CN107807325B - 基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法 - Google Patents

基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法 Download PDF

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Abstract

一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法，涉及一种铁路轨道电路分析系统及其方法，系统包括从机节点、主机节点、上位机，从机节点与主机节点连接，主机节点与上位机连接。方法包括从机节点实时采集轨道电路的电流和电压；主机节点向从机节点发送读取数据命令，并把接收到的数据向上位机发送；上位机将接收到数据保存到数据库中，并将数据与标准数据比较，如出现异常，就对异常次数计1；经过长时间运行，计算出故障概率，根据故障概率使用多状态通用生成函数模型计算出可信数值，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制。本发明可以满足轨道电路故障自动检测的需要，具有维修方便、成本低等特点，易于推广使用。

Description

基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种铁路轨道电路分析系统及其方法，特别是一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法。
背景技术
轨道电路是以一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于控制信号装置或转辙装置，以保证行车安全的设备。目前轨道电路拥有的系统大多数都具有以下缺点：1.缺乏自动化检修，由于缺乏维修技术，加上轨道电路数量多，在轨道电路出现故障时，维修人员只能使用UM71/YP专业测试表进行手工测试；2.没有统一的检修标准，标准不严格，达不到指导的作用，只能根据经验进行维修，缺乏系统的理论知识体系，维修存在很大的局限性；3.缺乏整体系统的分析，轨道电路的可靠性研究工作大多是放在轨道电路系统的单个设备及其关联设备上，并没分析整个轨道电路系统的可靠性性能和故障模式影响等，缺少整体的分析方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可满足轨道电路故障自动检测需要、维修方便、可提供对整体轨道电路系统分析的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统，包括从机节点、主机节点、上位机，所述的从机节点与主机节点连接，主机节点与上位机连接；所述的从机节点用于实时采集轨道电路的电流和电压，并将数据进行处理后发送至主机节点；所述的主机节点用于读取从机节点的数据，并将该数据向上位机发送；所述的上位机用于对主机节点发送来的数据进行保存和进行可靠性分析判断，并给出轨道电路的预警机制。
本发明的进一步技术方案是：所述的从机节点包括电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、数据转换或预处理电路、从机单片机处理电路、从机按键电路、从机显示电路、从机通信电路和从机电源电路；所述的从机电源电路的输出端分别与电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、数据转换或预处理电路、从机单片机处理电路、从机通信电路连接；电流采集传感器电路、电压采集传感器电路的输出端分别通过数据转换或预处理电路与从机单片机处理电路的输入端连接，从机单片机处理电路的输入端还与从机按键电路的输出端连接，从机单片机处理电路的输出端与从机显示电路连接，从机单片机处理电路的输入输出端通过从机通信电路与主机节点连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的主机节点包括主机单片机处理电路、主机按键电路、主机显示电路、主机通信电路、主机电源电路以及GPRS模块电路；所述的主机电源电路的输出端分别与主机通信电路、主机单片机处理电路以及GPRS模块电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入端与主机按键电路的输出端连接，主机单片机处理电路的输出端与主机显示电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入输出端分别与GPRS模块电路、主机通信电路连接；主机通信电路的输入输出端与从机节点连接。
本发明的另一技术方案是：一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，该方法包括从机工作流程、主机工作流程和上位机工作流程；
所述的从机工作流程包括从机节点的电流采集传感器电路、电压采集传感器电路实时采集轨道电路的电流和电压，经过数据转换或预处理电路处理后送入从机单片机处理电路；同时，从机节点处于等待主机节点读取数据命令的状态，直到接收到读取数据命令，进入发送数据状态，等待数据发送完毕后返回；所述的主机工作流程包括定时向从机节点发送读取数据命令，接着进入到数据接收状态，直到接收数据完毕，并把接收到的数据向上位机发送；所述的上位机工作流程包括实时接收主机节点发送过来的数据，经过数据转换或预处理后显示保存到数据库系统中，并将采集到的数据与标准计算得到的电压和电流进行比较，如出现异常，就对异常次数计1；经过长时间的运行，计算出一段时间内的出现故障概率，并根据故障概率使用多状态通用生成函数模型计算出可信数值，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制；如果此时系统数据出现异常，就以短信形式或电话形式通知用户或管理人员，以便得到及时的维修处理。
本发明的进一步技术方案是：所述的出现异常是指出现电压突变、电流突变、电压电流偏离正常值一定范围的情况。
本发明的进一步技术方案是：所述的根据故障概率使用多状态通用生成函数模型计算出可信度值具体内容包括：fj和Pj是每一个监测点所对应的可能数值和出现的故障概率值，根据多状态通用生成函数模型公式计算，将其所有指数大于0的各项系数求和，便得到系统取值大于0的概率，即是可信度值。
本发明的进一步技术方案是：所述的给出轨道电路的预警机制是根据可信度值得出电路的工作状态，并根据工作状态给出相应的预警提示。
本发明的再进一步技术方案是：所述的预警机制包括以下具体内容：
把计算得到的可信度值分成几个区间，其中[0.9-1）区间表示电路处于稳定状态，指示灯亮绿灯；［0.8-0.9）区间表示电路处于亚稳定状态，指示灯亮黄灯；[0.7-0.8）区间表示电路处于欠稳定状态，指示灯亮暗黄灯；其余数值（0-0.7）表示电路处于不稳定状态，指示灯亮红灯。
由于采用上述结构，本发明之基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 可满足轨道电路故障自动检测的需要：
由于本发明之基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统包括从机节点、主机节点、上位机，所述的从机节点与主机节点连接，主机节点与上位机连接；所述的从机节点用于实时采集轨道电路的电流和电压，并将数据进行处理后发送至主机节点；主机节点用于读取从机节点的数据，并将该数据向上位机发送；上位机用于对主机节点发送来的数据进行保存和进行可靠性分析判断，并给出轨道电路的预警机制。因此，本发明可以满足目前轨道电路故障自动检测的需要。
2.维修处理方便：
由于本发明的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法中，上位机接收主机节点发送过来的数据，经过数据转换或预处理后显示保存到数据库系统中，并将采集到的数据与标准计算得到的电压和电流进行比较，如出现异常，就对异常次数计1；经过长时间的运行，计算出一段时间内的出现故障概率，并根据故障概率使用根据多状态通用生成函数模型计算出可信数值，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制；如果此时系统数据出现异常，就以短信形式或电话形式通知用户或管理人员，以便得到及时的维修处理，其维修处理非常方便。
3.可提供对整体轨道电路系统的分析：
由于本发明的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法中，上位机接收主机节点发送过来的数据，经过数据转换或预处理后显示保存到数据库系统中，并将采集到的数据与标准计算得到的电压和电流进行比较，如出现异常，就对异常次数计1；经过长时间的运行，计算出一段时间内的出现故障概率，并根据故障概率使用根据多状态通用生成函数模型计算出可信数值，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制。因此，本发明可分析整个轨道电路系统的可靠性性能和故障模式影响等。
4. 成本低、效率较高，性价比高：
本发明的整个系统电路所需要元件少，成本低、效率较高，性价比高。
5．通信距离长、节点接入方便：
本发明采用直流电主从通讯技术实现轨道电路故障的检测，节点可以达到500节点以上，通信的距离长，距离可以达到1～3公里。本发明还支持多种总线，节点接入方便、维护简便。
下面，结合附图和实施例对本发明之基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统及其方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：实施例一所述基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统的系统拓扑结构框图，
图2：实施例一所述从机节点组成框图，
图3：实施例一所述主机节点组成框图，
图4：实施例二所述基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法的从机工作流程图，
图5：实施例二所述基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法的主机工作流程图，
图6：实施例二所述基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法的上位机工作流程图。
具体实施例
实施例一：
一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统，包括从机节点、主机节点、上位机，
所述的从机节点用于实时采集轨道电路的电流和电压，并将数据进行处理后发送至主机节点；所述的主机节点用于读取从机节点的数据，并将该数据向上位机发送；所述的上位机用于对主机节点发送来的数据进行保存和进行可靠性分析判断，并给出轨道电路的预警机制。上述的从机节点有多个，各个从机节点通过RSA85总线与主机节点连接到总线上，各个从机节点与主机节点的通信采用的直流通讯技术，具体如图1所示。
所述的从机节点包括电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、数据转换或预处理电路、从机单片机处理电路、从机按键电路、从机显示电路、从机通信电路和从机电源电路（如图2所示）；
所述的电流采集传感器电路、电压采集传感器电路，能够实时采集轨道电路的各种电压、电流参数值；所述的从机通信电路，用于发送或接收采集到的电流和电压数据；所述的从机显示电路，能够实时地显示采集到的电压和电流值。
所述的从机电源电路的输出端分别与电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、数据转换或预处理电路、从机单片机处理电路、从机通信电路连接；电流采集传感器电路、电压采集传感器电路的输出端分别通过数据转换或预处理电路与从机单片机处理电路的输入端连接，从机单片机处理电路的输入端还与从机按键电路的输出端连接，从机单片机处理电路的输出端与从机显示电路连接，从机单片机处理电路的输入输出端通过从机通信电路与主机节点连接。
所述的主机节点包括主机单片机处理电路、主机按键电路、主机显示电路、主机通信电路、主机电源电路以及GPRS模块电路（如图3所示）；所述的主机电源电路的输出端分别与主机通信电路、主机单片机处理电路以及GPRS模块电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入端与主机按键电路的输出端连接，主机单片机处理电路的输出端与主机显示电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入输出端分别与GPRS模块电路、主机通信电路连接；主机通信电路的输入输出端分别与从机节点、上位机连接。
实施例二：
一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，该方法包括从机工作流程、主机工作流程和上位机工作流程；
所述的从机工作流程包括：系统上电后，初始化系统的各个参数，从机节点的电流采集传感器电路、电压采集传感器电路实时采集轨道电路的电流和电压，经过数据转换或预处理电路处理后送入从机单片机处理电路；同时，从机节点处于等待主机节点读取数据命令的状态，如果没有接收到读取命令，就一直等待，直到接收到读取数据命令，进入发送数据状态，一直等待数据发送完毕后返回（如图4所示）；
所述的主机工作流程包括：系统上电后，初始化系统的各个参数，然后定时向从机节点发送读取数据命令，接着进入到数据接收状态，就一直等待，直到接收数据完毕，并把接收到的数据向上位机发送（如图5所示）；
所述的上位机工作流程包括：系统上电后，初始化系统的各个参数，然后实时接收主机节点发送过来的数据，经过数据转换或预处理后显示保存到数据库系统中，并将采集到的数据与标准计算得到的电压和电流进行比较，如出现异常，即是出现电压突变、电流突变、或者电压电流偏离正常值一定范围（比如5%，可根据实际情况预设）等情况，就对异常次数计1；所述的标准计算得到的电压和电流是不同轨道长度时轨道电路受电端口一次线圈的电流、电压；始端和终端电压和电流；经过长时间的运行，计算出一段时间内的出现故障概率，并根据故障概率使用根据多状态通用生成函数（Universal Generating Function，UGF）模型计算出可信数值，假如fj和Pj是监测点j所对应的可能数值和出现的故障概率值，根据多状态通用生成函数模型公式计算，将其所有指数大于0的各项系数求和，便得到系统取值大于0的概率，即是可信度值；可信度值越高，说明系统可靠性越强，电路越稳定；根据实际经验或电路计算得出可信度参考值，并以此作为电路稳定性的阈值，当实际计算得出的可信度值高于此阈值，说明电路是稳定可靠的，如果低于此阈值，电路可能处于欠稳定或不稳定状态，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制；如果此时系统数据（即是计算得出的可信度值）出现异常，就以短信形式或电话形式通知用户或管理人员，以便得到及时的维修处理（如图6所示）。
上述的预警机制是根据可信度值得出电路的工作状态，并根据工作状态给出相应的预警提示，包括以下具体内容：把计算得到的可信度值分成几个区间，其中[0.9-1）区间表示电路处于稳定状态，指示灯亮绿灯；［0.8-0.9）区间表示电路处于亚稳定状态，指示灯亮黄灯；[0.7-0.8）区间表示电路处于欠稳定状态，指示灯亮暗黄灯；其余数值（0-0.7）表示电路处于不稳定状态，指示灯亮红灯。

Claims (8)

1.一种基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：该方法包括从机工作流程、主机工作流程和上位机工作流程；
所述的从机工作流程包括从机节点的电流采集传感器电路、电压采集传感器电路实时采集轨道电路的电流和电压，经过数据转换或预处理电路处理后送入从机单片机处理电路；同时，从机节点处于等待主机节点读取数据命令的状态，直到接收到读取数据命令，进入发送数据状态，等待数据发送完毕后返回；所述的主机工作流程包括定时向从机节点发送读取数据命令，接着进入到数据接收状态，直到接收数据完毕，并把接收到的数据向上位机发送；所述的上位机工作流程包括实时接收主机节点发送过来的数据，经过数据转换或预处理后显示保存到数据库系统中，并将采集到的数据与标准计算得到的电压和电流进行比较，如出现异常，就对异常次数计1；经过长时间的运行，计算出一段时间内的出现故障概率，并根据故障概率使用多状态通用生成函数模型计算出可信度值，以此判定轨道电路是否稳定，最后给出轨道电路的预警机制；如果此时系统数据出现异常，就以短信形式或电话形式通知用户或管理人员，以便得到及时的维修处理。
2.根据权利要求1所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的出现异常是指出现电压突变、电流突变、电压电流偏离正常值一定范围的情况。
3.根据权利要求1所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的根据故障概率使用多状态通用生成函数模型计算出可信度值具体内容包括：fj和Pj是每一个监测点所对应的可能数值和出现的故障概率值，根据多状态通用生成函数模型公式计算，将其所有指数大于0的各项系数求和，便得到系统取值大于0的概率，即是可信度值。
4.根据权利要求1所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的给出轨道电路的预警机制是根据可信度值得出电路的工作状态，并根据工作状态给出相应的预警提示。
5.根据权利要求4所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的预警机制包括以下具体内容：
把计算得到的可信度值分成几个区间，其中[0.9-1）区间表示电路处于稳定状态，指示灯亮绿灯；［0.8-0.9）区间表示电路处于亚稳定状态，指示灯亮黄灯；[0.7-0.8）区间表示电路处于欠稳定状态，指示灯亮暗黄灯；其余数值（0-0.7）表示电路处于不稳定状态，指示灯亮红灯。
6.根据权利要求1所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：该方法采用基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析系统进行分析，系统包括从机节点、主机节点、上位机，所述的从机节点与主机节点连接，主机节点与上位机连接；所述的从机节点用于实时采集轨道电路的电流和电压，并将数据进行处理后发送至主机节点；所述的主机节点用于读取从机节点的数据，并将该数据向上位机发送；所述的上位机用于对主机节点发送来的数据进行保存和进行可靠性分析判断，并给出轨道电路的预警机制。
7.根据权利要求6所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的从机节点包括电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、预处理电路、从机单片机处理电路、从机按键电路、从机显示电路、从机通信电路和从机电源电路；所述的从机电源电路的输出端分别与电流采集传感器电路、电压采集传感器电路、数据转换或预处理电路、从机单片机处理电路、从机通信电路连接；电流采集传感器电路、电压采集传感器电路的输出端分别通过数据转换或预处理电路与从机单片机处理电路的输入端连接，从机单片机处理电路的输入端还与从机按键电路的输出端连接，从机单片机处理电路的输出端与从机显示电路连接，从机单片机处理电路的输入输出端通过从机通信电路与主机节点连接。
8.根据权利要求6所述的基于多状态理论的铁路轨道电路可靠性分析方法，其特征在于：所述的主机节点包括主机单片机处理电路、主机按键电路、主机显示电路、主机通信电路、主机电源电路以及GPRS模块电路；所述的主机电源电路的输出端分别与主机通信电路、主机单片机处理电路以及GPRS模块电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入端与主机按键电路的输出端连接，主机单片机处理电路的输出端与主机显示电路的输入端连接；主机单片机处理电路的输入输出端分别与GPRS模块电路、主机通信电路连接；主机通信电路的输入输出端与从机节点连接。
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基于通用生成函数的系统寿命可靠性分析;任博;《航空学报》;第34卷(第11期);第2551-2556页 *

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