CN107380201A - 基于广域网与局域网车轴健康状态监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法及监控系统，通过广域网与局域网联合对轨道车辆车轴健康状态的适时监测；在有广域网信号覆盖时，利用广域网进行轨道车辆车轴健康状态信号传输和监控；当无广域网信号覆盖时，利用局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测。

Description

基于广域网与局域网车轴健康状态监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及到一种轨道车辆部件的监测方法及监测系统，尤其是涉及一种基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态监测方法及监测系统，该种监测方法及监测系统可对铁路车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态进行大数据中央监测，属于轨道车辆监测控制技术领域。

背景技术：

目前，我国轨道车辆(包括铁路货车、客车等)车轴轴承因受不同载荷，不同运行线路，组装工艺，本身质量等因素的影响，长期运行将可能会产生各种类型的（热轴）故障，如果无法及时发现和排除对轴承故障，它将严重地危及列车车辆的行车安全，铁道机车车辆上使用的车轴轴承一旦发生事故, 不仅会引起轴承损伤, 而且有可能妨碍列车运行安全,为确保列车运行的高可靠性与安全性,对车辆轴承要求具备各种性能；所以对在轨道车辆运行过程中，对其车轴（热轴）故障的状态结进行无人化远程系统监测管理，及时发现轨道车辆车轴的故障，采取相应措施，确保车辆安全运行有着重大的意义。

目前，对轨道车辆的检测主要只是局限于列车或客车，而且都是采用有源检测方式；车轴状态监测主要分为车载接触测量和地面红外测量。这种检测方式都是基于外部电源供电的传感器获取信号，再传送到控制系统，进行分析控制的监测方式；但是这种方式对于无源的货车来说就不适用了，因此如何解决铁路货车车轴的轴承监测一直是一个老大难的问题，而现在货车出事故的概率占到整个事故的一大半。现阶段我国铁路货运列车上轴温探测装置主要使用一种是非接触式的红外轴温探测系统，是通过每隔30km安装红外探头对轴温进行检测。但是这种方式由于易受外界环境影响、定位困难等原因，使得轴温过高告警兑现率低、误报率高，而且成本很高，所以急需要对此加以解决。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN201610850367.1，名称为“一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置”的发明专利，该专利公开了一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，包括设置于列车车头控制室内的主机监控系统、设置于每节车厢底部的信号读写器及安装在每节车厢底部的车轴上的声表面波传感网络，声表面波传感网络利用射频识别与信号读写器连接，信号读写器通过无线网络与主机监控系统连接。本发明一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，能够完成对列车车轴状态的全方位实时监测，并进行故障的提前预警和故障位置的准确定位，并且无需在车厢内铺设线缆或光缆通讯。

2、专利号为CN201621080407.0，名称为“基于无线无源传感器的列车车轴状态监测装置”的发明专利，该专利公开了一种基于无线无源传感器的列车车轴状态监测装置，包括设置于列车车头控制室内的主机监控系统、设置于每节车厢底部的信号读写器及安装在每节车厢底部的车轴上的声表面波传感网络，声表面波传感网络利用射频识别与信号读写器连接，信号读写器通过无线网络与主机监控系统连接。本发明基于无线无源传感器的列车车轴状态监测装置，能够完成对列车车轴状态的全方位实时监测，并进行故障的提前预警和故障位置的准确定位，并且无需在车厢内铺设线缆或光缆通讯

3、专利号为CN201610563239.9，名称为“ 铁路货车轴温监测电路及其监测方法”的发明专利，该专利公开了一种铁路货车轴温监测电路，包括固定在每个车厢上的温度采集单元，其特征在于：所述温度采集单元包括传感器模块、处理器模块、无线传输模块和工作电源，所述传感器模块的信号输出端与处理器模块的信号输入端相连，所述处理器模块的信号输出端通过无线传输模块与火车头控制器实现无线连接，所述工作电源与处理器模块连接。

上述这些专利虽然有的涉及到了货车轴温监测的方法，但有的仍然是采用有源方式进行检测，所以对于像铁路火车这一类没有电源的车辆将无法实施，而现在所提出的所谓无源的检测方式，如专利号为CN201621080407.0，名称为“基于无线无源传感器的列车车轴状态监测装置”的发明专利，虽号称是无源，但是仔细阅读该专利可以发现，该专利尚只是对传感器与控制系统之间的信号传送采取的无线传输方式，通过无线网络实现信号读写器与主机监控系统连接，并且无线网络采用的是无线ZigBee网络，该种网络仅适用于近距离、低复杂度的情况使用，所以最多只是适用于单台列车之间的数据传递，并不适用于车轴的大数据监测；所谓的无源传感器是采用无线无源单端谐振型SAW传感器，所以在实际之中可以发现这种传输方式是行不通的。专利号为CN201610563239.9，名称为“ 铁路货车轴温监测电路及其监测方法”虽提出了一种 铁路货车轴温监测电路及其监测方法，但通过仔细阅读可以发现，也不具备实用性，因此仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铁路货车轴监测所存在的不足，提出一种新的铁路货车轴监测方法，该种监测方法是利用广域网与局域网联合建立的起铁路货车车轴健康状态监测系统，并实现铁路货车车轴健康状态监测大数据的中央和局部监测控制。

本发明还涉及一种利用上述基于广域网与局域网系统所建立的铁路货车车轴健康状态监测方法所形成的铁路货车车轴健康状态监测系统装置。

为了达到这一目的，本发明所提出的技术方案是：一种基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，通过广域网与局域网联合对轨道车辆车轴健康状态的适时监测；在有广域网信号覆盖时，利用广域网进行轨道车辆车轴健康状态信号传输和监控；当无广域网信号覆盖时，利用局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测。

进一步地，所述的广域网为NB-IoT物联网；所述的局域网为低频段、低功耗的无线局域网，包括Zig-Bee、蓝牙、Z-Wave和传统无线局域网（WLAN），以及基于LPWA技术组建的局域网。

进一步地，所述的通过广域网与局域网联合对轨道车辆车轴健康状态的适时监测是在每一根轨道车辆车轴旁，设置一个无源检测模组，无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测，并将监测数据通过物联网上传到监控中心，由监控中心对上传的每一个车轴健康数据进行分析，通过分析确定不健康的车轴，并将不健康车轴的状况发送到车轴所在列车的司机控制室，由司机对不健康车轴的车辆进行适当的处置；或通过局域网上传至局域网控制中心，由局域网控制中心收集无源检测模组所发送的监测信号，并储存信号，待广域网信号恢复，局域网将把所收集的信号上传至监控中心，有监控中心对信号进行加工处理。

进一步地，所述的无源检测模组是传感器模块、MCU模块、物联网通信模块、电源管理模块集成在一起的智能终端集成模组，传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；物联网通信模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

进一步地，所述的无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测是通过集成模组终端上的温度和振动传感器或制动压力传感器，在车辆运行过程中进行实时采样，并将数据和结果通过物联网上报至监控中心，实现状态实时监控，及时提醒监控中心车辆在运行过程中由于车辆车轴轴承内部损伤、受力不合理等情况引起轴承部件过度磨损、损坏、卡滞等现象，从而防止车轴发热故障，导致安全事故；通过获得的大数据进行分布式计算，以及在训练期内进行人工智能机器学习，分析得出自适应阈值和其他相关轴的状况参数，达到预防车辆车轴发热（即：热轴现象）故障，确保轨道车辆安全运行的目的。

进一步地，所述的将数据和结果通过窄带物联网上报至用户服务器端是由无源检测模组按照下述原则上传数据；

如果温度、振动等未达到设置的报警门限，无源检测模组只是按照所设定的时间段，定时上传数据；

如果温度或者振动达到了设置的报警门限，则立即连续上报当前信息状态置至中央应用服务器，直至中央应用服务器确认接收信号，并作出处理为止；

在数据发送成功，且已经处理后，物联网无源检测模组则进入休眠，直到下一次设置的采样周期超时唤醒执行步骤。

进一步地，所述的将监测数据以无线方式通过物联网上传到监控中心是含有物联网模块的智能终端的集成模组，通过一体化的外壳结构安装在车厢的轴承架上，其中的MCU通过ADC接口采样温度、振动传感器信号，收集轴承温度以及振动信息数据，并由物联网通信模块与监控中心的NB-IoT物联网基站进行通信，物联网基站接收到数据之后经过分组核心网以及IOT连接管理平台处理，监控数据将被提供给应用服务器，应用服务器可通过三种方式访问监控中心的NB-IoT物联网基站获取监控数据；其一管理员可通过监控中心的监控软件，其二列车司机可通过手机3G/4G信号进行访问，其三现场维护人员则可通过笔记本登录WEB访问，了解车轴的健康状况。

进一步地，所述的对上传的每一个车轴健康数据进行分析是由监控中心的物联网基站适时对由物联网通信网络上传的数据按照所设定的车轴健康状况的基本参数标准进行比对分析，当所比对出的数据高于所设定的标准值时，确认车轴健康状况出现问题，并根据问题的严重性实行分等级处理。

进一步地，所述的将不健康车轴的状况发送到所在的列车司机控制室是在监控中心通过健康状况的分析发现车轴出现问题后，将通过物联网或铁路专用线路通知车轴所在的列车司机控制室，司机根据问题的严重性按照所确定的标准要求进行处理。

进一步地，所述的司机根据问题的严重性按照所确定的标准要求进行处理是分为关注、送检修厂修理，直接停车检修三种，在刚刚出现车轴健康故障时，只是进行关注，达到较为严重情况，将送到修理厂进行检修，如果在运行中出现严重故障，将直接停车进行检修。

一种基于广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统，包括物联网智能终端集成模组、广域网基站、车载局域网数据中心以及监控中心和应用服务器；物联网智能终端集成模组内同时设有广域网智能终端模块和局域网通讯模块，物联网智能终端集成模组通过广域网基站与监控中心通讯，监控中心与应用服务器通过广域网基站通讯；或在没有广域网信号时，物联网智能终端集成模组直接转换成由局域网通讯模块将数据传递给车载局域网数据中心，由局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测；通过广域网和局域网混合对轨道车辆车轴健康状态实施无障碍适时监控。

进一步地，所述的物联网智能终端集成模组包括传感器模块、MCU模块、广域网智能终端模块和局域网通讯模块、电源管理模块，各种模块集成在一起形成智能终端集成模组；传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；广域网智能终端模块和局域网通讯模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

进一步地，所述的监控中心包括物联网分组核心网和IOT连接管理平台；物联网智能终端集成模组通过物联网基站与物联网分组核心网、IOT连接管理平台和应用服务器通讯，并将物联网智能终端集成模组监测的车轴健康状况数据上传至管理平台；所述车载局域网数据中心为车载微型基站。

进一步地，所述的广域网为NB-IoT物联网；所述的局域网为低频段、低功耗的无线局域网，包括Zig-Bee、蓝牙、Z-Wave和传统无线局域网（WLAN），以及基于LPWA技术组建的局域网。

本发明的优点在于：

本发明在利用广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统进行监测，主要有以下特点：

1、司机和地面铁路调度系统可以实时掌握车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态的安全运行，对故障进行预警或报警。

2、可以确定车辆实时位置和调度管理。

3、可实现建立其健康监测历史记录和大数据分析判断及管理系统。

4 、对模组（包括温度、3D加速度和压力等数字化传感器，MCU,通讯芯片，锂电池电源等）内部故障及电源不足等进行实时管理。

附图说明

图1是本发明系统原理示意图；

图2是物联网智能终端集成模组结构示意框图；

图3是本发明作业系统原理图；

图4是本发明系统作业流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种基于广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统，包括物联网智能终端集成模组、广域网基站、车载局域网数据中心以及监控中心和应用服务器；物联网智能终端集成模组内同时设有广域网智能终端模块和局域网通讯模块，物联网智能终端集成模组通过广域网基站与监控中心通讯，监控中心与应用服务器通过广域网基站通讯；或在没有广域网信号时，物联网智能终端集成模组直接转换成由局域网通讯模块将数据传递给车载局域网数据中心，由局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测；通过广域网和局域网混合对轨道车辆车轴健康状态实施无障碍适时监控。

进一步地，所述的物联网智能终端集成模组包括传感器模块、MCU模块、广域网智能终端模块和局域网通讯模块、电源管理模块，各种模块集成在一起形成智能终端集成模组；传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；广域网智能终端模块和局域网通讯模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

进一步地，所述的监控中心包括物联网分组核心网和IOT连接管理平台；物联网智能终端集成模组通过物联网基站与物联网分组核心网、IOT连接管理平台和应用服务器通讯，并将物联网智能终端集成模组监测的车轴健康状况数据上传至管理平台；所述车载局域网数据中心为车载微型基站。

进一步地，所述的广域网为NB-IoT物联网；所述的局域网为低频段、低功耗的无线局域网，包括Zig-Bee、蓝牙、Z-Wave和传统无线局域网（WLAN），以及基于LPWA技术组建的局域网。

整个监测系统主要对铁路车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态监测系统进行初步描述，主要完成如下功能：

1.1 司机和地面铁路调度系统实时掌握车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态的安全运行，对故障进行预警或报警。

1.2 确定车辆实时位置和调度管理。

1.3 建立其健康监测历史记录和大数据分析判断及管理系统。

1.4 对模组（包括温度、3D加速度和压力等数字化传感器，MCU,通讯芯片，锂电池电源等）内部故障及电源不足等进行实时管理。

车辆车轴监控系统的组成框架如图1所示，整个系统主要由NB-IoT物联网无源检测模组、以及NB-IOT基站、NB-IOT分组核心网、IOT连接管理平台以及应用服务器等组成的NB-IOT网络侧构成。

其基本工作流程为，NB-IoT物联网无源检测模组通过其一体化的外壳结构安装在车厢的轴承架上，其中的MCU通过ADC接口采样温度、振动传感器信号收集轴承温度以及振动信息数据，并由NB-IOT通信模块与NB-IOT基站进行通信，NB-IOT基站接收到数据之后经过分组核心网以及IOT连接管理平台，监控数据将被提供给应用服务器，可通过三种方式访问服务器获取监控数据，管理员可通过监控中心的监控软件、列车司机可通过手机3G/4G信号进行访问，现场维护人员则可通过笔记本登录WEB访问。

NB-IoT物联网无源检测模组主要包括了传感器模块、MCU、NB-IOT通信模块、电源管理等。传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；MCU则主要是负责采样温度以及振动信息数据，以及电池电量，并将温度、振动以及电池电量等信息处理后进行判断，若判断轴出现故障，则通过AT命令/UART接口将判断结果和一周的历史数据发送至NB-IOT通信模块；NB-IOT通信模块负责与无线网络进行通信；电源采用低温锂电池,工作温度范围为-20℃~60℃，可支持快速充电；NB-IOT网络侧包括了NB-IOT基站，NB-IOT分组核心网，IOT连接管理平台以及行业应用服务器。其中基站、分组核心网以及IOT连接管理平台都是属于无线运营商资源，而应用服务器则由第三方行业客户自行开发和维护。

IOT连接管理平台主要的功能有：提供对各种传感器、SIM卡的数据采集、管理功能，同时将数据开放给第三方应用系统，让各种应用可以快速构建自己的物联网业务。

无源检测模组选择直接和IOT平台或者应用服务器通过CoAP协议进行通信，承载应用层数据。当应用服务器支持CoAP时，业务数据可不经过IOT平台，直接从分组核心网导致应用服务器。

车辆车轴健康监控智能终端系统的应用如图3所示，在此用例模型中有设置参数、周期性上报、警告报警、查询信息、停止监控用例，其中周期性上报、警告上报以及查询信息依赖与信息采集用例，信息采集用例则包含了电量监控、振动信息采集，以及应用服务器和现场维护人员两个角色；具体操作如下：

1、参数设置

2信息上报

3信息查询

4停止业务

整个系统工作流程如附图4所示。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种基于NB-IoT物联网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，利用NB-IoT物联网进行轨道车辆车轴健康状态监测数据的传输，在每一根车轴旁都安装带有NB-IoT物联网传输模块的车轴健康状况监测装置，通过NB-IoT传输模块将车轴健康状况监测装置上传至监控中心，由监控中心根据上传数据判断车轴健康状况，并适时进行处理，实现轨道车辆车轴健康状态的适时监测。

进一步地，所述的利用物联网进行轨道车辆车轴健康状态检测数据的传输是在每一根轨道车辆车轴旁，设置一个NB-IoT物联网无源检测模组，NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测，并将监测数据通过物联网上传到监控中心，由监控中心对上传的每一个车轴健康数据进行分析，通过分析确定不健康的车轴，并将不健康车轴的状况发送到车轴所在列车的司机控制室，由司机对不健康车轴的车辆进行适当的处置。

进一步地，所述的NB-IoT物联网无源检测模组是传感器模块、MCU模块、NB-IoT物联网通信模块、电源管理模块集成在一起的智能终端集成模组，传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；NB-IoT物联网通信模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

进一步地，所述的NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测是通过集成模组终端上的温度和振动传感器或制动压力传感器，在车辆运行过程中进行实时采样，并将数据和结果通过窄带物NB-IoT联网上报至用户服务器端，实现状态实时监控，及时提醒监控中心车辆在运行过程中由于车辆车轴轴承内部损伤、受力不合理等情况引起轴承部件过度磨损、损坏、卡滞等现象，从而防止车轴发热故障，导致安全事故；通过获得的大数据进行分布式计算，以及在训练期内进行人工智能机器学习，分析得出自适应阈值和其他相关轴的状况参数，达到预防车辆车轴发热（即：热轴现象）故障，确保轨道车辆安全运行的目的。

进一步地，所述的将数据和结果通过窄带NB-IoT物联网上报至用户服务器端是由无源检测模组按照下述原则上传数据；

如果温度、振动等未达到设置的报警门限，无源检测模组只是按照所设定的时间段，定时上传数据；

如果温度或者振动达到了设置的报警门限，则立即连续上报当前信息状态置至中央应用服务器，直至中央应用服务器确认接收信号，并作出处理为止；

在数据发送成功，且已经处理后，NB-IoT物联网无源检测模组则进入休眠，直到下一次设置的采样周期超时唤醒执行步骤。

进一步地，所述的将监测数据以无线方式通过NB-IoT物联网上传到监控中心是含有NB-IoT物联网模块的智能终端的集成模组，通过一体化的外壳结构安装在车厢的轴承架上，其中的MCU通过ADC接口采样温度、振动传感器信号，收集轴承温度以及振动信息数据，并由物联网通信模块与监控中心的NB-IoT物联网基站进行通信，NB-IoT物联网基站接收到数据之后经过分组核心网以及IOT连接管理平台处理，监控数据将被提供给应用服务器，应用服务器可通过三种方式访问监控中心的NB-IoT物联网基站获取监控数据；其一管理员可通过监控中心的监控软件，其二列车司机可通过手机3G/4G信号进行访问，其三现场维护人员则可通过笔记本登录WEB访问，了解车轴的健康状况。

进一步地，所述的对上传的每一个车轴健康数据进行分析是由监控中心的NB-IoT物联网基站适时对由物联网通信网络上传的数据按照所设定的车轴健康状况的基本参数标准进行比对分析，当所比对出的数据高于所设定的标准值时，确认车轴健康状况出现问题，并根据问题的严重性实行分等级处理。

进一步地，所述的将不健康车轴的状况发送到所在的列车司机控制室是在监控中心通过健康状况的分析发现车轴出现问题后，将通过NB-IoT物联网或铁路专用线路通知车轴所在的列车司机控制室，司机根据问题的严重性按照所确定的标准要求进行处理。

进一步地，所述的司机根据问题的严重性按照所确定的标准要求进行处理是分为关注、送检修厂修理，直接停车检修三种，在刚刚出现车轴健康故障时，只是进行关注，达到较为严重情况，将送到修理厂进行检修，如果在运行中出现严重故障，将直接停车进行检修。

一种基于物联网轨道车辆车轴健康状态监测系统，包括NB-IoT物联网智能终端集成模组、NB-IoT物联网基站、以及监控中心和应用服务器，NB-IoT物联网智能终端集成模组通过NB-IoT物联网基站与监控中心通讯，监控中心与应用服务器通过NB-IoT物联网基站，或其它广域网通讯。

进一步地，所述的NB-IoT物联网智能终端集成模组包括传感器模块、MCU模块、NB-IoT物联网通信模块、电源管理模块，各种模块集成在一起形成智能终端集成模组；传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；NB-IoT物联网通信模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

进一步地，所述的监控中心包括NB-IoT物联网分组核心网和NB-IoTIOT连接管理平台；NB-IoT物联网智能终端集成模组通过NB-IoT物联网基站与NB-IoT物联网分组核心网、NB-IoTIOT连接管理平台和应用服务器通讯，并将NB-IoT物联网智能终端集成模组监测的车轴健康状况数据上传至管理平台。

本发明的优点在于：

本发明在利用NB-IoT物联网对铁路车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态监测系统进行监测，主要有以下特点：

1、司机和地面铁路调度系统可以实时掌握车辆车轴（包括轴承）健康状态和车辆制动状态的安全运行，对故障进行预警或报警。

2、可以确定车辆实时位置和调度管理。

3、可实现建立其健康监测历史记录和大数据分析判断及管理系统。

4 、对模组（包括温度、3D加速度和压力等数字化传感器，MCU,通讯芯片，锂电池电源等）内部故障及电源不足等进行实时管理。

Claims (10)

1.一种基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：通过广域网与局域网联合对轨道车辆车轴健康状态的适时监测；在有广域网信号覆盖时，利用广域网进行轨道车辆车轴健康状态信号传输和监控；当无广域网信号覆盖时，利用局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测。

2.如权利要求1所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的广域网为NB-IoT物联网；所述的局域网为低频段、低功耗的无线局域网，包括Zig-Bee、蓝牙、Z-Wave和传统无线局域网（WLAN），以及基于LPWA技术组建的局域网。

3.如权利要求1所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的通过广域网与局域网联合对轨道车辆车轴健康状态的适时监测是在每一根轨道车辆车轴旁，设置一个无源检测模组，无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测，并将监测数据通过物联网上传到监控中心，由监控中心对上传的每一个车轴健康数据进行分析，通过分析确定不健康的车轴，并将不健康车轴的状况发送到车轴所在列车的司机控制室，由司机对不健康车轴的车辆进行适当的处置；或通过局域网上传至局域网控制中心，由局域网控制中心收集无源检测模组所发送的监测信号，并储存信号，待广域网信号恢复，局域网将把所收集的信号上传至监控中心，有监控中心对信号进行加工处理。

4.如权利要求3所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的无源检测模组是传感器模块、MCU模块、物联网通信模块、电源管理模块集成在一起的智能终端集成模组，传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；物联网通信模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，NB-IoT物联网无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

5.如权利要求3所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测是通过集成模组终端上的温度和振动传感器或制动压力传感器，在车辆运行过程中进行实时采样，并将数据和结果通过物联网上报至监控中心，实现状态实时监控，及时提醒监控中心车辆在运行过程中由于车辆车轴轴承内部损伤、受力不合理等情况引起轴承部件过度磨损、损坏、卡滞等现象，从而防止车轴发热故障，导致安全事故；通过获得的大数据进行分布式计算，以及在训练期内进行人工智能机器学习，分析得出自适应阈值和其他相关轴的状况参数，达到预防车辆车轴发热（即：热轴现象）故障，确保轨道车辆安全运行的目的。

6.如权利要求5所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的将数据和结果通过窄带物联网上报至用户服务器端是由无源检测模组按照下述原则上传数据；

如果温度、振动等未达到设置的报警门限，无源检测模组只是按照所设定的时间段，定时上传数据；

如果温度或者振动达到了设置的报警门限，则立即连续上报当前信息状态置至中央应用服务器，直至中央应用服务器确认接收信号，并作出处理为止；

在数据发送成功，且已经处理后，物联网无源检测模组则进入休眠，直到下一次设置的采样周期超时唤醒执行步骤。

7.如权利要求5所述的基于广域网与局域网的轨道车辆车轴健康状态智能监测方法，其特征在于：所述的将监测数据以无线方式通过物联网上传到监控中心是含有物联网模块的智能终端的集成模组，通过一体化的外壳结构安装在车厢的轴承架上，其中的MCU通过ADC接口采样温度、振动传感器信号，收集轴承温度以及振动信息数据，并由物联网通信模块与监控中心的NB-IoT物联网基站进行通信，物联网基站接收到数据之后经过分组核心网以及IOT连接管理平台处理，监控数据将被提供给应用服务器，应用服务器可通过三种方式访问监控中心的NB-IoT物联网基站获取监控数据；其一管理员可通过监控中心的监控软件，其二列车司机可通过手机3G/4G信号进行访问，其三现场维护人员则可通过笔记本登录WEB访问，了解车轴的健康状况。

8.一种基于广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统，其特征在于：包括物联网智能终端集成模组、广域网基站、车载局域网数据中心以及监控中心和应用服务器；物联网智能终端集成模组内同时设有广域网智能终端模块和局域网通讯模块，物联网智能终端集成模组通过广域网基站与监控中心通讯，监控中心与应用服务器通过广域网基站通讯；或在没有广域网信号时，物联网智能终端集成模组直接转换成由局域网通讯模块将数据传递给车载局域网数据中心，由局域网进行轨道车辆车轴健康状态局部信号传输、监控，并实施信号数据储存，待到有有广域网信号覆盖时，再将局域网所储存的监测信号数据，上传至监控中心，由监控中心进一步对数据进行分析和处理，实现轨道车辆车轴健康状态的无障碍适时监测；通过广域网和局域网混合对轨道车辆车轴健康状态实施无障碍适时监控。

9.如权利要求8所述的基于广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统，其特征在于：所述的物联网智能终端集成模组包括传感器模块、MCU模块、广域网智能终端模块和局域网通讯模块、电源管理模块，各种模块集成在一起形成智能终端集成模组；传感器模块将温度、振动等物理信号转化为电信号，通过ADC接口和总线接口将温度以及振动信息保存至MCU；广域网智能终端模块和局域网通讯模块负责将模块的数据适时上传；无源检测模组组装在一个防护等级在IP62的坚固盒子内，将其盒子固定在车轴端附近转向架指定的位置，无源检测模组对车轴的健康状况进行适时监测。

10.如权利要求8所述的基于广域网和局域网混合监控轨道车辆车轴健康状态的监测系统，其特征在于：所述的监控中心包括物联网分组核心网和IOT连接管理平台；物联网智能终端集成模组通过物联网基站与物联网分组核心网、IOT连接管理平台和应用服务器通讯，并将物联网智能终端集成模组监测的车轴健康状况数据上传至管理平台；所述车载局域网数据中心为车载微型基站；所述的广域网为NB-IoT物联网；所述的局域网为低频段、低功耗的无线局域网，包括Zig-Bee、蓝牙、Z-Wave和传统无线局域网（WLAN），以及基于LPWA技术组建的局域网。