间先后顺序自动覆盖时间最早的视频录像存储文件。低速大容量存储器2-2和高速存储器2-3分别通过线缆与车载计算机2-1连接。
车下监视子系统1包括车下环境监视装置1-1、轮轨高速监视装置1-2、照明装置1-3和温控装置1-4。车下环境监视装置1-1用于对车下设备的工作状态及周围环境进行实时监控。其包括高清摄像头1-1-1和带有护罩的高清摄像头转台1-1-2，带有护罩的高清摄像头转台1-1-2与车体转向架固连，高清摄像头1-1-1位于高清摄像头转台1-1-2内部，其通过线缆与低速大容量存储器2-2连接。
轮轨高速监视装置1-2用于对车下设备的高速旋转部件进行实时监控，并且能捕捉故障状态过程，支持故障状态回放功能，其包括高速摄像头1-2-1和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2，带有护罩的高速摄像头转台1-2-2与车体转向架固连。高速摄像头1-2-1位于高速摄像头转台1-2-2内部，其通过线缆与高速存储器2-3连接。
温控装置1-4用于检测环境温度并为带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2内部加温，其包括温度传感器和两个电加热器，其二者均通过线缆与车载计算机2-1连接。电加热器还与车载电源连接，并受车载计算机2-1控制。两个电加热器1-4-2分别位于带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2内部。照明装置1-3包括多个常规射光灯和红外补光灯，其用于为高清摄像头1-1-1和高速摄像头1-2-1提供充足的照明条件。
车载计算机2-1用于控制高清摄像头1-1-1或高速摄像头1-2-1的光圈、快门、帧率、分辨率、变焦以及对采集的视频进行数据处理，控制带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2的监控方位角度以及镜头的数字清洁处理。
带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2可以公用一个较大的护罩，并共用一个温控装置1-4。其护罩外壳需要够承受纵向3g、横向1g及垂向3g的飞屑冲击。
具体应用本发明的用于高速动车组车下设备的监视系统时，用车下环境监视装置1-1对路基和铁轨是否受到破坏、轮对是否脱轨、车下是否有人员或障碍物以及其它车载设备是否出现直观可见的严重故障或安全隐患等情况进行长期连续视频拍摄和监控。并用低速大容量存储器2-2对其所拍摄视频内容进行存储。所用低速大容量存储器2-2的容量至少5TB。高清摄像头1-1-1采用1/3″超低照度CMOS传感器，最大连续录像时的视频分辨率为1280×1024，最低照度0.01Lux/F1.2，在红外补光灯开启条件下最低照度要求0Lux，内置CS接口大镜头，3.6mm、4.2mm、6mm、8mm、12mm、16mm可选。
用轮轨高速监视装置2-1对牵引电机、齿轮箱、制动盘以及轮对等车下高速旋转部件的工作状态及周围环境进行实时监控。其高速摄像头1-2-1应具有曝光时间和Gain值等参数可调、可设置ROI相机开窗的窗口大小、位置的功能，采用具有130万像素分辨率的高灵敏度的CMOS成像芯片，以保证其1280x1024分辨率的视频的清晰度和超低噪音。高速摄像头1-2-1所获取高速视频后可存储为AVI格式，MOV格式，压缩或非压缩文件格式，并可通过视频播放软件进行播放进度的回放、快进、快退、暂停、停止操作，以实现对已记录的图像序列的检索和浏览定位。高速摄像头1-2-1所拍摄的高速视频文件直接通过视频线缆传送给高速存储器2-3。
高速存储器2-3设定为按照时间先后顺序自动覆盖时间最早的存储文件的循环替换模式，对出现异常状况的视频可转存到地面指挥管理调度中心3查看，单帧慢速回放。高速存储器2-3的视频数据存储容量至少为1TB或等效为50分钟的连续视频录制时长。
用照明光源1-2-3为高清摄像头1-1-1和高速摄像头1-2-1提供充足的亮度，其开关状态由用车载计算机2-1直接控制。
用车载计算机2-1控制高清摄像头1-1-1或高速摄像头1-2-1的光圈、快门、帧率、分辨率、变焦以及对采集的视频进行数据处理，控制带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2的监控方位角度以及镜头的数字清洁处理。
用温控装置1-4检测环境温度并为带有护罩的高清摄像头转台1-1-2和带有护罩的高速摄像头转台1-2-2内部加温，其工作状态由用车载计算机2-1直接控制。
车载中控及远程通讯系统2可以通过连接线缆随时对低速大容量存储器2-2或高速存储器2-3中所存储的视频内容进行调取、检索、播放和分析处理，车载中控及远程通讯系统2还可通过无线远程通讯网络将控制指挥权交给地面指挥管理调度中心3并受其远程控制。地面指挥管理调度中心3拥有高于车载中控及远程通讯系统2的决策控制权，其可以通过无线远程通讯网络远程控制和替代车载中控及远程通讯系统2的全部控制功能，也可以对低速大容量存储器2-2或高速存储器2-3中所存储的视频内容进行调取、检索、播放和分析处理。

Claims (3)

1.用于高速动车组车下设备的监视系统，其特征在于：该系统包括车下监视子系统(1)、车载中控及远程通讯系统(2)、无线远程通讯网络和地面指挥管理调度中心(3)；所述车下监视子系统(1)吊挂并固连于车体下方，其通过线缆与车载中控及远程通讯系统(2)连接并受其控制；车载中控及远程通讯系统(2)通过无线远程通讯网络与地面指挥管理调度中心(3)连接并可以受其远程控制；地面指挥管理调度中心(3)是具有无线远程通讯功能的监控设备计算机，其对车下监视子系统(1)的控制优先级高于车载中控及远程通讯系统(2)对车下监视子系统(1)的控制优先级。
2.如权利要求1所述的用于高速动车组车下设备的监视系统，其特征在于：所述车载中控及远程通讯系统(2)包括车载计算机(2-1)、低速大容量存储器(2-2)、高速存储器(2-3)和无线远程通讯装置(2-4)；所述车载计算机(2-1)通过无线远程通讯装置(2-4)与地面指挥管理调度中心(3)进行远程无线连接和通讯；低速大容量存储器(2-2)用于存储前端低速设备对车下设备及周围环境进行长期监控的录像；高速存储器(2-3)用于以存储前端高速设备对车下高速旋转部件和列车铁轨进行实时监控的视频录像，其能按照时间先后顺序自动覆盖时间最早的视频录像存储文件；低速大容量存储器(2-2)和高速存储器(2-3)分别通过线缆与车载计算机(2-1)连接；
所述车下监视子系统(1)包括车下环境监视装置(1-1)、轮轨高速监视装置(1-2)、照明装置(1-3)和温控装置(1-4)；所述车下环境监视装置(1-1)用于对车下设备的工作状态及周围环境进行实时监控；其包括高清摄像头(1-1-1)和带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)，带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)与车体转向架固连，高清摄像头(1-1-1)位于高清摄像头转台(1-1-2)内部，其通过线缆与低速大容量存储器(2-2)连接；
所述轮轨高速监视装置(1-2)用于对车下设备的高速旋转部件进行实时监控，并且能捕捉故障状态过程，支持故障状态回放功能，其包括高速摄像头(1-2-1)和带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)，带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)与车体转向架固连；高速摄像头(1-2-1)位于高速摄像头转台(1-2-2)内部，其通过线缆与高速存储器(2-3)连接；
所述温控装置(1-4)用于检测环境温度并为带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)和带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)内部加温，其包括温度传感器和两个电加热器，其二者均通过线缆与车载计算机(2-1)连接；电加热器还与车载电源连接，并受车载计算机(2-1)控制；所述两个电加热器(1-4-2)分别位于带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)和带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)内部；照明装置(1-3)包括多个常规射光灯和红外补光灯，其用于为高清摄像头(1-1-1)和高速摄像头(1-2-1)提供充足的照明条件；
所述车载计算机(2-1)用于控制高清摄像头(1-1-1)或高速摄像头(1-2-1)的光圈、快门、帧率、分辨率、变焦以及对采集的视频进行数据处理，控制带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)和带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)的监控方位角度以及镜头的数字清洁处理。
3.如权利要求2所述的用于高速动车组车下设备的监视系统，其特征在于：所述带有护罩的高清摄像头转台(1-1-2)和带有护罩的高速摄像头转台(1-2-2)可以公用一个较大的护罩，并共用一个温控装置(1-4)。
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