CN110758414A - 一种轨道交通车辆控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通智慧运维技术领域，公开了一种轨道交通车辆控制系统及控制方法，其中，控制系统包括设置于车辆子系统中的测量仪器，用于检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；高并发数据采集模块，用于采用约定的协议采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；数据存储模块，用于存储反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据；PHM诊断模块，用于根据反映每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障；综合监控展示模块，用于展示PHM诊断模块的预测结果。上述实施例中，实现了对车辆子系统的统一管理，能够及时有效的发现设备故障，从而统筹决策。

Description

一种轨道交通车辆控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通智慧运维技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆控制系统及控制方法。

背景技术

随着国内城市化和城镇化建设快速发展的大背景下，以地铁为代表的城市轨道交通可以有效缓解城市拥堵、节能环保、舒适方便、提高出行质量，在此背景下城市轨道交通行业近年来得到快速发展。地铁是一个相对独立的交通系统，其运行环境比较复杂，覆盖区域广泛，包括转向架子系统、空调子系统、车门子系统以及受电弓子系统等，其所包含的系统繁多而且相对开放，在日常运行过程中容易受到湿度、温度、内部环境等因素的影响，一旦出现故障，则对整个列车的可靠性、可用性、可维修性以及安全性都带来很大的影响。

传统轨道交通车辆管理系统中，各个子系统相对独立，自成一体，不利于信息交互，容易形成信息孤岛，不利于监控人员进行全局信息监控、统筹决策。

发明内容

本发明提供一种轨道交通车辆控制系统及控制方法，用于监测各车辆子系统的运行状态，对整车进行统筹管理。

本发明实施例提供了一种轨道交通车辆控制系统，包括：

设置于车辆子系统中的测量仪器，用于检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

高并发数据采集模块，用于采用约定的协议采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

数据存储模块，用于存储反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据；

PHM诊断模块，用于根据反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统发生的故障；

综合监控展示模块，用于展示所述PHM诊断模块的预测结果。

上述实施例中，通过高并发数据采集模块实时采集多个列车的多个车厢中反映转向架、车门、空调、受电弓子系统的运行状况的指标的实时数据，并统一进行保存；基于数据库中这些反映各车辆子系统运行状况的指标的实时数据和历史数据，通过PHM诊断模块预测各车辆子系统可能出现的故障，最后通过综合监控展示模块展示PHM诊断模块的预测结果，从而对整个车辆进行监控，便于工作人员进行统筹决策。

可选的，所述PHM诊断模块，用于根据所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障具体为：

所述PHM诊断模块针对所述每个车辆子系统可能出现的故障，获取与所述故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若所述指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断所述指标出现异常；

若与所述故障相关的多个指标均出现异常，则将所述故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

可选的，所述综合监控展示模块还用于展示反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息。

可选的，还包括健康管理模块，用于根据反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息预测对应车辆子系统当前的运行状况。

可选的，所述数据存储模块包括缓存数据库以及关系数据库，其中：

所述缓存数据库用于存储实时数据以及设定时间内的历史数据；

所述关系数据库用于存储超出设定时间的历史数据；

还包括控制模块，用于周期性的将采集到的实时数据存储到所述缓存数据库中，并将所述缓存数据库中超出设定时间的历史数据存储到关系数据库中。

可选的，所述关系数据库包括主库以及至少一个从库，所述主库用于写数据，所述至少一个从库用于读数据。

可选的，所述缓存数据库采用Redis数据库，所述关系数据库采用MySQL数据库。

可选的，所述数据存储模块以数据类型、车辆子系统为边界采用分库分表策略存储数据。

可选的，还包括API接口调用模块，用于为所述每个车辆子系统提供与数据库交互的接口。

可选的，所述约定的协议为Http、Mqtt、Tcp、Ftp中的任一种协议。

本发明实施例还提供了一种轨道交通车辆控制方法，该方法包括：

通过设置在车辆子系统中的多个测量仪器检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

存储反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据以及历史数据；

根据反映所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障；

将预测的故障信息输出。

上述实施例中，通过采集多个列车的多个车厢中反映转向架、车门、空调、受电弓子系统的运行状况的指标的实时数据，并将这些数据统一进行存储；基于数据库中这些反映各车辆子系统运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测各车辆子系统可能出现的故障，最后将预测的故障信息输出，以在web端以及移动端进行展示，从而实现了对整个车辆进行监控，便于工作人员进行统筹决策。

可选的，所述根据反映所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障具体为：

针对所述每个车辆子系统可能出现的故障，获取与所述故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若所述指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断所述指标出现异常；

若与所述故障相关的多个指标均出现异常，则将所述故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

可选的，针对每个出现异常的指标，输出所述指标的异常信息以及所述指标对应的测量仪器的位置信息。

可选的，根据存储的与所述车辆子系统可能发生的故障对应的解决方案，获取与预测的车辆子系统将发生的故障相对应的解决方案。

附图说明

图1为本发明实施例提供的轨道交通车辆控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的空调PHM诊断模块的原理示意图。

附图标记：

10-高并发数据采集模块

20-数据存储模块30-PHM诊断模块

40-综合监控展示模块

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种轨道交通车辆控制系统，将各个车辆子系统的运行状态统一展示在综合展示平台上，便于工作人员进行统筹管理。

具体的，该轨道交通车辆控制系统包括：

设置于车辆子系统中的测量仪器，用于检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

高并发数据采集模块，用于采用约定的协议采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

数据存储模块，用于存储反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据；

PHM诊断模块，用于根据反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统发生的故障；

综合监控展示模块，用于展示PHM诊断模块的预测结果。

上述实施例中，通过高并发数据采集模块实时采集多个列车的多个车厢中反映转向架、车门、空调、受电弓子系统的运行状况的指标的实时数据，并统一进行保存；基于数据库中这些反映各车辆子系统运行状态的检测数据，通过PHM诊断模块预测各车辆子系统可能出现的故障，最后通过综合监控展示模块展示PHM诊断模块的预测结果，从而对整个车辆进行监控，便于工作人员进行统筹决策。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的轨道交通车辆控制系统的组成以及原理，现结合附图进行详细的描述。

如图1所示，该轨道交通车辆控制系统包括设置于每个车辆子系统中的多个测量仪器，用于检测反映每个车辆子系统的运行状况的多个指标，测量仪器包括多种传感器、如温度传感器、压力传感器，用于采集温度、压力信息，还包括摄像头，通过摄像头可以采集所需的图片、视频信息；还包括：高并发数据采集模块10，用于采用约定的协议采集每个车辆子系统中的多个指标的实时数据，具体的，该约定的协议可以为Http、Mqtt、Tcp、Ftp中的任一种协议，高并发数据采集模块10将多个列车的多个车厢的转向架、车门、空调、受电弓子系统通过Http、Mqtt、Tcp、Ftp中的任一种协议格式报文数据采集、解析、存储到数据库，所采集的数据包括数值、图片、视频、文档等信息；数据存储模块20，用于存储反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据；PHM诊断模块30，用于根据反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测每个车辆子系统出现的故障；综合监控展示模块40，用于展示PHM诊断模块30的预测结果，预测结果可以包括故障信息、故障地点、解决方案等，预测结果可以在web端以及移动端进行展示，以便于辅助运营人员进行维修决策。运营人员通过该轨道交通车辆管理系统实现了对车辆子系统的统一管理，能够及时有效的发现设备故障，从而进行统筹决策。

其中，PHM诊断模块可以通过以下方式预测对应车辆子系统出现的故障：

PHM诊断模块针对每个车辆子系统可能出现的故障，获取与故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断指标出现异常；

若与故障相关的多个指标均出现异常，则将故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

PHM诊断模块在预测故障时，还可以针对每个车辆子系统可能出现的故障，通过判断与故障相关的指标的实时数据以及历史数据是否满足预设的条件来预测可能出现的故障。

在预测出车辆子系统将出现的故障后，可以根据存储的与该车辆子系统可能出现的故障对应的解决方案，获取与预测的车辆子系统将出现的故障相对应的解决方案，则可以在综合监控展示模块展示出所预测的车辆子系统将出现的故障以及解决方案，以便于维修人员进行参考。除故障的类型、解决方案等信息外，综合监控展示模块还用于展示反映每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息以及该指标对应的测量仪器的位置信息，通过监控这些指标是否异常，可以更直观的了解该车辆子系统的运行状况。

另外，该系统还包括健康管理模块，健康管理模块用于根据反映每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息预测对应车辆子系统当前的运行状况。如根据车辆子系统中有哪些指标发生了异常，这些指标对车辆子系统的运行的影响程度等来预测对应车辆子系统的运行状况，通过评估当前状态偏离正常状态的程度，提供适时的维修，将定期维修变为状态修。

上述PHM诊断模块以及健康管理模块都基于所采集的各车辆子系统中反映运行状况的指标的实时数据以及历史数据，为了减少数据库负载压力，提高系统读写性能，数据存储模块20包括缓存数据库以及关系数据库，缓存数据库用于存储实时数据以及设定时间内的历史数据，关系数据库用于存储超出设定时间的历史数据，其中，控制模块周期性的将采集到的实时数据存储到缓存数据库中，并将缓存数据库中超出设定时间的历史数据存储到关系数据库中。PHM诊断模块30可以从缓存数据库中直接获取反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据以及历史数据，结合各车辆子系统的典型故障规则知识库智能化判断当前的转向架、空调、车门、受电弓可能出现的故障、故障的原因以及检修方案，这样，通过直接调用缓存中的数据，减少了磁盘操作，降低了访问时延，提高了系统的响应速度；或者，PHM诊断模块30也可以同时从缓存数据库以及关系数据库中获取每个车辆子系统中的多个指标的实时数据以及历史数据，结合各车辆子系统的典型故障规则知识库智能化判断当前的转向架、空调、车门、受电弓可能出现的故障、故障的原因以及检修方案。关系数据库包括主库和一个或多个从库，主库用于写数据，一个或多个从库完成读数据的操作，主从库之间可以实现数据的同步，通过读写分离提高数据的读写性能，使得读写操作互不影响，降低数据库负载压力。具体的，缓存数据库采用Redis数据库，关系数据库采用MySQL数据库。

进一步的，数据存储模块20分别以数据类型、车辆子系统为边界采用分库分表策略存储数据，其中，数据类型包括数值、图片/视频、文件/文档等，车辆子系统包括转向架子系统、车门子系统、空调子系统、受电弓子系统，通过分库分表存储策略进一步降低了数据库负载压力，缩短了查询时间。

该轨道车辆监控系统还包括API调用模块，API调用模块用于为每个车辆子系统提供与数据库交互的接口，通过统一管理转向架、空调系统、门系统、受电弓系统与数据库之间的API接口，便于调试以及系统维护，减少系统升级成本。

在一个具体的实施例中，该轨道交通车辆管理系统通过高并发数据采集模块10采集多个列车的多个车厢的转向架齿轮箱、轴箱、电机振动数据、温度数据、压力数据，采集多个列车的多个车厢的车门系统驱动电机参数(电流、转速、转角)、门控器输入输出信号、门控器自诊断信息，采集多个列车的空调机组通风机运行状态、压缩机压力值、蒸发器温度、冷凝器温度等参数，采集多个列车的受电弓弓网接触点热成像图片、弓网燃弧视频等数据；

其中，通过统一转向架、空调系统、门系统、受电弓系统API调用管理，降低各个子系统间的接口数量，便于系统维护，统一管理，减少运维成本；

在进行数据存储时，一方面，将数据分为热数据、冷数据，热数据存储到缓存数据库，冷数据持久化到MySQL数据库，MySQL数据库包括主库以及一个或多个从库，主库用于写数据，一个或多个从库完成读数据的操作，主从库之间可以实现数据的同步；另一发面，以数据类型、车辆子系统为边界采用分库分表策略存储数据，这样，通过对数据进行冷热分离、读写分离、分库分表操作降低了数据库负载压力，提高数据读写性能，方便上层应用查阅、调用；

基于数据库中存储的各车辆子系统的多个测量仪器所测得的数据，该轨道交通车辆管理系统通过PHM诊断模块30采用设定的算法预测每个车辆子系统可能出现的故障，具体的，PHM诊断模块30包括转向架PHM诊断模块、车门PHM诊断模块、空调PHM诊断模块、受电弓PHM诊断模块，其中，将转向架轴箱温度数据、环境监测数据、振动数据、冲击数据推送到转向架PHM诊断模块；将门系统驱动电机参数、门遥控器输入输出信号、门遥控自诊断信息数据推送到车门PHM诊断模块；将弓网接触电图片、视频、电压功率、温度数据推送到受电弓PHM诊断模块；将空调冷凝机运行状态、压缩机运行状态、冷凝器温度、电流、气压等数据推送到空调PHM诊断模块，各个子系统的PHM诊断模块通过对应的典型故障规则知识库智能化判断当前是否产生了故障、故障的原因以及检修方案，将预测结果及时推送到综合监控展示平台进行展示，并保存到PHM诊断结果数据库，用于辅助运维人员检修、参考决策。

PHM诊断模块在预测故障时，通过判断反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据是否满足预设的条件来预测可能出现的故障，在一个具体的实施例中，如图2所示，该模块用于判断制冷剂是否发生泄露，具体步骤如下：

步骤一：开始检测判断空调是否处于运行状态(空调处于运行状态，信号为1；空调处于关闭状态，信号为0)，如果空调运行进行step2，否从step1开始；

步骤二：条件1、判断机组1系统1低压压力是否大于0，判断机组1系统1低压压力是否大于0.5bar小于6bar；

条件2、机组1压缩机1运行状态为0(压缩机1处于关闭状态)；

A：持续100s内满足条件2，并且100s内存在30s满足条件1；

条件3、判断机组1系统1低压压力是否小于等于0.5bar；

条件4、机组1压缩机1运行状态为1(压缩机1处于打开状态)；

B：持续120s内满足条件4，并且120s内存在10s满足条件3；

A或B有一项成立进入步骤三，否从步骤一开始；

步骤三：持续100s满足步骤一，且满足步骤二中的A；或持续120s满足步骤一，且满足步骤二中的B，即可得出空调制冷剂泄漏。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的轨道交通车辆控制系统通过高并发数据采集模块采集不同列车各个车辆子系统中多个测量仪器所测得的数据，并通过冷热分离、读写分离、分库分表策略存储数据，降低了数据库负载压力，提高数据读写性能，基于所获得的数据，通过PHM诊断模块预测各车辆子系统可能出现的故障，最后通过综合监控展示平台展示PHM诊断模块的预测结果，从而对整个车辆进行监控，便于工作人员进行统筹决策。

本发明实施例还提供了一种轨道交通车辆控制方法，该方法包括：

通过设置在车辆子系统中的多个测量仪器检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

存储反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据以及历史数据；

根据反映每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障；

将预测的故障信息输出。

其中，具体可以通过以下方式预测对应车辆子系统出现的故障：

针对每个车辆子系统可能出现的故障，获取与故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断指标出现异常；

若与故障相关的多个指标均出现异常，则将故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

或者，还可以针对每个车辆子系统可能出现的故障，通过判断与故障相关的指标的实时数据以及历史数据是否满足预设的条件来预测可能出现的故障。

在预测出车辆子系统将出现的故障后，可以根据存储的与该车辆子系统可能出现的故障对应的解决方案，获取与预测的车辆子系统将出现的故障相对应的解决方案，则可以输出所预测的车辆子系统将出现的故障以及解决方案，以便于维修人员进行参考。除故障的类型、解决方案等信息外，还可以输出反映每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息以及该指标对应的测量仪器的位置信息，通过监控这些指标是否异常，可以更直观的了解该车辆子系统的运行状况。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的轨道交通车辆控制方法通过采集多个列车的多个车厢中反映转向架、车门、空调、受电弓子系统的运行状况的指标的实时数据，并将这些数据统一进行存储；基于数据库中这些反映各车辆子系统运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测各车辆子系统可能出现的故障，最后将预测的故障信息输出，以在web端以及移动端进行展示，从而实现了对整个车辆进行监控，便于工作人员进行统筹决策。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种轨道交通车辆控制系统，其特征在于，包括：

设置于车辆子系统中的测量仪器，用于检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

高并发数据采集模块，用于采用约定的协议采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

数据存储模块，用于存储反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据；

PHM诊断模块，用于根据反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障；

综合监控展示模块，用于展示所述PHM诊断模块的预测结果。

2.如权利要求1所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述PHM诊断模块，用于根据所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障具体为：

所述PHM诊断模块针对所述每个车辆子系统可能出现的故障，获取与所述故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若所述指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断所述指标出现异常；

若与所述故障相关的多个指标均出现异常，则将所述故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

3.如权利要求2所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述综合监控展示模块还用于展示反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息。

4.如权利要求2所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，还包括健康管理模块，用于根据反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的异常信息预测对应车辆子系统当前的运行状况。

5.如权利要求1所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述数据存储模块包括缓存数据库以及关系数据库，其中：

所述缓存数据库用于存储实时数据以及设定时间内的历史数据；

所述关系数据库用于存储超出设定时间的历史数据；

还包括控制模块，用于周期性的将采集到的实时数据存储到所述缓存数据库中，并将所述缓存数据库中超出设定时间的历史数据存储到关系数据库中。

6.如权利要求5所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述关系数据库包括主库以及至少一个从库，所述主库用于写数据，所述至少一个从库用于读数据。

7.如权利要求5所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述缓存数据库采用Redis数据库，所述关系数据库采用MySQL数据库。

8.如权利要求1所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述数据存储模块以数据类型、车辆子系统为边界采用分库分表策略存储数据。

9.如权利要求1所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，还包括API接口调用模块，用于为所述每个车辆子系统提供与数据库交互的接口。

10.如权利要求1所述的轨道交通车辆控制系统，其特征在于，所述约定的协议为Http、Mqtt、Tcp、Ftp中的任一种协议。

11.一种轨道交通车辆控制方法，其特征在于，包括：

通过设置在车辆子系统中的多个测量仪器检测反映对应车辆子系统的运行状况的指标；

采集反映每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据；

存储反映所述每个车辆子系统的运行状况的指标的实时数据以及历史数据；

根据反映所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障；

将预测的故障信息输出。

12.如权利要求11所述的轨道交通车辆控制方法，其特征在于，所述根据反映所述每个车辆子系统中的运行状况的指标的实时数据和历史数据，采用设定的算法预测对应车辆子系统出现的故障具体为：

针对所述每个车辆子系统可能出现的故障，获取与所述故障相关的多个指标的实时数据以及历史数据；

将每个指标的实时数据与对应的历史数据进行比对，若所述指标的实时数据处于对应的历史数据的正常范围之外，则判断所述指标出现异常；

若与所述故障相关的多个指标均出现异常，则将所述故障判定为对应车辆子系统将出现的故障。

13.如权利要求12所述的轨道交通车辆控制方法，其特征在于，还包括：

针对每个出现异常的指标，输出所述指标的异常信息以及所述指标对应的测量仪器的位置信息。

14.如权利要求11所述的轨道交通车辆控制方法，其特征在于，还包括：

根据存储的与所述车辆子系统可能发生的故障对应的解决方案，获取与预测的车辆子系统将发生的故障相对应的解决方案。

Images