CN109818690A - 基于谱分析技术的btm库检系统 - Google Patents

Abstract

本发明的BTM库检系统，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获得的数据；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；接收单元包括用来测试环境噪声及接收BTM天线的射频信号的接收天线，当列车从接收单元上经过的过程中，完成对BTM天线能量、频率的测试及列车环境干扰度的测量。本发明具备如下技术效果：通过该BTM库检系统实现对BTM天线的测试、机车电磁环境噪声的测试、对BTM设备状态进行长期分析统计并给出预警信息。

Description

基于谱分析技术的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天线及其干扰检测的系统。

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，为列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。

最常见的BTM故障就是应答器丢点，其原因有：1、BTM天线谐振点改变或能量降低。BTM天线长时间工作在高温、震动的环境中会加速电子元器件的老化速度，进而就有可能导致BTM天线的谐振点改变或者发射的能量降低，因此产生应答器丢点的现象。2、BTM天线安装高度变化。天线固定螺丝松动、车轮磨损都会导致天线的高度降低。3、电磁环境噪声。列车在运行过程中会一直存在电磁环境噪声，尤其在列车的底部，安装有大功率牵引设备和密集的电缆。列车产生的电磁噪声会叠加到应答器上行信号从而被车载BTM接收，直接导致的结果就是BTM解码的时间变长、好码率降低、误码率增加、解码帧数降低，更严重的结果就是应答器丢点。

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，列车的主要电器设备处于关机状态，和列车实际运行环境有很大的区别；3、缺乏对列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)；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天线的测试(安装高度、能量、频率)、可以完成对列车电磁环境噪声测试、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库检系统的设计方案。

本发明提供一种BTM库检系统，其包括轨旁处理中心、接收单元、机车识别单元、BTM检测服务器和数据终端；

所述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获得的数据；

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，所述接收单元包括用来测试环境噪声的接收天线及接收BTM天线发射的射频信号的接收天线，可基于谱分析技术对BTM进行出入库检测，当列车从所述接收单元上经过的过程中，完成对BTM天线能量、频率的测试及列车环境干扰度的测量。

本发明具备如下技术效果：通过该BTM出入库检测系统可以实现对BTM天线的测试、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。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

[1]图1为BTM出入库检测系统结构图

[2]图2为轨旁设备结构图

[3]图3为BTM天线高度测量原理图

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、接收单元、机车识别单元、电子标签、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列车车号的自动识别。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。

如图2所示，本发明库检系统的轨旁设备由轨旁处理中心、接收单元、机车识别单元构成。接收单元和机车识别单元通过线缆连接至轨旁处理中心上。

轨旁处理中心由供电单元、处理器单元、远程通信单元、27M信号接收与处理单元、环境噪声接收与处理单元、高度测量单元以及机车识别通信单元构成。轨旁处理中心通过远程通信单元实现与BTM检测服务器的通信，通过27M信号接收与处理单元实现对BTM天线能量及频率的测量，通过环境噪声接收与处理单元实现对BTM天线周围的环境噪声进行测量，通过高度测量单元实现对BTM天线高度的测量。

接收单元由第一接收天线、第二接收天线以及高度计构成。第一天线为27M天线，主要负责对BTM天线发射能量的接收。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。

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；可以接收预警信息；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。

所述轨旁处理中心的远程通信单元可以是有线通信，也可以是4G、5G、Wifi、Zigbee或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。

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。

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天线到接收单元的距离；2.启动27M信号接收与处理单元，实时采集27M能量；3.启动环境噪声接收与处理单元，实时采集环境噪声；4.启动机车识别单元，准备读取电子标签，获取机车信息。

3)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。

4)数据分析处理：当轨旁处理中心通过接收单元检测到机车驶出检测区域后，会启动对测试数据的谱分析处理，并将分析结果上传至BTM检测服务器。BTM检测服务器将测得的数据进行判定，并将判定结果推送至数据终端。

实施例一BTM天线高度测量

BTM天线高度是指BTM天线到应答器之间的距离。列车长期运营，列车车轮和钢轨都会有不同程度的磨损，再加上安装不合规或者螺丝松动等原因都会导致BTM天线到应答器之间的距离改变。目前，检修人员主要通过尺子进行手动测量，不仅测试过程麻烦而且存在很大的测量误差。通过本发明可以实现对BTM天线高度的自动、高精度测量。

列车从接收单元上经过时，轨旁处理中心会通过接收单元里的高度计实时进行高度测量。但是，只有在BTM天线在接收单元的正上方时测得的高度才是BTM天线的高度，其余测量到的都是车底距离应答器的高度。所以我们需要通过某些测试方法获取到BTM天线到达接收单元上方的时刻。如图3所示，列车通过接收单元时，接收单元检测到的能量变化如图3中e0曲线所示，能量最大的时刻就是BTM天线在接收单元正上方的时刻。所以，当列车从接收单元上经过的过程中，轨旁处理中心必须实时比较采集到的能量值，并记录下能量最大时测的的高度值，该高度值即为BTM天线距离应答器的高度值。

所述高度计可以是激光测距模块、超声波测距模块等其他测距模块。

实施例二BTM天线性能测试

BTM天线性能指的是BTM天线发射的能量、频率。所述BTM天线信号频率为27.095MHz的射频信号。BTM天线长期工作在高温和振动的环境中，进而加速BTM天线中的电子元器件的老化速度，因此就有可能导致BTM天线发射能量改变、频率改变。BTM天线能量过低，会导致应答器不能被正常激活，造成丢点，如果天线能量过高，可能会引起串扰。应答器的激活条件为接收27.095MHz的射频能量，并将其转化为电能。所以如果BTM天线的频率改变也会导致不能正常的激活应答器。

当列车从接收单元上方通过的时候，接收单元中的第一接收天线可以接收到BTM天线发射的射频信号。轨旁处理中心通过27M信号接收与处理单元对BTM天线信号进行周期性采集分析，从而实现对BTM天线能量、频率的测试。

本发明对BTM天线性能的测试采用的是处理器单元+高速AD采集分析的方案，但不限于此，作为该方案的变形，可以采用功率计或者频谱仪等其他具备射频信号分析的仪器设备。

实施例三列车环境干扰度测量

列车环境干扰度指的是BTM天线周围的电磁环境噪声。列车在运行过程中会一直存在电磁环境噪声，尤其在列车的底部，安装有大功率牵引设备和密集的电缆。列车产生的电磁噪声会叠加到应答器上行信号从而被车载BTM接收，直接导致的结果就是BTM解码的时间变长、好码率降低、误码率增加、解码帧数降低，更严重的结果就是应答器丢点。

目前，检修人员对于环境干扰度的测试采用如下方法：断开BTM天线与发射板连接，将线缆直接连接至频谱仪，通过频谱仪进行测试。该方法存在如下问题：测试的时候必须处于停车状态，和机车实际工作环境不同；存在很大的安装风险，有可能会导致线缆连接错误、连接不劳、损坏连接接口；频谱仪比较大，不方便现场测试。本发明通过在轨道上布置接收单元的方法，实现对列车环境干扰度的测量，经试验数据对比分析，通过该测试方法测得的环境噪声可以反映出列车实际的环境干扰。

当列车从接收单元上方通过的过程中，接收单元中的第二天线会接收周围的2～6M电磁信号，轨旁处理中心通过环境噪声接收和处理单元实现对2～6M环境噪声的周期采集分析，然后对采集的数据进行FFT(快速傅立叶变换)，从而获得2～6M信号各频率的能量大小，实现对列车环境干扰度的测量。

本发明对列车环境干扰度的测试采用的是处理器单元+高速AD采集分析的方案，但不限于此，作为该方案的变形，可以采用功率计或者频谱仪等其他具备射频信号分析的仪器设备。

实施例四多车同时检测

优选的，本发明的库检系统方案包括多车同时检测。在部署的时候可以在车库的每一条股道上都部署一套轨旁设备(轨旁处理中心、接收单元、机车识别单元)，当多列列车通过不同股道同时出入库的时候，每条股道上的轨旁设备都可以对该股道上的列车进行独立的检测，互相之间不会有影响。BTM检测服务器通过列车的机车号对测试结果进行区分管理。多车的同时检测解决了电务人员人工检测时必须逐个登车产生的作业时间，极大的提高了电务人员的检修效率。

本发明提供的方法不仅极大的提高现场作业人员的作业效率，更是极大的提高了测试结果的准确性，相比于现有的测试方法，本发明测试的更加的快捷、准确、高效。列车入库后，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设备的整个工作情况，只有当检测到设备故障时才需登车排查故障原因。该系统可以在列车出入库的时候自动启动测试，并可以根据测试结果实现对BTM性能变化趋势的长期监测，可以根据BTM性能变化趋势给出性能预判，可以在故障发生前就对设备进行检修，从而极大的降低BTM设备的故障率。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。

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 (10)

1.一种BTM库检系统，其包括轨旁处理中心、接收单元、机车识别单元、BTM检测服务器和数据终端；

所述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获得的数据；

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，所述接收单元包括用来测试环境噪声的接收天线及接收BTM天线发射的射频信号的接收天线，可基于谱分析技术对BTM进行出入库检测，当列车从所述接收单元上经过的过程中，完成对BTM天线能量、频率的测试及列车环境干扰度的测量。

2.根据权利要求1所述的BTM库检系统，其特征在于，所述接收单元包括第一接收天线、第二接收天线以及高度计；其中第一接收天线为27M天线，负责对BTM天线发射能量的接收；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；高度计用于测量BTM天线高度值，该高度值为BTM天线距离应答器的高度值，该高度计可为激光测距模块、超声波测距模块或者是其他具备测距能力的模块。

3.根据权利要求1所述的BTM库检系统，其特征在于，列车通过接收单元时，轨旁处理中心实时比较采集到的能量值，接收单元检测到能量变化曲线，其中能量最大的时刻就是BTM天线在接收单元正上方的时刻。

4.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；优选地，通过RFID读取器获取电子标签里的机车信息；

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。

5.根据权利要求1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、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；

轨旁处理中心通过所述远程通信单元实现与BTM检测服务器的通信，通过27M信号接收与处理单元对BTM天线信号进行周期性采集分析实现对BTM天线能量及频率的测量，通过环境噪声接收与处理单元对BTM天线周围的环境噪声进行测量，通过高度测量单元实现对BTM天线高度的测量。

6.根据权利要求5所述的BTM库检系统，其特征在于，所述BTM库检系统通过所述处理器单元结合高速AD采集分析的谱分析技术完成对BTM天线的各项性能测试，也可以采用频谱仪等其他具备射频信号分析的仪器设备完成谱分析。

7.根据权利要求5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可以是有线通信，也可以是4G、5G、Wifi、Zigbee或其他形式的无线通信。

8.根据权利要求6所述的BTM库检系统，其特征在于，当所述轨旁处理中心通过接收单元检测到机车驶出检测区域后，会启动对测试数据的谱分析处理，并将谱分析结果上传至BTM检测服务器，BTM检测服务器对其进行判定，并将判定结果推送至数据终端。

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天线性能降低或BTM天线周围电磁环境噪声过大时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1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，优选地查询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。