CN112362908A - 高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法及系统，故障检测方法包括：分别获取大风防灾监测系统中的两台风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。该故障检测方法及系统能够快速、准确、可靠地对高速铁路大风防灾监测系统中风速仪故障进行检测，实现风速仪故障的精确定位。

Description

高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法及系统
技术领域
本发明涉及高速铁路大风防灾监测系统技术领域，具体而言，涉及一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法及系统。
背景技术
随着我国高速铁路的进一步延伸，高速行驶的列车面临着各种恶劣风环境的威胁，例如在东南沿海地区的强台风，西部山区峡谷的切变风等。高铁沿线大风防灾监测系统是保障高速列车行车安全的重要技术手段，它的实时、持续、稳定、可靠运行对列车的行车安全有重要意义。
自大风防灾系统建成运行以来，尽管故障率非常低，但仍会影响列车运行。网络故障、风监测设备故障是风监测系统的主要故障。其中，网络故障的原因主要是网络间歇性故障和网络不通；风监测设备故障的原因主要有以下三类：风速风向计故障、数据防雷模块故障和传输单元故障。
目前，大风防灾监测系统数据的有效性和可靠性缺乏有效的控制手段，如何进行选择和取舍、如何判断数据的真实有效性，目前的手段还十分单一。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高速铁路大风防灾监测系统的故障检测方法及系统，该故障检测方法及系统能够快速、准确、可靠地对高速铁路大风防灾监测系统中风速仪故障进行检测，实现风速仪故障的精确定位。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，包括：
分别获取大风防灾监测系统中的两台风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
进一步地，还包括：
将一个检测周期等分为多个时间段，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，还包括：
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
进一步地，还包括：
判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，还包括：
计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，还包括：
根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
根据本发明另一方面，提供了一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测系统，该故障检测系统包括：
数据获取模块，用于获取大风防灾监测系统中的风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；
数据处理及报警模块，用于将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间，分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
进一步地，数据处理及报警模块，还用于：
将一个检测周期等分为多个时间段，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，数据处理及报警模块，还用于：
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
进一步地，数据处理及报警模块，还用于：判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，数据处理及报警模块，还用于：计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
进一步地，数据处理及报警模块，还用于：根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法及系统，可识别高速铁路大风防灾监测系统运行过程中包括数据异常、数据缺失、数据漏采等故障，该故障检测方法及系统稳健可靠，无病态问题，运行效率高，可实时报警，可实现故障的精确定位。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的故障检测方法的流程图。
图2为高速铁路大风防灾监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。
参见图1，一种本发明实施例的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，高速铁路大风防灾监测系统的结构如图2所示，其中包括两台风速仪。该故障检测方法包括以下步骤：以0时刻为起点，每10分钟作为一个检测周期；获取大风防灾监测系统中的风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，此时发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；然后分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
正常情况下，同测点的两台风速仪在同一时间节点所测得的瞬时风速值是非常接近的，当其中某台风速仪出现故障时，通过上述方法对比两台风速仪在同一时间节点时的瞬时风速差值可以检测出故障。该高速铁路大风防灾监测系统的故障检测方法，能够快速、准确、可靠地对高速铁路大风防灾监测系统中风速仪故障进行检测，实现风速仪故障的精确定位。
进一步地，该故障检测方法还包括：将一个检测周期等分为多个时间段(如30秒)，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
平均风速值是表示一段时间内风特征的尺度之一，反映的是一段时间内风速值的平均值，若风速仪发生故障，可以平均风速值差值中得到很好的体现。本发明进一步通过上述方法比较相邻时间段内的平均风速值差值，能够更加准确、可靠地对高速铁路大风防灾监测系统中风速仪故障进行检测。
在本实施例中，该故障检测方法还包括：将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；然后分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
正常情况下，同测点的两台风速仪在同一时间节点所测得的平均风速值是非常接近的；当某台风速仪出现故障，但是此台风速仪数据自检并未检测出故障的时候，通过上述的方法对比两台风速仪的平均风速值差值也可以检测出故障，并且进一步分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，可以确定出具体出现故障的风速仪。通过上述的方法，可以起到互相补充的作用，使故障检测更加准确、可靠。
在本实施例中，该故障检测方法还包括：判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
在风速仪发生故障时会出现数据漏采的情况，此时风速仪采集的瞬时风速值数值为0，通过判断“连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0”可以判定风速仪故障为数据漏采，可以根据故障类型采取针对性的措施。
在本实施例中，该故障检测方法还包括：计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
瞬时风速值标准差反应的是一段时间内瞬时风速值的数据离散程度，若风速仪发生故障，通过分析其瞬时风速标准差可以准确地识别。通过采用上述方法，进一步提高了高速铁路大风防灾监测系统中风速仪故障检测的准确性和可靠性。
进一步地，在本实施例中，该故障检测方法还包括：根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
通过采用上述的检测周期内风的湍流度的方法，可以与其他检测指标一起起到互相补充的作用，进一步提高风速仪故障检测的准确性和可靠性。风速仪的瞬时风速值、一段时间内的平均风速值、瞬时风速值连续为0、瞬时风速值标准差、湍流度等均为表示一段时间内风特征的尺度。本发明通过多尺度对比，各个自检尺度之间互相补充，可以最大程度地确保风速仪故障可以被准确识别，各个尺度为互相补充的关系。
本发明还提供了一种与上述高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法相对应的故障检测系统，该故障检测系统包括数据获取模块和数据处理及报警模块，该数据获取模块与数据处理及报警模块相连接。其中，数据获取模块用于获取大风防灾监测系统中的风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；数据处理及报警模块，用于将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，此时发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；然后分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
将一个检测周期等分为多个时间段，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
总体而言，本发明的高速铁路大风防灾监测系统的故障检测方法及系统，通过瞬时风速值、一段时间内的平均风速值、瞬时风速值连续为0、瞬时风速值标准差、湍流度等多个尺度进行对比，各个自检尺度之间互相补充，可以最大程度地确保风速仪故障可以被准确地识别。该故障检测方法及系统可识别高速铁路大风防灾监测系统运行过程中包括数据异常、数据缺失、数据漏采等故障；该故障检测方法及系统稳健可靠，无病态问题，运行效率高，可实时报警，可实现故障的精确定位。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，包括：
分别获取大风防灾监测系统中的两台风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
2.根据权利要求1所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，还包括：
将一个检测周期等分为多个时间段，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
3.根据权利要求2所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，还包括：
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
4.根据权利要求1所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，还包括：
判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
5.根据权利要求1所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，还包括：
计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
6.根据权利要求1所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测方法，其特征在于，还包括：
根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
7.一种高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测系统，其特征在于，所述故障检测系统包括：
数据获取模块，用于获取大风防灾监测系统中的风速仪在一个检测周期内多个时间节点时所测得的瞬时风速数据；
数据处理及报警模块，用于将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间节点时所测得的瞬时风速数据进行比较，当同一时间节点时两台风速仪所测得的瞬时风速值的差值超过设定值时，则两台风速仪中至少有一台出现故障，发出两台风速仪瞬时风速值差值超限报警，并提示故障发生时间，分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
8.根据权利要求7所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测系统，其特征在于，所述数据处理及报警模块，还用于：
将一个检测周期等分为多个时间段，每个时间段包括多个时间节点，计算每个时间段内大风防灾监测系统中的风速仪测得的平均风速值，比较相邻时间段内的平均风速值，当相邻时间段内的平均风速值差值超过设定值时，发出风速平均值差值超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
9.根据权利要求8所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测系统，其特征在于，所述数据处理及报警模块，还用于：
将大风防灾监测系统中的两台风速仪在同一时间段内的平均风速值进行比较，当两台风速仪在同一时间段内的平均风速值差值超过设定值时，则至少有一台风速仪出现故障，发出两台风速仪平均风速值差值超限报警，并提示故障发生时间；
分别将两台风速仪所测得的瞬时风速数据与相应风速仪的历史数据进行对比，确定具体出现故障的风速仪。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的高速铁路大风防灾监测系统中风速仪的故障检测系统，其特征在于，
所述数据处理及报警模块，还用于：判断大风防灾监测系统中的一台风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值是否为0，当该风速仪测得的连续多个时间节点的瞬时风速值为0时，该风速仪出现数据漏采故障，发出数据漏采报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间；
所述数据处理及报警模块，还用于：计算一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值标准差，判定其离散特性，当标准差值超过设定值时，发出标准差超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间；
所述数据处理及报警模块，还用于：根据一个检测周期内风速仪所有时间节点上的瞬时风速值，计算此检测周期内风的湍流度，当湍流度超过设定值时，发出湍流度超限报警，提示该风速仪发生故障及故障发生时间。
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