CN108928366A - 一种5t综合检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5T综合检测系统及检测方法，属于中国铁路领域。该系统包括开机磁钢，5T集成探测设备，局域网交换机，5T综合处理集成平台，访问终端和异地数据终端；5T集成探测设备按照来车方向依次集成安装：力学探测设备、声学探测设备、温度探测设备、图像探测设备和轮对尺寸探测设备五个检测单元，将各自采集的数据传送到共用的5T综合处理集成平台，对车辆故障进行升降级处理，得出车辆综合报警值；同时获取异地数据终端中存储的历史数据，进一步判断车辆及部位的状态，供监控值班员对车辆及对应部位的状态进行判断。本发明降低了建设成本和维护成本，提高故障预报的准确率。
Description
技术领域
本发明属于中国铁路领域，具体是一种5T综合检测系统及检测方法。
背景技术
5T综合检测系统即车辆运行安全监控系统，是中国铁路在面临客货混运、提速、重载的新形势下采取的保障车辆运行安全的重要手段。系统采用多种先进的动态检测技术、信息处理技术和网络技术实现对车辆运行状态的实时动态监测。在专项监测系统报警评判的基础上，运用多个监测系统的监测信息和技术履历信息，建立综合报警评判模型，提高报警的准确性。
现在5T综合检测系统均采用单一技术分别建设探测站，采用单独的网络、单独设置监控中心对不同设备预报的车辆故障信息进行预报；如论文：交通部公路科学研究所主办的期刊：《公路交通科技》，论文名称是“铁路车辆运行安全监控(5T)系统的研究与应用”，2009年S1期ISSN：1002-0268。故障判别只是采用单一的技术手段，通过连续的探测站对车辆的重点部件进行专项监测和报警，会发生误报或者漏报的情况。
当前也有理论对多种检测设备采集的车辆运行信息进行了综合应用方面的研究，但是也只是在上层对分布在不同位置的5T设备采集的数据进行综合分析和处理，未从硬件上进行集成和整合处理，无法从不同的角度在同一时间对同一辆车进行故障判别；同时，由于分布在不同位置的5T设备其数据传输的实时性不易保证，因此，只从上层对5T设备采集的数据进行分析和处理，无法实时对车辆运行状态进行监控和故障进行预报。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种5T综合检测系统及检测方法，通过集成硬件设备，构建健康状态计算模型，实现了对车辆的运行状态进行实时监控和预报故障。
所述的5T综合检测系统包括：开机磁钢，5T集成探测设备，局域网交换机，5T综合处理集成平台，访问终端和异地数据终端；
5T集成探测设备按照来车方向依次集成安装：力学探测设备、声学探测设备、温度探测设备、图像探测设备和轮对尺寸探测设备；力学探测设备连接力学处理机构成力学检测单元；声学探测设备连接声学处理机构成声学检测单元；温度探测设备连接温度处理机构成温度检测单元；图像探测设备连接图像处理机构成图像检测单元；轮对尺寸探测设备连接轮对尺寸处理机构成轮对尺寸检测单元；五个检测单元同时连接开机磁钢，并共用开机磁钢；
5T集成探测设备通过局域网交换机连接5T综合处理集成平台，5T综合处理集成平台同时通过局域网交换机分别连接访问终端和异地数据终端。
五个检测单元将各自采集的数据传送到共用的5T综合处理集成平台，5T综合处理集成平台分析对车辆故障再次进行升降级处理，最终得出车辆本身以及各部位的综合报警值，并以图像、声音、数值和图形的形式实时推送到访问终端，供监控值班员对车辆及对应部位的状态进行判断；同时，在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的本辆车及对应部件的相关历史数据，再进一步判断车辆及部位的状态，再次推送给监控值班员。
所述的5T综合检测方法的步骤如下：
步骤一、针对某列车，经过5T综合检查站的时候，当车头压到开机磁钢时，各检测单元同时开机探测；
具体为：
图像探测设备采集列车的图像信息和车号信息；
力学探测设备通过钢轨弯曲程度获得车辆动态载荷；通过测量车轮通过时的全周长获得轮轨冲击力；通过钢轨横向变形获得钢轨所受横向力；
声学探测设备采集列车轴承的声音信息；
温度探测设备采集列车车轮和轴箱的温度信息；
轮对尺寸探测设备采集列车的轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径尺寸信息；
步骤二、五种探测设备将采集的信息实时交给各自的处理机进行分析处理，得到各自的处理结果。
图像处理机分析处理包括：将车号信息通过局域网传输到其他各检测单元；图像信息被实时处理成完整的过车信息；
力学处理机根据收集到的加速度传感器信息测量的车轮踏面损伤对钢轨所产生的冲击振动信号，在加速度信号与冲击力间建立转换函数，得到车轮踏面损伤引起的动态冲击力；根据收集到的载荷传感器对钢轨弯曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的垂直竖向作用力；根据收集到的横向力传感器对钢轨扭曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的横向作用力，结合收到的车号信息，分析得到车辆的踏面损伤信息、超偏载信息和运行品质信息；
声学处理机根据收集到的振动与音频信号分析轴承状态，确定轴承故障，再采用跟踪探测采集模式，实现车辆滚动轴承故障预警，并结合收到的车号信息，分析得到车辆轴承的故障部位、故障类型和故障等级；
温度处理机根据温度传感器采集到车辆轴承、轮对、制动装置等的温度来分析车辆的状态，确定故障等级；
轮对尺寸处理机将激光线投射到车轮上，用相机对车轮和激光线进行抓拍，通过图像处理算法，从抓拍图像中计算出车轮的外形尺寸，并实时传输到轮对尺寸处理机中，轮对尺寸处理机结合车号信息进行分析和处理，分析之后得出车辆轮对的相关数值；包括：轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径等是否超过设定的阈值。
步骤三、五个检测单元分别将各自的处理结果同时同步到5T综合处理集成平台的服务器上。
步骤四、5T综合处理集成平台收到车辆各部位的信息，根据对应部件、不同检测单元测定数值之间的关联关系和之前设定的健康状态计算模型，对各检测单元计算出的车辆故障进行再次判别，最终得出车辆和各部位的综合报警值；
具体过程如下：
当五个检测单元中的某个检测单元对车辆或者部件出现报警记录的时候，5T综合处理集成平台的数据分析模块会结合其他四个检测单元数据进行综合分析，进行故障的升降级处理，并对升降级处理后的故障进行预报；然后根据车辆健康状态计算模型对本车辆的健康分值进行相应的扣减，量化车辆的健康状态。
车辆健康状态计算模型是对故障的程度进行量化，即给每个检测单元探测的不同部位的故障确定分值模型，每一辆车初始分值为100分，故障出现一次扣减一次，可重复扣减，扣减之后的数值即为车辆的健康分值。
步骤五、5T综合处理集成平台将综合报警值以图像、声音、数值和图形的形式实时推送到访问终端，供监控值班员判断并采取相应的措施；
推送的结果包括对应故障部位的图片、故障的温度数值以曲线的形式显示、故障的声音以声音形式播放、故障的超偏载和尺寸等以数值的形式显示。
步骤六、同时，5T综合处理集成平台在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的关于本车及对应部件的历史数据，再进一步判断车辆本身及各部位的状态，再次推送给监控值班员。
本发明的优点在于：
1)、一种5T综合检测系统，集成安装了温度检测单元、声学检测单元、力学检测单元、图像检测单元和轮对尺寸检测单元，充分利用各检测单元共有的设备，减少投资，降低了建设成本和维护成本；且共用设备安装位置集中、设备数量减少，便于对5T设备的集中维护和管理。
2)、一种5T综合检测系统，提供给使用人员的不再是单一的展示方式，而是通过图像、声音、数值和图形等多种技术相结合的综合展示方式，提高了用户的使用体验效果，方便使用人员从多个角度对车辆的运行状态进行全面的评估。
3)、一种5T综合检测方法，利用多个检测单元的不同技术对同一辆车从不同的角度进行故障判别，降低了单独探测失效的风险。同时，除了确保故障不会被漏报外，还能够提高故障预报的准确率，防止误报；
4)、一种5T综合检测方法，研究了五个检测单元的车辆信息之间的关联关系，利用大数据处理技术和故障判别关联算法对列车、车辆、零部件的健康状态进行实时分析和计算，除了进一步提高故障预报的兑现率之外，还能够总结出车辆产生故障的原因，从而进一步优化车辆检修作业模式。
5)、一种5T综合检测方法，基于更加准确的故障判别综合分析结果，可以进一步结合车辆其他相关数据对车辆及零部件实时的健康状态进行分析，总结出车辆产生故障的原因。
6)、一种5T综合检测方法，利用多个技术和多个角度来展现车辆状态，降低使用人员人工判断故障真实性的难度，也减少了人为主观的判断的错误。
附图说明
图1为本发明一种5T综合检测系统的实际安装结构示意图；
图2为本发明一种5T综合检测系统的结构图；
图3为本发明一种5T综合检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明。
本发明提出了一种5T综合检测系统及检测方法，集中安装和部署5T设备，既是设备硬件上的整合，也是技术上的整合，又为信息整合提供了基础，更便于进行大数据实时处理和计算，实时对车辆运行状态进行监控和故障进行预报，通过综合分析故障，提高故障预报的兑现率。
所述的5T综合检测系统，如图2所示，包括开机磁钢，5T集成探测设备，局域网交换机，5T综合处理集成平台，访问终端和异地数据终端；
5T综合处理集成平台安装在机房内，能实现数据集中存储、数据分析处理、应用服务多种功能；访问终端指连接路网的PC机终端；异地数据终端是指其他的5T探测站探测的数据存储的设备；
5T集成探测设备按照来车方向依次集成安装：力学探测设备、声学探测设备、温度探测设备、图像探测设备和轮对尺寸探测设备；力学探测设备连接力学处理机构成力学检测单元；声学探测设备连接声学处理机构成声学检测单元；温度探测设备连接温度处理机构成温度检测单元；图像探测设备连接图像处理机构成图像检测单元；轮对尺寸探测设备连接轮对尺寸处理机构成轮对尺寸检测单元；五个单元同时连接开机磁钢，并共用开机磁钢；
如图1所示，力学检测单元的安装宽度为9米；声学检测单元的安装宽度为3米；温度检测单元的安装宽度为3米；图像检测单元的安装宽度为1米；轮对尺寸检测单元的安装宽度为3米。其中，力学检测单元紧挨声学检测单元，声学检测单元与温度检测单元之间间隔为12米；温度检测单元与图像检测单元之间的间隔为11米，图像检测单元与轮对尺寸检测单元之间间距为5米；五个单元距离轨边的5T综合处理集成平台所在的机房均为20米。
通过将基于红外线、声学、力学、图像识别和光学技术形成的温度检测单元、声学检测单元、力学检测单元、图像检测单元和轮对尺寸检测单元硬件设备集成在一起，充分利用各检测单元共有的设备，减少投资；其中共用的设备包括开机磁钢、车号识别设备、光缆、5T综合集成处理平台的服务器和数据处理系统等。
1)共用磁钢，统一开机型号，确保5个检测单元探测车辆信息的步调一致；
2)共用车号识别设备，当车辆经过此设备的时候，可以读取车辆的车号标签中的信息；提供单一来源的、准确的车号信息；
3)共用线缆，提供统一的电源线缆和网络线缆，减少了重复投资；
4)共用5T综合集成处理平台的服务器和数据处理系统，提供统一的集中的服务器部署集成平台，确保数据的实时集中处理和共享；
5T集成探测设备通过局域网交换机连接5T综合处理集成平台，5T综合处理集成平台采用模块化设计，降低软件与设备的耦合度，即软件根据底层设备的配置单元实现可插拔配置，根据设备单元实现软件的灵活配置。5T综合处理集成平台同时通过局域网交换机分别连接访问终端和异地数据终端。
5T综合处理集成平台收到来自五个检测单元检测分析得出的同一辆车各部位的信息，并对车辆故障再次进行升降级处理，最终得出车辆本身以及各部位的综合报警值，并以图像、声音、数值和图形等展现形式实时推送到访问终端，供监控值班员对车辆及对应部位的状态进行判断，建议监控值班员对车辆采取相应的措施；同时，在5T综合处理集成平台将实时的信息第一时间推送给访问终端后，在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的关于本辆车及对应部件的相关历史数据，再进一步判断车辆及部位的状态，再次推送给监控值班员，给值班员进一步提示。
所述的5T综合检测方法的步骤，如图3所示，如下：
步骤一、针对某列车，经过5T综合检查站的时候，当车头压到开机磁钢时，各检测单元同时开机探测；
具体为：
图像探测设备采集列车的图像信息和车号信息；
力学探测设备通过钢轨弯曲程度获得车辆动态载荷；通过测量车轮通过时全周长获得轮轨冲击力；通过钢轨横向变形获得钢轨所受横向力；
声学探测设备采集列车轴承的声音信息；
温度探测设备采集列车车轮、轴箱的温度信息；
轮对尺寸探测设备采集列车的轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径尺寸信息；
步骤二、五种探测设备将采集的信息实时交给各自的处理机进行分析处理，得到各自的处理结果。
图像处理机分析处理包括：将车号信息通过局域网传输到其他各检测单元；图像信息被实时处理成完整的过车信息；
力学处理机根据收集到的加速度传感器信息测量的车轮踏面损伤对钢轨所产生的冲击振动信号，在加速度信号与冲击力间建立转换函数，得到车轮踏面损伤引起的动态冲击力；根据收集到的载荷传感器对钢轨弯曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的垂直竖向作用力；根据收集到的横向力传感器对钢轨扭曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的横向作用力，结合收到的车号信息，分析得到车辆的踏面损伤信息、超偏载信息和运行品质信息；
声学处理机根据收集到的振动与音频信号分析轴承状态，确定轴承故障，再采用跟踪探测采集模式，实现车辆滚动轴承故障预警，并结合收到的车号信息，分析得到车辆轴承的故障部位、故障类型和故障等级；
温度处理机根据温度传感器采集到车辆轴承、轮对、制动装置等的温度来分析车辆的状态，确定故障等级；
轮对尺寸处理机将激光线投射到车轮上，用相机对车轮和激光线进行抓拍，通过特殊设计的图像处理算法，从抓拍图像中计算出车轮的外形尺寸，并实时传输到轮对尺寸处理机中，轮对尺寸处理机结合车号信息进行分析和处理，分析之后得出车辆轮对的相关数值；包括：轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径等是否超过设定的阈值。
步骤三、五种检测单元分别将各自的处理结果同时同步到5T综合处理集成平台的服务器上。
步骤四、5T综合处理集成平台收到车辆各部位的信息，根据对应部件、不同检测单元测定数值之间的关联关系和之前设定的健康状态计算模型，对各检测单元计算出的车辆故障进行再次判别，最终得出车辆和各部位的综合报警值；
具体过程如下：
当五个检测单元中的某个检测单元对车辆或者部件出现报警记录的时候，5T综合处理集成平台的数据分析模块会结合其他四个检测单元数据进行综合分析，进行故障的升降级处理，并对升降级处理后的故障进行预报；然后根据车辆健康状态计算模型对本车辆的健康分值进行相应的扣减，量化车辆的健康状态。
例如：当温度检测单元采集轴承数据出现微热通报时，根据温度检测单元探测的热轴车号及轴位自动调用同时采集的声学检测单元预报、力学检测单元预报的本车故障数据，对本车的对应轴承进行故障升级或降级处理。当声学检测单元同时探测到3级及以上2次报警，温度报警升1级；当力学检测单元同时探测到有踏面损伤二级报警，则该轴位的温度报警升1级；
车辆健康状态计算模型是对故障的程度进行量化，即给每个检测单元探测的不同部位的故障确定分值模型，每一辆车初始分值为100分，故障出现一次扣减一次，可重复扣减，扣减之后的数值即为车辆的健康分值。
步骤五、5T综合处理集成平台将综合报警值以图像、声音、数值和图形的形式实时推送到访问终端，供监控值班员判断并采取相应的措施；
推送的结果包括对应故障部位的图片、故障的温度数值以曲线的形式显示、故障的声音以声音形式播放、故障的超偏载和尺寸等以数值的形式显示。
步骤六、同时，5T综合处理集成平台在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的关于本车及对应部件的历史数据，再进一步判断车辆本身及各部位的状态，再次推送给监控值班员。
现有设备不集中，只对数据进行集中，很难保证所有数据的实时性，也就不易保证综合分析的准确性。本发明集中整合了五个检测单元：温度检测单元、声学检测单元、力学检测单元、图像检测单元和轮对尺寸检测单元，且各检测单元均有自己的数据采集、控制和信息处理模块，通过研究和梳理各检测单元的系统组成，共用相同的模块，增加必要的连接装置，整合统一的数据采集、控制、信息处理模块各设备，则可以通过多种检测设备同时对一辆车进行探测，利用相同的网络条件实现数据的实时同步，便于进行数据的实时处理和计算，可以实时对车辆运行状态进行监控和故障进行预报；
通过各检测单元之间的数据共享、各检测单元与综合集成平台之间的数据共享，既确保数据的准确性，又保证数据同步的及时性；本发明除了可以综合分析集成设备的5T探测站的数据之外还可以实现数据的区域集中处理和分析，兼容不同位置的不同检测单元的数据综合处理和应用。
本发明通过总结故障规律，研究各检测单元探测的车辆信息之间的关联关系，对车辆及零部件实时的健康状态进行分析，可以结合其他数据(例如：HMIS数据)总结出车辆产生故障的原因，可以进一步指导车辆造修技术的升级；在保证各检测单元数据的准确性和实时性的同时进行数据的综合分析和判别，采用大数据处理技术，对多个检测单元采集的数据的关联关系进行分析，并运用自学习技术实现判别算法的不断优化，最终能够得出更为准确的判别结果。
Claims (7)
1.一种5T综合检测系统，其特征在于，包括：开机磁钢，5T集成探测设备，局域网交换机，5T综合处理集成平台，访问终端和异地数据终端；
5T集成探测设备按照来车方向依次集成安装：力学探测设备、声学探测设备、温度探测设备、图像探测设备和轮对尺寸探测设备；力学探测设备连接力学处理机构成力学检测单元；声学探测设备连接声学处理机构成声学检测单元；温度探测设备连接温度处理机构成温度检测单元；图像探测设备连接图像处理机构成图像检测单元；轮对尺寸探测设备连接轮对尺寸处理机构成轮对尺寸检测单元；五个检测单元同时连接开机磁钢，并共用开机磁钢；
5T集成探测设备通过局域网交换机连接5T综合处理集成平台，5T综合处理集成平台同时通过局域网交换机分别连接访问终端和异地数据终端；
五个检测单元将各自采集的数据传送到共用的5T综合处理集成平台，5T综合处理集成平台分析对车辆故障再次进行升降级处理，最终得出车辆本身以及各部位的综合报警值，并以图像、声音、数值和图形的形式实时推送到访问终端，供监控值班员对车辆及对应部位的状态进行判断；同时，在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的本辆车及对应部件的相关历史数据，再进一步判断车辆及部位的状态，再次推送给监控值班员。
2.如权利要求1所述的5T综合检测系统，其特征在于，所述的5T综合处理集成平台安装在机房内，能实现数据集中存储、数据分析处理和应用服务功能；访问终端指连接路网的PC机终端；异地数据终端是指其他的5T探测站探测的数据存储的设备。
3.如权利要求1所述的5T综合检测系统，其特征在于，所述的五个检测单元共用的设备还包括车号识别设备、光缆、5T综合集成处理平台的服务器和数据处理系统；
共用磁钢，统一开机型号，确保5个单元探测车辆信息的步调一致；
共用车号识别设备，当车辆经过此设备的时候，可以读取车辆的车号标签中的信息；提供单一来源的、准确的车号信息；
共用光缆，提供统一的电源线缆和网络线缆，减少了重复投资；
共用5T综合集成处理平台的服务器和数据处理系统，提供统一的集中的服务器部署集成平台，确保数据的实时集中处理和共享。
4.基于权利要求1所述的5T综合检测系统的检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、针对某列车，经过5T综合检查站的时候，当车头压到开机磁钢时，各检测单元同时开机探测；
步骤二、五种探测设备将采集的信息实时交给各自的处理机进行分析处理，得到各自的处理结果；
图像处理机分析处理包括：将车号信息通过局域网传输到其他各检测单元；图像信息被实时处理成完整的过车信息；
力学处理机根据收集到的加速度传感器信息测量的车轮踏面损伤对钢轨所产生的冲击振动信号，在加速度信号与冲击力间建立转换函数，得到车轮踏面损伤引起的动态冲击力；根据收集到的载荷传感器对钢轨弯曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的垂直竖向作用力；根据收集到的横向力传感器对钢轨扭曲程度的测量，测量出车辆对钢轨的横向作用力，结合收到的车号信息，分析得到车辆的踏面损伤信息、超偏载信息和运行品质信息；
声学处理机根据收集到的振动与音频信号分析轴承状态，确定轴承故障，再采用跟踪探测采集模式，实现车辆滚动轴承故障预警，并结合收到的车号信息，分析得到车辆轴承的故障部位、故障类型和故障等级；
温度处理机根据温度传感器采集到车辆轴承、轮对、制动装置的温度来分析车辆的状态，确定故障等级；
轮对尺寸处理机将激光线投射到车轮上，用相机对车轮和激光线进行抓拍，通过图像处理算法，从抓拍图像中计算出车轮的外形尺寸，并实时传输到轮对尺寸处理机中，轮对尺寸处理机结合车号信息进行分析和处理，分析之后得出车辆轮对的相关数值；包括：轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径是否超过设定的阈值；
步骤三、五个检测单元分别将各自的处理结果同时同步到5T综合处理集成平台的服务器上；
步骤四、5T综合处理集成平台收到车辆各部位的信息，根据对应部件、不同检测单元测定数值之间的关联关系和之前设定的健康状态计算模型，对各检测单元计算出的车辆故障进行再次判别，最终得出车辆和各部位的综合报警值；
步骤五、5T综合处理集成平台将综合报警值以图像、声音、数值和图形的形式实时推送到访问终端，供监控值班员判断并采取相应的措施；
步骤六、同时，5T综合处理集成平台在设定的路网范围内，获取异地数据终端中存储的关于本车及对应部件的历史数据，再进一步判断车辆本身及各部位的状态，再次推送给监控值班员。
5.如权利要求4所述的5T综合检测方法，其特征在于，所述步骤一中，各检测单元同时开机检测具体为：
图像探测设备采集列车的图像信息和车号信息；
力学探测设备通过钢轨弯曲程度获得车辆动态载荷；通过测量车轮通过时的全周长获得轮轨冲击力；通过钢轨横向变形获得钢轨所受横向力；
声学探测设备采集列车轴承的声音信息；
温度探测设备采集列车车轮和轴箱的温度信息；
轮对尺寸探测设备采集列车的轮缘磨耗、轮辋高度、踏面磨耗、轮对内测距和轮对直径尺寸信息。
6.如权利要求4所述的5T综合检测方法，其特征在于，所述的步骤四具体过程如下：
当五个检测单元中的某个检测单元对车辆或者部件出现报警记录的时候，5T综合处理集成平台的数据分析模块会结合其他四个检测单元数据进行综合分析，进行故障的升降级处理，并对升降级处理后的故障进行预报；然后根据车辆健康状态计算模型对本车辆的健康分值进行相应的扣减，量化车辆的健康状态；
车辆健康状态计算模型是对故障的程度进行量化，即给每个检测单元探测的不同部位的故障确定分值模型，每一辆车初始分值为100分，故障出现一次扣减一次，能重复扣减，扣减之后的数值即为车辆的健康分值。
7.如权利要求4所述的5T综合检测方法，其特征在于，所述的步骤五中，推送的结果包括对应故障部位的图片、故障的温度数值以曲线的形式显示、故障的声音以声音形式播放、故障的超偏载和尺寸以数值的形式显示。
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