CN112532749A - 一种轨道工程车辆智能运维系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道工程车辆智能运维系统，通过监控轨道工程车各主要关键部件健康状态，故障诊断和寿命预测，精确指导维修。本系统主要结构有三部分：云端运维层、雾端运维层和物端运维层。通过轨道工程车在线监测与诊断主机、传感器等实时监测运行工程车数据并汇总至铁路局智能运维中心，依据运维系统实时报警和健康指数以及维护建议有效安排工作。本发明的有益效果在于：实现了轨道工程车从设备生产、运用调度、维护保养、故障诊断等环节的数据互通共享以及各部门综合协调合作运维，解决以往铁路各专业间的信息壁垒问题，构建一个整体协同的智能运维系统，以提高轨道工程车的运维效率。

Description

一种轨道工程车辆智能运维系统

技术领域

本发明涉及用于对轨道工程车故障预测和指导运行维护的一种新技术方法及系统，尤其涉及一种轨道工程车辆智能运维系统。

背景技术

我国幅员辽阔，铁路运输是我国交通运输的主力。随着经济的腾飞，铁路运输事业突飞猛进。到2020年，全国铁路营业里程约15万公里，庞大的铁路体系导致铁路工务系统运维工作也压力繁重。以铁路系统为例，一般有工务段、高铁段、大修段、大机运用检修段、综合段等。有的局大修段跟大机段是一个段叫工务机械段，如郑州、呼和工务机械段，工电大修段（工务电务大修）大机运用检修段等等。工务段、高铁段、综合段这些单位是设备管理单位。工务机械段、大修段、大机段是做大维修施工的以上这些机构都有不同专业的轨道工程车。铁路上的工程车分属工务段、供电段、大型养路机械运用检修段（大机段）和工务大修段，主要负责铁路线路日常检查、铁路接触网施工和维修、晃车检测、更换铁轨、清筛作业（整理道床道砟）、打磨钢轨等，保证铁路运输的安全。按照工程车功能分类有：调车机车、轨道车、接触网作业车、钢轨打磨车、综合检测车、桥梁检测车等等。目前工程车以内燃机车为主，工程车型号多，特种作业车逐步增多，且各种型号保有量小。现有工程车的特点就导致维修保养工作极为复杂，部件繁多，故障来源往往需要大量时间的排查工作。而工程车专业人员配备上明显呈现专业技能不强，维修保养意识不足的特点，许多维修工程车的人员并没有对工程车具备一定的特征认知，而是按照基础的经验，采用与其它机车一样的标准进行维修，往往出现许多错误。

综上所述，现在迫切需要一种能提高轨道工程车维护检修效率、降低劳动成本的先进的运维方法。轨道工程车辆智能运维系统能有效提高轨道工程车运维工作效率，准确定位工程车故障。故障预测与健康管理更是能让工程车使用单位和设备厂能全方位掌控轨道工程车各系统健康情况，及时合理安排轨道工程车维修维护，确保轨道作业高效完成，保障作业人员生命安全，延长轨道工程车寿命。

发明内容

为了克服目前轨道工程车运维能力的不足，本发明目的在于提供一套轨道工程车从生产管理到运用维修的全过程智能化指导的系统。

本发明的技术方案是：系统由三大部分构成，简要如下：（1）云端运维层；（2）雾段运维层；（3）物端运维层。

本系统旨在通过物端运维层的各监测装置包括但不仅限于：动力系统单元、弓网检测单元、主变压器单元、主变流器单元、电源开关单元、电气控制单元、牵引电机单元、齿轮轴承单元、轮轨踏面单元、空气管路单元等诊断单元等，进行综合分析指导运维。结合大数据分析以及广域网络，通过健康评估和故障预测，做出最经济，最可靠，节省时间空间的决策。进而安排工程车维修维护，改进生成工艺，研究新方法新技术，挖掘故障隐患，评估部件健康程度，给出各部件预计寿命。

本发明中，所述的物端运维层以每列轨道工程车为单位设置一台车载在线监测与诊断主机，各单元主要由传感器和诊断分机或工程车既有诊断单元构成。首先由传感器采集到数据，诊断分机做出诊断，实时将详细数据以及报警信息传输到车载在线监测与诊断主机上，车载在线监测与诊断主机接收到数据后对数据进行分类存储发送，其中实时数据包括各监测装置监测的状态信息实时传送，各监测装置记录的连续信号数据保存在监测主机的存储盘内，最后当工程车返回车站或维修库内时，车载在线监测主机连接到车站内的广域网后将详细的各监测装置数据传输给上级智能运维系统。物端运维层主要负责监测装置的维护，确保监测装置采集数据完好及时，其次物端运维层还应结合上级系统提供的运维终端，利用云端运维层大数据运维中心分析结果，针对性的对工程车进行维修维护。

本发明中，所述的雾段运维层具承上启下作用，一方面整合各轨道工程车数据上传到云端服务器，另一方面从大数据智能运维中心的云端服务器获取相应的功能；雾段运维层包含但不仅限于目前现有的18个铁路局集团公司。每个单位下又包含下属所有的机械段及轨道机械车队和轨道工程车段等机构，以单个铁路局智能运维子系统为例，其下包括各个段级子系统；铁路局智能运维子系统通过广域网与云端大数据智能运维中心连接，各个工程车上监测主机将各自监测到的l列轨道工程车实时状态信息、报警信息等其它信息传输到智能运维子系统，在管理终端的支持下智能运维子系统实现对轨道工程车监控并进行有效调控与引导、实现对轨道工程车运行状况管理，合理调配轨道工程车维修。雾段运维层完成对X个铁路局智能运维子系统的运行轨道工程车实时监测信息的综合处理、分类存储、特征信息筛选后上传到云端大数据智能运维中心，同时接收来自云端大数据智能运维中心的分析结果、决策信息和预警预测信息以指导各段运维工作开展，由各段轨道工程车运维终端安排完成相应的调度、检修和维护工作。

本发明中，所述的大数据智能运维中心由具有强大数据处理能力云端服务器阵列组成，用于收集、处理、分析、存储来自各铁路局集团公司的铁路局智能运维子系统的监测数据，通过广域网与X个智能运维子系统、Y个设备厂终端、Z个运维终端连接；大数据智能运维中心在X个局级智能运维子系统的支持下对实时监测数据和运维中间数据进行实时状态分析、远程专家诊断、运行设备健康状况评估，接着更新运维知识库、轨道工程车履历以获得智能诊断模型来实现系统智能故障诊断，进而得到运行设备状态的日报、周报和月报，在此基础上进行设备寿命预测和运维决策，X个局级智能运维子系统充分利用大数据智能运维中心的分析和运维知识库建立运维决策，以得出指导各铁路机械段运维的最优运维方案，各个终端可访问云端智能子智能运维中心；依据需求不同，其中智能运维终端功能包括：实时状态、故障分析、专家诊断、健康评估、寿命预测、运维决策、阶段分析等；设备厂终端功能有：数据统计、隐患挖掘、产品改进；铁路机械段主要是利用轨道工程车运维终端获得轨道工程车调度安排、维修安排、数据管理等。实时获取轨道工程车运行状态，及时合理的安排维修，与原有的维修系统可以紧密结合，最大限度的确保行车安全情况下，合理的维修；另外设备厂可依据数据对故障进行大数据研究，择优选用配件，改进生成工艺，提供维保服务。

本发明的有益效果是，实现了轨道工程车从设备生产、运用决策、维护保养、故障诊断、等环节的数据互通共享。解决以往运维系统的信息孤立问题，构建一个可靠的智能运维系统。更全面反映了轨道工程车的状态以及更加可靠地建立数据模型，实现各系统之间数据互通共享、优化资源配置以及实现智能运维系统的闭环优化与更新，确保轨道工程车安全、高效运行。

附图说明

图1是本发明实施例的总体拓扑结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；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。

图1是本发明实施例的总体拓扑结构图。为解决以往运维系统的信息孤立问题，本发明采用的轨道工程车辆智能运维系统包括云端运维层、雾端运维层、物端运维层，是一个三级递阶结构的智能系统；其中，物端运维层以每个列工程车为单位设置由1个列车在线监测主机与网关、m个监测装置、n个传感器组成的列车在线监测系统，通过无线广域网或无线局域网与铁路机械段运维分系统连接，列车在线监测主机与网关通过多个监测装置及其连接的传感器多维度采集轨道工程车运行中各关键零部件的在线状态信息并进行实时故障诊断后发送到机械段运维分系统，机械段运维分系统在通过广域网上传至局级智能运维子系统。物端运维层的检测装置为轨道工程车运行的实时状态监测、故障诊断和预警提供数据支持。本发明的列车在线监测主机与网关采用无线网络通信，本发明的列车在线监测主机与网关在铁路机械段运行时采用无线广域网通信，回到车库时采用无线局域网通信。雾端运维层是基于各铁路局管理结构，通过广域网与云端大数据智能运维中心连接，通过既有内部网络与各局级智能运维子系统连接，铁路机械段运维子系统通过局域网连接铁路轨道工程车运维终端。工务、电务、供电、调度中心等管理信息通过广域网或城域网连接到轨道工程车智能运维子系统。在铁路机械段等段运维终端的支持下完成各铁路机械段轨道工程车的运营调度、实时状态、故障诊断、检修维护等工作，然后将各段属轨道工程车诊断信息和维护信息接入云端服务器。云端运维层是轨道工程车辆智能运维系统的大数据智能运维中心，与各铁路局智能运维子系统、轨道工程车运维终端、设备厂终端连接。大数据智能运维中心收集、处理、分析、存储来自各铁路局轨道工程车智能运维子系统的、用于智能运维支撑的实时监测数据，在系统运维终端的支持下对实时监测数据进行分类挖掘、实时状态分析、故障趋势预测并实现数据互通共享、交互式查询，同时将相关设备状态信息进行反馈到设备厂终端，设备厂通过对反馈信息统计分析完成对在线运行设备的隐患挖掘以改进技术及产品、优化运维管理。

本发明的轨道工程车辆智能运维系统采用三层运维层的结构，包括云端运维层、雾端运维层、物端运维层，系统首先通过各类传感器多维度采集轨道工程车各个系统和装置的监测信息，通过无线方式将信息统一汇总至各铁路机械段的子智能运维中心，为轨道工程车的故障诊断和预警提供数据支持，各铁路机械段运维分系统进行相应数据管理，完成状态检测、列车调度、设备维护和检修安排，然后各铁路机械段利用系统的传输网络接入对应铁路局的子智能子智能运维中心，将各铁路机械段监测和相关处理数据汇集至各局级智能运维中心，完成对各铁路局所属铁路机械段的轨道工程车数据的汇总存储以及相应的数据协议处理解析，最后将各铁路局所属铁路机械段的轨道工程车诊断信息和维护信息接入云端服务器，大数据中心对于各类故障信息收集、处理、分析、存储形成知识库，利用智能算法建立专家诊断系统进行推理判断和预测，对智能运维提供支撑，大数据智能运维中心实现数据互通共享，交互式查询，对各类故障的运维指导更加可靠，同时大数据中心将相关数据发送到设备厂终端，将相关诊断信息进行反馈，设备厂通过对反馈数据统计分析完成对运维中存在的各类隐患挖掘，从而考虑实现技术及产品方面的改进，优化运维管理和改进运维系统。

根据轨道工程车的运行管理模式，铁路机械段运维分系统由运行在同一铁路机械段上的l列轨道工程车的列车在线监测系统组成，每个列车在线监测系统包括1个列车在线监测主机与网关、m个监测装置，每个监测装置连接n个传感器；用于监测工程车状况的n个传感器包括速度传感器、振动传感器、冲击传感器、温度传感器、压力传感器、应变传感器、电压传感器、电流传感器，传感器拾取的多维度监测信号连接至通过现场总线与工程车在线监测主机连接的m个监测装置，经信号调理与采集、数据处理与特征信息提取后通过现场总线传输到列车在线监测主机，列车在线监测主机对m个监测装置的监测信息进行多源信息融合后得到轨道工程车运行实时状态参量、进而对列车运行关键部件故障进行预测和预警，接着通过与列车在线监测主机集成一体的网关以无线广域网或无线局域网方式把轨道工程车运行实时状态信息传输到铁路机械段运维分系统，在铁路轨道工程车运维终端的支持下铁路机械段智能运维子系统实现对铁路机械段运行轨道工程车的实时监测数据管理、实时状态显示与查询、列车运营调度、轨道工程车保养与维护、状态检修安排。

本发明的物端运维层即铁路机械段运维分系统，主要是通过速度传感器、振动传感器、温度传感器、压力传感器等多种传感器从多维度对轨道工程车装置零部件和牵引、制动等各个子系统在线数据进行采集，感知列车整体状况，实现对轨道工程车实时状态进行监测，通过无线方式将采集数据汇总到铁路机械段运维分系统，合理安排日常检修任务以及工务系统任务，同时将工程车运行相关信息在工程车操作室显示，供工程车操作人员参考判断，同时将所有监测信息反馈至铁路机械段运维分系统，及时进行列车调度工作，而且铁路机械段物端智能运维中心将从各局级智能运维中心接收到的预测和评估信息和故障信息等进行管理，及时完成对隐患或故障轨道工程车的检修安排，确保列车运行安全高效。

本发明采用在每个铁路局中设置轨道工程车智能运维子系统的技术方案，轨道工程车智能运维子系统是一个具承上启下作用的铁路局智能运维管理中心，通过局域网与轨道工程车运维终端连接，通过城域网与铁路机械段运维分系统连接，通过广域网与云端大数据智能运维中心连接；铁路机械段运维分系统将各自监测到的l列轨道工程车实时状态信息、运行区间各站点的客流及其它信息传输到轨道工程车智能运维子系统，在轨道工程车管理终端的支持下铁路局相关部门可依据分析结果、决策信息和预警预测信息综合调控下属各铁路机械段轨道工程车检修维护工作，并总体把握各型号轨道工程车故障和运行趋势，及时与设备厂沟通，做好新技术新方法的试验和使用；物端轨道工程车辆智能运维系统完成对铁路局或公司的轨道工程车实时监测信息的综合处理、分类存储、特征信息筛选后发送到云端大数据智能运维中心，同时接收来自云端大数据智能运维中心的轨道工程车健康状况监控，实现对铁路局轨道工程车运行状况总体管控以合理调控各铁路局之间协调维护指导各铁路局运维工作开展。

本发明的雾端运维层即铁路局轨道工程车辆智能运维系统，它将接收的各铁路机械段运维数据接到各个铁路局子智能运维中心，将各铁路机械段监测和相关处理数据汇集至各铁路局子智能运维中心后由各铁路局子智能运维中心统一管理。首先将接收到的各条铁路机械段不同的监测信息分类存储，对本层运维所有数据进行初步筛选分类处理，其次完成对各铁路局铁路机械段轨道工程车数据的综合处理以及相应的数据协议解析，保证统一的数据规范标准，把不同铁路局各类数据和多个不同系统的接入，同时将从云端服务器接收到的分析结果、决策信息和预警预测信息等以图形化界面、各类报表进行展示，以供各铁路局子智能运维中心参考，指导安排运维工作，并将诊断信息、预测信息以及健康评估信息等发送至各铁路机械段运维分系统，最后由各铁路机械段运维分系统安排完成相应安排和检修维护工作。

本发明的大数据智能运维中心由具有强大数据处理能力云端服务器阵列组成，用于收集、处理、分析、存储来自各铁路局轨道工程车智能运维子系统的实时监测数据，通过广域网与每个铁路局的轨道工程车智能运维子系统、Y个设备厂终端、Z个运维终端连接；大数据智能运维中心接收来自每个铁路局的轨道工程车智能运维子系统的实时监测数据和运维中间数据，在Z个运维终端的支持下对实时监测数据和运维中间数据进行实时状态分析、远程专家诊断、运行设备健康状况评估，接着更新运维知识库、轨道工程车履历以获得智能诊断模型来实现系统智能故障诊断，进而得到运行设备状态的日报、周报和月报，在此基础上进行设备寿命预测和运维决策，X个铁路局的轨道工程车智能运维子系统充分利用大数据智能运维中心的分析和运维知识库建立运维决策模型，以得出指导各铁路机械段运维的最优运维方案，同时大数据智能运维中心还对实时监测数据进行分类挖掘、故障趋势预测并实现数据互通共享、交互式查询以将相关设备状态信息进行反馈到Y个设备厂终端，Y个设备厂通过对反馈信息统计分析完成对在线运行设备的隐患挖掘以改进技术及产品、优化运维管理，为智能运维系统提供更可靠的保障。

本发明的云端运维层即大数据智能运维中心，借由其强大的数据处理能力完成对海量数据的分析挖掘，通过数据接收服务器接收各铁路局子智能运维中心的分析处理数据和监测数据，将其发送到数据处理服务器，而数据处理服务器将接收到的数据先进行预处理，同时对于异常数据进行检测，存储服务器将汇集的各铁路局运维分析处理数据、检修数据、检测数据以及轨道工程车履历数据等全方位数据分类存储记录，实现各铁路局间数据互通共享，其次，通过智能算法对数据进行挖掘、处理、分析，建立全面的云端运维知识库，获得智能诊断模型来完成故障诊断，同时对轨道工程车履历分析，实现对列车设备全寿命周期的健康状况进行科学管理，利用大数据推理分析建立运维决策模型，充分利用运维知识库中的领域知识，从中得出最优的运维方案，实现运维的智能决策，从而更好地指导运维，同时将相关故障信息和运维信息发送到设备厂，设备厂通过对隐患挖掘以及改进技术和产品，为智能运维系统提供更可靠的保障。依据以上所述的轨道工程车辆智能运维系统各级终端可以实现但不仅限于如下功能：报警信息，车载在线监测与诊断主机监测到轨道工程车部件报警信息，在工程车操作室显示，供工程车操作人员参考判断，同时将所有监测信息反馈至铁路机械段运维分系统，确保轨道工程车运行安全；状态显示，系统可显示轨道工程车目前关键部件健康状态，轨道工程车目前行驶速度等实时状态；故障诊断，系统可以将诊断分机的报警信息显示，对符合报警特征的予以报警，及时指导维修；故障分析，系统可以通过获取历史数据，对报警位置进行数据分析，以便于二次确认故障报警，避免故障误报；故障预测，系统可以对各关键位置采集到的数据进行趋势分析，对重点的轻微故障部位进行故障预测，通过大数据分析计算剩余维修里程，合理安排维修；健康评估，系统自带健康管理体系，评估关键部件健康指数，当指数低于一定的值，则代表部件劳损，发生故障的概率增大，视情况需合理安排维修；运维决策，对不同数据结论，系统会依据以往做出结论和参考行业标准对比做出运维建议；数据挖掘，系统开放数据。对不同位置可输出需要的数据，可输出设定格式的图表，方便利用数据；月报年报，系统自带诊断和趋势分析，可自行输出年报月报。可对轨道工程车阶段性情况及时了解。

综上所述，本发明公开的轨道工程车辆智能运维系统包括云端运维层、雾端运维层、物端运维层，是目前轨道交通运营管理单位和生产单位都急需的一种有效提高生产力的工具。不仅能确保轨道工程车安全作业、提高检修效率，也能帮助生产企业更好的改进轨道工程车生产工艺，研发出新的更加高效安全的轨道工程车设备。实现了轨道工程车从设备生产、运用决策、维护保养、故障诊断等环节的数据互通共享，解决以往运维系统的信息孤立问题，构建一个可靠的智能运维系统，且实现系统参数的闭环更新优化以提高轨道工程车的运维效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种轨道工程车辆智能运维系统，包括云端运维层、雾端运维层、物端运维层，是一个三级递阶结构的智能系统；其特征是：物端运维层位系统基层，采集工程车运行数据并且做出实时诊断，雾端运维层位于系统中间，中转物端运维层采集的数据并且运用做出初步分析数据，云端运维层位于系统最上层，分析整合数据并提供终端服务，云端运维层强大计算能力连接各铁路局智能运维子系统和各专业终端，雾端运维层由铁路局智能运维子系统统管本组织下属工程车的维修调度，合理做好整体维修安排，协调下辖各段之间配合工作；物端运维层由工程车上车载在线监测设备构成，全方位采集工程车各部件监测数据，在线诊断，实时上传数据到子系统及以上，云端运维层整体协调各局级智能运维中心数据连通，整体安排协调运维工作，雾端铁路局运维终端查看本铁路局集团下属轨道工程车情况，合理做好整体维修安排，下发维修维护任务，物端铁路机械段级运维终端，详细查看各车实时状态，安排各车维护维修计划，维护运维系统监测设施设备完好，确保采集数据准确及时。

2.根据权利要求1所述的轨道工程车辆智能运维系统，其特征是：所述的物端运维层以每列轨道工程车为单位设置一台车载在线监测与诊断主机，包括但不仅限于如下监测装置：弓网检测单元、电气控制单元、牵引电机单元、齿轮轴承单元、轮轨踏面单元、空气管理单元、动力传输单元等；各单元主要由传感器和诊断分机或工程车既有的诊断单元构成；由传感器和诊断分机采集到数据，并且由诊断分析做出诊断，实时将详细数据以及报警信息传输到车载在线监测与诊断主机上；车载在线监测与诊断主机接收各监测装置采集到的数据后，存储并且传输给上级铁路局子系统，监测主机仅预处理各监测装置采集到的数据，结合数据属性与工程车操作人员报警或预警。

3.根据权利要求1所述的轨道工程车辆智能运维系统，其特征是：所述的雾段运维层具承上启下作用，一方面整合各轨道工程车数据上传到云端服务器，另一方面从大数据智能运维中心的云端服务器获取相应的功能；雾段运维层包含但不仅限于目前现有的铁路局集团公司；每个单位下又包含下属所有的机械段及轨道机械车队等机构，以单个铁路局智能运维子系统为例，其下包括各个段级子系统，铁路局智能运维子系统通过广域网与云端大数据智能运维中心连接，各智能运维子系统将各自监测到的l列轨道工程车轨道工程车实时状态信息、报警信息等其它信息传输到云端运维层系统，在铁路局管理终端的支持下铁路局智能运维子系统实现对轨道工程车监控并进行有效调控与引导、实现对轨道工程车运行状况管理，合理调配轨道工程车维修；雾段运维层完成对铁路局智能运维子系统的工程车实时监测信息的综合处理、分类存储、特征信息筛选后上传到云端大数据智能运维中心，同时接收来自云端大数据智能运维中心的分析结果、决策信息和预警预测信息以指导各段运维工作开展，由各段轨道工程车运维终端安排完成相应的调度、检修和维护工作。

4.根据权利要求1所述的轨道工程车辆智能运维系统，其特征是：所述的大数据智能运维中心由具有强大数据处理能力云端服务器阵列组成，用于收集、处理、分析、存储来自各铁路局集团公司的铁路局智能运维子系统的监测数据，通过广域网与X个铁路局智能运维子系统、Y个设备厂终端、Z个运维终端连接；大数据智能运维中心在Z个铁路局智能运维子系统的支持下对实时监测数据和运维中间数据进行实时状态分析、远程专家诊断、运行设备健康状况评估，接着更新运维知识库、轨道工程车履历以获得智能诊断模型来实现系统智能故障诊断，进而得到运行设备状态的日报、周报和月报，在此基础上进行设备寿命预测和运维决策，铁路局智能运维子系统充分利用大数据智能运维中心的分析和运维知识库建立运维决策，以得出指导各铁路机械段运维的最优运维方案；依据需求不同，其中智能运维终端功能包括：实时状态、故障分析、专家诊断、健康评估、寿命预测、运维决策、阶段分析等；设备厂终端功能有：数据统计、隐患挖掘、产品改进；铁路机械段终主要是获取智能运维终端信息，由智能运维终端获得的结果信息包括：调度安排、维修安排、数据管理等，通过智能运维系统，实时获取轨道工程车运行状态，及时合理的安排维修，与原有的维修系统可以紧密结合，最大限度的确保行车安全情况下，合理的维修；另外设备厂可依据数据对故障进行大数据研究，择优选用配件，改进生成工艺，提供维保服务。

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