CN109747685B - 应答器系统故障预警平台 - Google Patents

Abstract

本申请的应答器系统故障预警平台，包括数据采集系统、设备评价及预警系统、终端显示，主要根据采集或检测到的应答器系统设备的运行数据进行评价及预警，应答器系统设备分为BTM设备、应答器设备和LEU设备，对这三类设备进行故障预警维护时，各设备之间以及其相应的状态监测和维护过程相互独立，即可单独对任一设备进行故障预警及维护，也可同时存在任两个或者三个；当有应答器系统设备状态较差时，设备评价及预警系统自动发送该应答器系统设备的预警信息到终端显示进行报警提示。本发明带来显著的技术优势：应答器系统设备维护人员可以通过终端了解应答器系统设备的预警信息，提示检修人员对应答器系统设备进行检修维护，发现潜在的风险。

Description

应答器系统故障预警平台

技术领域

本发明涉及铁路行业的列车控制领域，特别涉及应答器系统设备(包含BTM、应答器、LEU)的状态预测及评价方案。

背景技术

随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组对我国经济的发展做出了巨大的贡献。越来越多的高速动车组上线运行，如何保障其运行的安全和可靠，成了铁路相关运营维护部门面临的极大的挑战性问题。传统的“计划修”维修模式存在着欠维修和过度维修的弊病，难以适应现代化铁路发展的需要。基于状态的维修，是继事后维修以及定期维护之后新的设备维修策略，也是未来设备维修的发展反向。

动车组快速的发展，应答器系统设备的使用量也在持续的增加，线路上由于应答器系统设备的故障导致列车晚点的事情时有发生，如果能够提前预知应答器系统设备的状态，及时对状态较差的设备进行维护处理，这样可以提高维修效率、降低维修成本、增加设备的安全可靠性。

现在国内还没有应答器系统的预警应用。无法预知应答器系统设备的状态。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种应答器系统设备的预警方案。

本发明提供一种应答器系统故障预警平台，包括数据采集系统、设备评价及预警系统、终端显示，主要根据采集或检测到的应答器系统设备的运行数据，对该设备的状态进行评价及预警，其中应答器系统设备分为BTM设备、应答器设备和LEU设备，对这三类设备进行故障预警维护时，各设备之间以及其相应的状态监测和维护过程相互独立，即可单独对任一设备进行故障预警及维护，也可同时存在任两个或者三个；

所述数据采集系统采集和接收应答器系统设备或其它外部检测设备记录的数据，供所述设备评价及预警系统使用；

所述设备评价及预警系统对所述数据采集系统采集到的应答器系统设备的运行数据进行统计和分析，评价应答器系统设备的状态，并且把评价后的设备状态信息保存到数据库或文件中，供给所述故障预警平台使用；

所述终端显示系统可查询和显示应答器系统设备的性能状态；

当有应答器系统设备状态较差时，例如评价出的设备状态值低于设定的评价阈值时，所述设备评价及预警系统自动发送该应答器系统设备的预警信息到终端显示进行报警提示。

由此本发明带来如下的技术效果：应答器系统设备维护人员可以通过终端了解应答器系统设备的预警信息，提示检修人员对应答器系统设备进行检修维护，发现潜在的风险。可以提高极大程度降低设备故障造成的运用影响，能够提高维修效率、降低维修成本、增加设备的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明故障预警平台的组成和处理流程图；

图2为实施例二对应的故障预警平台组成简图；

图3为故障预警平台各子系统的功能划分示意图；

图4为实施例一对应的故障预警平台组成简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

应答器系统设备包含BTM(Balise Transmission Module应答器信息接收单元)设备、应答器设备和LEU设备(也即本申请预警平台的维护对象)，应答器系统故障预警平台主要是通过采集或检测各应答器系统设备的运行数据，对应答器系统设备的状态进行评价和预警，在本发明中分别对应答器系统的三种设备进行故障预警维护，设备之间及其状态监测和维护过程相互独立不存在互相依赖关系，可单独存在某一个设备的故障预警服务，也可以同时存在两个或者三个。本发明的故障预警平台包括数据采集系统、设备评价及预警系统、终端显示(系统)，各系统组成和处理流程如图1所示。而本发明平台对各维护对象的设备状态进行检测、监测和状态预测的平面示意图也可见图2。

上述平台中可使用到的各装置的主要功能如下

在本发明中，数据采集系统可包含应答器测试装置(如便携式应答器测试仪)、BTM测试装置(如便携式BTM测试仪)、BTM状态信息记录装置(如记录器)和LEU测试装置。

应答器测试装置功能：

如便携应答器测试仪能够完成地面应答器状态检测、功能性能测试。

1)读取报文

2)应答器性能参数读取和判定

3)LEU C接口误码率及误码分布

4)应答器及LEU报文读取

5)报告数据管理

BTM测试装置功能：

如便携BTM测试仪能够完成车载设备的状态检测、功能性能测试。

1)模拟应答器发送报文

2)检测应答器激励信号能量大小

3)与BTM接口通信，检验报文接收情况

4)轨旁可无人操作，保证操作人员安全

5)BTM记录器数据分析

6)测量天线高度

BTM状态信息记录装置：

1)数据记录功能：包含各种运用状态信息的记录、环境信息记录、配置信息等、BTM设备接收应答器相应解码情况、BTM设备接收环境信息等；

2)数据转发：可通过U盘、无线(WIFI或4G等)和更换存储卡等方式进行数据转储；

LEU测试装置：

1)数据记录功能：包含各种运用状态信息的记录、环境信息记录、配置信息等、LEU设备与应答器接收信息；

2)数据转发：可通过U盘、串口、有线网络、无线(WIFI或4G)和更换存储卡等方式进行数据转发；

3)能够对LEU关键性能指标及工作状态进行测试；

设备评价及预警系统：

是以一个服务器形式存在，用于接受并处理来自数据采集系统的数据。

1)处理信息及系统数据

2)对设备状态数据进行监测显示

3)对设备状态及性能进行评估

4)对设备故障进行诊断和预测

5)对设备维护数据进行管理

终端显示：

将设备评价及预警系统产生的结果进行显示，提供人机接口，与用户进行交互。

1)将系统分析结果进行显示

2)提供人机接口与用户进行交互

本发明平台各子系统对数据处理的功能划分主要如下(参见附图3)：

一 数据采集系统：

应答器系统设备在运行过程中以固定格式通过有线传输通道或无线传输通道向服务器发送数据，数据采集系统主要是采集和接收应答器系统设备或其它外部检测设备的数据，然后转化为固定的格式保存到数据库或文件中，供其它处理系统使用。

在不支持网络传输数据的情况下，可通过手动下载车载记录单元中记录的数据，以人工的方式把数据上传到设备评价系统及预警系统中。

二 设备评价及预警系统：

A)数据预处理

通过降维度、降噪、特征提取等方法对直接采集到的数据进行预处理，获取更可信的数据以供使用。

B)状态监测

在能够实时获得设备运用数据的情况下，能够直接根据获得设备的运用状态数据对设备进行检测。例如BTM设备中记录自身的模块状态参数，当获得的该参数为异常值时，可对其状态进行直接反应，将其结果显示至终端显示，以便于用户及时发现异常，采取相应维护措施。

C)健康评估

根据数据采集系统采集到的应答器系统设备运行数据，针对不同应答器系统设备的类型，根据评价方法计算对应设备的指标在评价此类设备状态时所占的权重，并且把权重的信息保存起来，当需要评价此类应答器系统设备性能时，根据已保存的各类指标所占的权重进行计算，最后把应答器系统设备性能值保存到数据库或文件中。

这里的“指标”是指设备运行数据中的属性分类，比如BTM设备运行数据中分为解码时间、解码次数、好码率等属性，其中每类属性就是一个指标，本文中所有的“指标”含义均与此一致。

D)故障诊断及预测

获得设备健康状态评价值后，本系统将会结合历史数据对设备运用状态进行故障诊断及故障预测，当预测到有故障时对预警到的故障进行风险提示，并给出指导用户维护的建议措施。有两类处理方式，一类是通过大量的数据训练预测模型，通过模型预测设备的状态，如果设备的状态低于评价阈值时进行推送预警，并把预警信息保存到数据库或文件中；另一种是直接通过评价系统获得的评价值得到的设备的健康状态，通过对最近一段时间的设备状态变化趋势和变化幅度来确定预警信息，当出现不合理的趋势或幅度变化时，系统能够将此风险进行提示，并指导用户对设备进行维护。同时把预警信息保存到数据库或文件中。

评价阈值的确定方法：

可根据专家的意见评价一个统一的值作为初始阈值，在应答器系统预警平台运行的过程中则根据设备的状态更新阈值，例如我们对BTM设备进行预警后，会对实际的BTM设备进行检修，通过检修维护的情况综合评价(根据预测值和专家评价值)阈值并更新到预警系统中。

或者根据之前本申请人申请的应答器评价系统，结合大量的数据，获取多个设备故障时的性能值，取偏大的性能值作为阈值；也即等能够大量使用的时候，可以根据实际的情况进行确定，例如确定设备故障时候的性能值，然后再适当调高一点当阈值。

通过分析设备评价状态预警的方法：

在预警系统中可对状态的变化趋势和变化幅度进行配置，然后分析近一段时间设备状态的情况，如果状态变化的程度符合配置的信息(比如两天的设备状态值下降了20％)，就把预警信息推送到终端显示系统中，同时保存预警信息到数据库或文件中。

三 终端显示：

终端显示(系统)支持PC机、手机、平板电脑等终端设备，支持各类信息应用(例如交互软件)，用户可以通过终端显示发送操作指令给服务器(预警系统)，查询应答器系统设备的状态，并在终端中显示查询结果；当有设备状态较差(如预警模型预测出的状态低于设定的阈值)时，预警系统自动发送应答器系统设备的预警信息到终端显示系统进行报警提示。

实施例一

以下通过具体实施例来阐述本发明基本配置的故障预警平台如何运行。

1、数据采集系统

(本段描述了采集装置如何获取所需要的数据，如何将所需要的数据进行输出)

在本实例中，数据采集装置仅包括BTM状态信息记录装置和LEU测试装置，见图4。

其中BTM状态信息记录装置可以采集BTM设备的状态信息和应答器的使用信息；LEU测试装置可以采集LEU设备的状态信息。

BTM状态信息记录装置需要采集BTM设备的状态信息，其与BTM设备中的维护接口需要通信，监听BTM的外部接口数据、BTM主机的状态信息数据和BTM解码信息。BTM状态信息记录装置安装在机车上，它所采集的数据可通过无线网络如4G、5G、WIFI等技术手段传递给设备评价及预警系统。也可以通过U盘等存储介质进行拷贝。

LEU测试装置与LEU设备之间进行通信或LEU测试装置对LEU输出接口数据进行监听采集。LEU测试装置可以放置在信号机房，具备有线传输的环境，可以通过有线网络对信息进行回传。LEU测试装置可以通过测试有源应答器位置获得LEU的接口数据。

2、设备评价及预警系统

根据采集到的应答器指标数据对应答器的状态进行评价，评价的时间间隔可以配置，采集到设备指标数据是一个多行多列的矩阵，把矩阵中的噪声数据去除掉，对数据通过上面获取权重的方法，获取每类指标在设备状态评价中所占的权重，然后根据权重对设备进行评价。

在所有获得的数据中，可以将数据分为两类，一个为状态指标、一个是性能指标。其中状态指标表示为设备自身运行状态的监测结果，性能指标为实现其主要功能时对应的实现强度。以BTM设备为例，状态指标包含BTM主机状态、BTM某模块自检状态等。而性能指标包含在于应答器设备相互作用时所产生的数据，包含解码次数、解码时间、好码率或误码率等值。

当评估状态指标异常时，本实施例将会直接给出异常诊断结果。同时会对性能指标进行综合评估。

下表为BTM评估结果示例，在本实施例中，某个BTM设备性能评估指标采用包含解码次数、解码时间、好码率等指标、下行射频能量值(用于激活应答器能量的监测结果)。

序号	时间	下行射频能量值	解码次数	解码时间	好码率	评估值
							1	2016-10-02	80	23.68	22	98	72.70
2	2016-10-04	80	23.76	22	98	72.81
							3	2016-10-05	80	23.85	22	98	72.95
4	2016-10-18	80	23.39	24	96	71.44
							5	2016-10-30	80	23.60	22	97	72.29

在评估结果中可以是某一天对应一个评估值，也可以是某一指定时间段对应一个评估值。在本评估数据中，评估对象为某一个指定的BTM设备，结合较多次数的与不同应答器相互作用的数据，形成性能状态评估。

下表为应答器评估结果示例，在本实施例中，某个应答器设备性能评估指标采用包含解码次数、解码时间、好码率等指标。同样，评估结果可以是某一天对应一个评估值，也可以是某一指定时间段对应一个评估值。评估数据通过多个BTM状态信息记录装置获得，目的是获得同一个应答器和多个BTM设备相互作用的数据。

序号	时间	解码次数	解码时间	好码率	评估值
						1	2016-10-03	23.68	22	98	90.70
2	2016-10-04	23.76	22	98	90.81
						3	2016-10-05	23.85	22	98	92.95
4	2016-10-18	23.39	24	96	92.44
						5	2016-10-30	23.60	22	97	91.29

下表为LEU评估结果示例，在本实施例中，某个LEU设备性能评估指标采用包含C1信号指标、C6信号指标。同样，评估结果可以是某一天对应一个评估值，也可以是某一指定时间段对应一个评估值。

序号	时间	C1信号指标	C6信号指标	评估值
					1	2016-10-03	90	90	90
2	2016-10-04	91	91	91
					3	2016-10-05	89	91	90
4	2016-10-18	60	100	60
					5	2016-10-30	50	100	50

在本评估中，涉及两个核心性能指标，分别设定阈值如60，当某一个指标低于阈值时，整个设备将会工作异常。本实施例可以采用不平均加权方法，当两个信号指标大于80分值时，平均加权，当指标介于80至60时权重增加，低于60时，系统评估值降低为同两个指标的最低值一致。

此种加权方法只是本发明众多评估方法之一。

对应答器状态的预警有两种方式，也可以综合两种方式一起使用。

第一种方式是根据评价系统得到的设备的状态，然后比较分析近一段时间设备状态的变化情况进行预警，比如前天的应答器状态是80，今天的应答器状态是70，在短时间内应答器状态下降的幅度太大，所以产生预警信息，提示用户需要对这台应答器进行检修。

第二种方式是根据同一设备大量的指标数据训练预测模型，然后通过预留的测试数据对模型进行调优，最后选择一个误差较小的模型作为最终的预测模型，通过模型预测应答器的状态，如果应答器的状态比阈值小时，就产生预警信息，提示用户对应答器进行检修。

3、终端显示系统

终端显示系统根据收到的预警结果进行显示，终端显示系统支持PC机、手机和平板电脑等显示终端。

实施例二 可改进的示例

1、数据采集系统

在本实施例中，数据采集系统相比实施例一中，增加了对应答器设备的测试装置和BTM设备的测试装置，见图2。

增加相应的测试装置后将会丰富对特征数据的采集维度，使得对设备故障预测更为准确。

2、设备评价及预警系统

对于应答器设备而言，相比于单独使用BTM状态信息记录装置采集的数据更为丰富。增加了如：应答器启动时间、应答器误码分布、应答器A接口性能参数等数据指标；

对于BTM设备而言，相比于单独使用BTM状态信息记录装置采集的数据更为丰富。增加了如：27M能量值、上行信号门限值、应答器作用范围值等指标。

本发明方案带来显著的技术优势：应答器系统设备维护人员可以通过终端了解应答器系统设备的预警信息，提示检修人员对应答器系统设备进行检修维护，发现潜在的风险。可以提高维修效率、降低维修成本、增加设备的安全可靠性。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.应答器系统故障预警平台，包括数据采集系统、设备评价及预警系统、终端显示，主要根据采集或检测到的应答器系统设备的运行数据，对该应答器系统设备的状态进行评价及预警，其中应答器系统设备分为BTM设备、应答器设备和LEU设备，对这三类应答器系统设备进行故障预警维护时，各应答器系统设备之间以及所述应答器系统设备相应的状态监测和维护过程相互独立，既能单独对任一应答器系统设备进行故障预警及维护，也能同时存在任两个或者三个；

所述数据采集系统采集和接收应答器系统设备或其它外部检测设备记录的数据，供所述设备评价及预警系统使用；

所述设备评价及预警系统对所述数据采集系统采集到的应答器系统设备的运行数据进行统计和分析，评价应答器系统设备的状态，并且把评价后的应答器系统设备状态信息保存到数据库或文件中，供给所述故障预警平台使用；所述设备评价及预警系统是以一个服务器形式存在，用于接受并处理来自所述数据采集系统的数据；

所述终端显示可查询和显示应答器系统设备的性能状态；

当有应答器系统设备状态较差，评价出的应答器系统设备状态值低于设定的评价阈值时，所述设备评价及预警系统自动发送该应答器系统设备的预警信息到终端显示进行报警提示。

2.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述运行数据包含好码率、误码率、解码次数、解码时间、下行射频能量值、C1信号指标、C6信号指标的数据项；

将所述运行数据分为两类，一类为状态指标、一类是性能指标；其中状态指标表示为所述应答器系统设备自身运行状态的监测结果，性能指标为实现其主要功能时对应的实现强度；

当状态指标异常时，所述应答器系统故障预警平台将会直接给出异常诊断结果，同时会对性能指标进行综合评价。

3.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述设备评价及预警系统的功能包括数据预处理、状态监测、健康评估以及故障诊断及预测；

应答器系统设备在运行过程中以固定格式通过有线传输通道或无线传输通道向服务器发送数据，在不支持网络传输数据的情况下，能通过手动下载车载记录单元中记录的数据，以人工的方式把数据上传到设备评价及预警系统中。

4.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述应答器系统故障预警平台对应答器系统设备状态的预警有两种方式，也能综合两种方式一起使用；

第一种方式是通过综合评价得到的应答器系统设备的状态，比较分析近一段时间所述应答器系统设备状态的变化情况进行预警，提示用户需要对这台应答器系统设备进行检修；

第二种方式是根据同一应答器系统设备大量的指标数据训练预测模型，然后通过预留的测试数据对模型进行调优，最后选择一个误差较小的模型作为最终的预测模型，通过该最终的预测模型预测所述应答器系统设备的状态，如果预测出的所述应答器系统设备的状态值比评价阈值小时，就产生预警信息，提示用户对所述应答器系统设备进行检修。

5.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，在所述设备评价及预警系统中能对所述应答器系统设备状态的变化趋势和变化幅度进行配置，然后分析近一段时间的所述应答器系统设备状态，如果状态变化的程度符合配置的信息，就把预警信息推送到终端显示中，同时保存预警信息到数据库或文件中。

6.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，终端显示支持PC机、手机、平板电脑，支持各类信息应用，用户能通过终端显示发送操作指令给服务器，查询应答器系统设备的状态，并在终端中显示查询结果。

7.根据权利要求1所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述数据采集系统包含应答器测试装置、BTM测试装置、BTM状态信息记录装置或LEU测试装置，

当针对不同的所述应答器系统设备进行预警维护时，能仅保留与该应答器系统设备相关的最少的测试装置以获得所需数据；

仅针对BTM设备预警维护时，能仅使用BTM状态信息记录装置，而针对LEU设备时，能仅使用LEU测试装置。

8.根据权利要求7所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述BTM状态信息记录装置需要采集BTM设备的状态信息，其与BTM设备中的维护接口通信，监听BTM的外部接口数据、BTM主机的状态信息数据和BTM解码信息，BTM状态信息记录装置安装在机车上。

9.根据权利要求7所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，LEU测试装置与LEU设备之间进行通信或LEU测试装置对LEU设备输出接口数据进行监听采集，LEU测试装置可以放置在信号机房，具备有线传输的环境，通过有线网络对信息进行回传，LEU测试装置通过测试有源应答器位置获得LEU设备的接口数据。

10.根据权利要求7所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述数据采集系统增加相应应答器系统设备的测试装置后会丰富对特征数据的采集维度，使得对应答器系统设备故障预测更为准确；

增加应答器设备的测试装置和/或BTM设备的测试装置时，

对应答器设备而言，相比于单独使用BTM状态信息记录装置采集的数据更为丰富，增加了：应答器启动时间、应答器误码分布、应答器A接口性能参数的数据指标；

对于BTM设备而言，相比于单独使用BTM状态信息记录装置采集的数据更为丰富，增加了：27M能量值、上行信号门限值、应答器作用范围值的指标。

11.根据权利要求6所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述信息应用为交互软件。

12.根据权利要求7所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，所述BTM状态信息记录装置为记录器。

13.根据权利要求2所述的应答器系统故障预警平台，其特征在于，BTM设备的状态指标包含BTM主机状态、BTM某模块自检状态，而性能指标包含在与应答器设备相互作用时所产生的数据，包含解码次数、解码时间、好码率、误码率。

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