CN109774752B - 基于测速技术的btm库检系统 - Google Patents

Abstract

本发明的BTM库检系统，基于测速技术对机车进行出入库检测，包括轨旁处理中心、接收单元、机车识别单元、BTM检测服务器和数据终端；接收单元和机车识别单元连接至轨旁处理中心并向其传送检测数据；轨旁处理中心实现与BTM检测服务器的通信，将测得的数据发送至BTM检测服务器，BTM检测服务器会对该数据进行分析和判定，并将结果推送至数据终端；在列车行进的过程中，基于测得的车速，完成对BTM天线作用范围的测试。本发明技术效果：可实现对BTM天线完整的测试，对BTM设备状态进行长期分析统计并给出预警信息，该测试是在机车出入库过程中自动完成的，不需要对机车设备进行任何的改动，不会对机车运行造成影响。

Description

基于测速技术的BTM库检系统

技术领域

本发明涉及铁路信号设备检测应用领域，具体涉及一种在机车车辆出入库时，快速自动实现对BTM设备进行功能和性能测试的系统。

背景技术

随着铁路运输事业的发展，设备故障已经成为影响铁路运输发展的瓶颈。设备故障不仅极大的影响行车计划，降低了铁路的运输效率，更是极大的影响行车安全。应答器报文传输模块(BTM)是动车组车载设备的关键设备之一，由车载BTM主机和BTM天线组成，主要负责将应答器存储器中经过编码后的报文数据进行解码，并传输给车载控制系统ATP中的VC(车载安全计算机)单元，为机车定位和车速自动防护提供基础数据。在车载设备常见的故障中，BTM相关的故障占相当大的一部分。所以，BTM设备的故障识别、定期维护就显得尤为的重要。

目前对于BTM设备的检修和维护主要通过以下方法：1.外观检查；2.上电自检；3.检修人员在BTM天线下方晃动应答器然后观察BTM状态指示灯；4.记录器数据的转储分析。

当前的检修方法存在以下问题：1、BTM天线辐射危害维护人员健康，而且存在强电危险；2、测试的时候，机车的主要电器设备处于关机状态，和机车实际运行环境有很大的区别；3、缺乏对机车电磁环境噪声的测试；4、缺乏对BTM天线的完整测试(能量、频率、包络、作用范围)；5、缺乏对BTM天线安装高度的测试；6、缺乏对检修数据的长期的记录、统计分析、故障预警。

综上，需要一种具备如下功能的测试系统：可以自动完成对BTM的测试、可以完成对BTM天线的完整测试(安装高度、能量、频率、包络、作用范围)、可以完成对机车电磁环境噪声测试、可以对BTM性能进行测试、可以对BTM设备状态进行长期分析统计并给出预警信息。

发明内容

针对现有的技术中存在的问题，本发明提供一套BTM出入库检测系统的设计方案。

本发明提供一种BTM库检系统，基于测速技术对机车进行出入库检测，

其包括轨旁处理中心、第一接收单元、机车识别单元、BTM检测服务器和数据终端；

所述第一接收单元和机车识别单元连接至轨旁处理中心并向其传送检测数据；

所述轨旁处理中心实现与BTM检测服务器的通信，将测得的数据发送至BTM检测服务器，所述BTM检测服务器会对该数据进行分析和判定，并将结果推送至数据终端；

在列车行进的过程中，基于测得的车速，完成对BTM天线作用范围的测试。

本发明带来如下技术效果：通过该BTM出入库检测系统可以实现对BTM天线完整的测试、可以实现对机车电磁环境噪声的测试、可以对BTM设备状态进行长期分析统计并给出预警信息。该测试是在机车出入库过程中自动完成的，不需要对机车设备进行任何的改动、并且不会对机车运行造成影响。通过本发明提供的检测方法相对于现有的作业手段有显著的优势，是智能化、自动化的有效应用。

附图说明

图1为BTM出入库检测系统结构图；

图2为轨旁设备结构图；

图3为测速原理图；

图4为测试BTM天线作用范围原理图。

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。

BTM出入库检测系统的结构图如图1所示，整个系统由轨旁处理中心、1号接收单元、机车识别单元、电子标签、2号接收单元、BTM检测服务器和数据终端构成。各部分构成和具体实施方式如下：

电子标签类似于每辆车的“身份证”，里面存储有机车的车型、车号、车端等信息，利用该电子标签我们就可以实现机车车号的自动识别。该电子标签可以是现有ATIS(铁路车号自动识别系统)的电子标签，也可以根据实际需求安装。

轨旁设备由轨旁处理中心、第一接收单元、机车识别单元以及第二接收单元构成。第一接收单元、机车识别单元和第二接收单元通过线缆和轨旁处理中心连接。

轨旁处理中心由供电单元、处理器单元、远程通信单元、第一27M信号接收与处理单元、环境噪声接收与处理单元、高度测量单元、机车识别通信单元以及第二27M信号接收与处理单元构成。轨旁处理中心通过远程通信单元实现与BTM检测服务器的连接，通过第一27M信号接收与处理单元实现对BTM天线能量、频率、包络和作用范围的测量，通过环境噪声接收与处理单元实现对环境噪声的测量，通过高度测量单元实现对BTM天线安装高度的测量，通过机车识别单元实现对电子标签的读取，通过第二27M信号接收与处理单元实现BTM驶出检测区域的检测。轨旁处理中心通过第一27M信号接收与处理单元和第二27M信号接收与处理单元实现对机车车速的测量。

第一接收单元由第一接收天线、第二接收天线以及高度计构成。第一接收天线接收BTM天线发射的27M射频信号。第二天线为2～6M天线，负责对2～6M频段的信号的接收，该天线用来测试环境噪声。高度计的作用为测量BTM天线高度，该高度计可以是激光测距模块、超声波测距模块或者是其他具备测距能力的模块。

机车识别单元由RFID读取器构成。轨旁处理中心通过RFID读取器获取电子标签里面的机车信息。

第二接收单元由第三接收天线构成。第三接收天线与第一接收天线一样都是27M天线。第二接收单元与第一接收单元配合使用可以实现对车速的测量。

BTM检测服务器是整个系统的关键节点，轨旁处理中心将测得的数据发送至BTM检测服务器，BTM检测服务器会对数据进行分析和判定，并将结果推送至数据终端。BTM检测服务器可以监测各轨旁处理中心的设备状态；可以对每台BTM建立检修历史档案信息；当检测到BTM天线性能降低以及BTM天线周围电磁环境噪声过大时可以发出预警信息给数据终端。

数据终端：数据终端和BTM检测服务器连接，可以接收测试结果；可以接受预警信息；可以查询历史数据并以数据、图表、曲线等方式展示；可以连接服务器实现对轨旁处理中心设备的管理；可以实现对各设备状态的监测；可以查询BTM历史档案信息。

优选地，所述轨旁处理中心远程通信单元可以是有线通信，也可以是4G、5G、Wifi、Zigbee等其他形式的无线通信。

优选地，所述使用电子标签获取机车号的方式，还可以采用图像识别、人工识别、接入现有DMS系统等其他方式。

优选地，所述库检系统可以对BTM设备的性能进行预判。车在每次出入库的时候，该系统都可以对列车进行智能检测，通过长期对BTM设备测试数据的采集和分析，可以绘制出列车BTM设备整个生命周期的性能变化趋势，当检测到BTM设备性能到达临界状态时，BTM检测服务器可以向数据终端发送性能预判信息，提示检修人员进行检修。

当车辆驶入检测区域，该检测系统可以自动启动整个测试过程。在车辆通过检测区域的过程中，该检测系统可以自动完成BTM天线测试(能量、频率、包络、作用范围)、BTM天线安装高度测试。BTM检测服务器会自动记录整个测试过程并将测试过程中的状态信息以及测试结果推送至数据终端。

下面对整个测试过程进行更加详细的描述：

1)检测机车驶入检测区域：机车行进过程中车载BTM天线实时发射应答器激励信号，轨旁处理中心通过第一接收单元实时检测周围的激励信号。当机车接近检测区域时，轨旁处理中心通过第一接收单元可以检测到周围能量的变化，从而知道机车驶入检测区域。

2)启动测试：轨旁处理中心检测到机车驶入检测区域后执行以下动作：1.启动测高模块开始实时测量BTM天线到库检环线的距离；2.实时测量BTM天线发射的射频信号；3.实时测量BTM天线周围的电磁干扰；4.启动RFID读取器，准备读取电子标签，获取机车信息。

3)测试BTM天线：机车从库检环线上方通过的过程中，轨旁处理中心通过1号接收单元实时采集来自BTM天线发射的射频信号，并记录下BTM天使发射的信号的频率、能量以及包络。

4)测试环境噪声：当列车从1号接收单元上方通过的过程，轨旁处理中心的环境噪声接收与处理单元会实时采集周围的2～6M环境噪声，轨旁处理中心对采集到的数据进行FFT(快速傅立叶变换)，从而获得2～6M各频率的能量大小，实现对机车环境噪声的测量。

5)获取机车信息：当机车接近RFID读取器时，轨旁处理中心通过RFID读取器读取电子标签里的机车信息。轨旁处理中心接收到机车信息后关闭RFID读取器。轨旁处理中心将机车进入检测区域的消息发送至BTM检测服务器，BTM检测服务器会将该信息推送至数据终端。

6)检测机车驶出检测区域：机车通过2号接收单元时，轨旁处理中心实时采集周围的能量变化，当检测到最大能量值时，记录下当前的时间，当检测到能量消失时，即认为列车驶出检测区域。

7)数据处理：当轨旁处理中心通过2号接收单元检测到机车驶出检测区域后，轨旁处理中心会将测试数据发送至BTM检测服务器。BTM检测服务器会对测试数据进行分析判定，并将结果推送至客户端。

对于BTM天线的完整的测试包括BTM天线发射的能量、频率、包络以及作用范围。通过单个环线就可以完成对能量、频率以及包络的测试，如果想要在列车行进的过程中完成对BTM天线作用范围的测试还需要提供列车的速度信息。本发明提供一种通过两个接收单元实现测速的方法，其原理如下：

如图3所示，机车从第一接收单元上方通过时，轨旁处理中心会记录下能量最大的时刻t1，从第二接收单元上方通过时，轨旁处理中心会记录下能量最大的时刻t2。通过t1和t2可以计算出机车通过第一接收单元和第二接收单元的时间，从而计算出△t，两个库检环线的安装距离d已知，通过公式v＝d/△t从而可以计算出机车通过检测区域时的平均速度。

实施例一测速传感器测速

作为两个接收单元测速方案的改良实施例，可以去掉2号接收单元，而采用各种类型的测速传感器完成测速，例如通过微波雷达测速，在股道旁边架设雷达发射器，向机车发射雷达波束，再接收机车反射的回波，通过回波分析测定机车的车速，然后将车速信息发送至BTM检测服务器。

作为改良方案，还可以对该测速方案作出其他方式的变形，例如：轮轴脉冲测速，通过在钢轨旁边布置车轮传感器(例如磁钢或磁钉)，实现对通过车轮的计数，以计轴的方式算出机车的车速。还可以采用诸如声波测速、激光测速、光栅编码器测速、视频测速等其他形式的测速，在此不对其测速原理及实例进行一一列举展开，对于各种测速方案的变形，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例二测试BTM天线作用范围

在对BTM进行测试的时候，对于BTM天线作用范围的测试是十分必要的，如果BTM天线的作用范围过大，有可能会导致串扰现象发生，如果BTM天线的作用范围过小，有可能在机车高速通过应答器时不能接收到有效的报文，从而造成应答器丢点。本实施例提供一种对BTM天线作用范围的测试方法，其测试原理如下：

机车从1号接收单元上方通过时，轨旁处理中心会对BTM天线发射的能量进行周期采集，从而可以绘制出BTM天线发射能量的包络，如图4中e0曲线所示。轨旁处理中心会记录下应答器激活点t1和t2的值，从而可以计算出两者的时间差，再结合车速，根据公式s＝V*△t，可以计算出天线的作用范围s。

相比于现有的测试方法，本发明实现了在机车出入库时对BTM设备的自动化测试。机车入库后，检修人员不用再逐个登车检测，只需通过数据终端就可以了解到BTM设备的整个测试过程，只有当检测到设备故障时才需登车排查故障原因。

以上内容仅为本发明技术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 (12)

1.一种BTM库检系统，基于测速技术对机车进行出入库检测，

其包括轨旁处理中心、第一接收单元、机车识别单元、BTM检测服务器和数据终端；

所述第一接收单元和机车识别单元连接至轨旁处理中心并向其传送检测数据；

所述轨旁处理中心实现与BTM检测服务器的通信，将测得的数据发送至BTM检测服务器，所述BTM检测服务器会对该数据进行分析和判定，并将结果推送至数据终端；

其特征在于，

在列车行进的过程中，基于测得的车速，完成对BTM天线作用范围的测试，即机车从所述第一接收单元上方通过时，轨旁处理中心会对BTM天线发射的能量进行周期采集，从而绘制出BTM天线发射能量的包络，轨旁处理中心会记录下应答器两激活点的值，从而计算出两者的时间差，再结合车速，计算出天线的作用范围。

2.根据权利要求1所述的BTM库检系统，其特征在于，还包括第二接收单元，其与第一接收单元配合使用实现对车速的测量。

3.根据权利要求2所述的BTM库检系统，其特征在于，机车通过第二接收单元时，轨旁处理中心实时采集周围的能量变化，当检测到最大能量值时，记录下当前的时间，当检测到能量消失时，即认为列车驶出检测区域。

4.根据权利要求3所述的BTM库检系统，其特征在于，机车从第一接收单元上方通过时，轨旁处理中心会记录下能量最大的时刻t1，从第二接收单元上方通过时，轨旁处理中心会记录下能量最大的时刻t2，通过t1和t2可计算出机车通过第一接收单元和第二接收单元的时间，从而计算出△t，两个库检接收单元的安装距离d已知，通过公式v＝d/△t可计算出机车通过检测区域时的平均速度。

5.根据权利要求2所述的BTM库检系统，其特征在于，可采用各种类型的测速传感器完成测速，

当微波雷达测速或轮轴脉冲测速时，可去掉第二接收单元。

6.根据权利要求2所述的BTM库检系统，其特征在于，所述轨旁处理中心包括供电单元、处理器单元、远程通信单元、第一27M信号接收与处理单元以及第二27M信号接收与处理单元，

轨旁处理中心可通过远程通信单元实现与BTM检测服务器的通信，通过所述第一27M信号接收与处理单元可实现对BTM天线能量、频率、包络和作用范围的测量，通过所述第二27M信号接收与处理单元实现BTM驶出检测区域的检测。

7.根据权利要求6所述的BTM库检系统，其特征在于，所述轨旁处理中心的远程通信单元是有线通信，或是4G、5G、Wifi、Zigbee及其他形式的无线通信。

8.根据权利要求1所述的BTM库检系统，其特征在于，所述机车识别单元用于获取机车号信息，可通过图像识别、手工录入或接入已有监测系统获取；

所述BTM检测服务器通过机车的机车号对检测结果进行区分管理，可实现多车的同时检测。

9.根据权利要求1所述的BTM库检系统，其特征在于，所述BTM检测服务器监测各轨旁处理中心的设备状态，并对每台BTM建立检修历史档案信息；

当检测到BTM设备性能到达临界状态或BTM天线性能降低可发出预警信息给数据终端，提示检修人员进行检修。

10.根据权利要求9所述的BTM库检系统，其特征在于，所述数据终端和BTM检测服务器连接，可接收测试结果及预警信息，查询历史数据并以可视化方式展示。

11.根据权利要求8所述的BTM库检系统，其特征在于，通过RFID读取器获取电子标签里的机车信息。

12.根据权利要求10所述的BTM库检系统，其特征在于，所述数据终端和BTM检测服务器连接，能查询BTM历史档案信息，或对轨旁处理中心管理及监测系统各设备状态。

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