CN112762877B - 一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法，包括如下步骤：步骤一，采集接触网相关信息，包括定位点信息、接触线磨耗剩余厚度、检测时间点信息；步骤二，确定接触网刚性接触线磨耗变化的时间阈值和绝对变化量阈值；步骤三，计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率；步骤四，通过flink服务组件，提供同定位点在时间阈值内，刚性接触线磨耗剩余厚度变化绝对量是否超过报警阈值；同时监控定位点相邻两次时间点内磨耗变化量是否存在异常。通过本发明可以实现对接触网刚性接触线磨耗及时发现并产生预警信息。

Description

一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体是一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法及装置。

背景技术

当前发展中的中国，轨道交通俨然是国民经济发展的重要基础，而电气化轨道是当今轨道交通发展的方向。接触网是电气化铁路系统中最重要的组成部分，其使用条件苛刻，通过接触网的接触线与电力机车的受电弓不断接触摩擦，为机车提供电流。在长期的摩擦接触当中接触线的磨耗不可避免，造成接触线工作面不平滑，更会造成弓网关系恶化，弓网之间容易离线，燃弧，严重影响机车的供电。因此，在实际中应该实时监控接触线的磨耗程度，并与历史数据对比，掌握其变化情况，确保列车的正常运行。

现实中，有关地铁接触网刚性接触线磨耗变化的实时预警并没有，很难为地铁的安全供电保驾护航。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法，包括如下步骤：

步骤一，采集接触网相关信息，包括定位点信息、接触线磨耗剩余厚度、检测时间点信息；

步骤二，确定接触网刚性接触线磨耗变化的时间阈值和绝对变化量阈值；

步骤三，计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率；

步骤四，通过flink服务组件，提供同定位点在时间阈值内，刚性接触线磨耗剩余厚度变化绝对量是否超过报警阈值；同时监控定位点相邻两次时间点内磨耗变化量是否存在异常。

进一步的，所述的flink服务组件具体包括实时性的将数据清洗后合格的数据存入mysql中，同时依据时间阈值，磨耗绝对值变化的阈值对单条实时数据中的定位信息，计算得到报警数据。

进一步的，所述的计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率，根据变化率构建异常点模型，包括如下过程：通过变化率异常点检测算法，实时将判定的磨耗异常点信息预警，并将异常数据更新到数据库中，并对异常点模型进行更新。

进一步的，所述的变化率异常点检测算法采用孤立森林算法。

一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警装置，包括外部服务模块、存储器、数据处理器、对外服务接口、显示模块；所述的对外服务接口、显示模块、外部服务模块、存储器分别与所述的数据处理器连接；所述的外部服务模块，用于接收最新地铁接触网刚性接触线定位点对象维度信息；

所述的存储器，用于存储计算机程序及定位点接触线磨耗剩余厚度历史维度数据，以及实时数据；

所述的数据处理器，用于执行所述的计算机程序方法，以实现一种基于大数据流计算的地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法、系统及装置；

所述的对外服务接口：计算结果对外提供接口服务；

所述的显示模块：在终端设备和用户之间提供一个显示界面，显示预警结果包含视频、文字和图像。

本发明的有益效果是：本发明可在线实时性地将地铁接触网刚性接触线定位点磨耗变化的情况进行分析，从绝对变化量以及相邻时刻变化率角度实时监控接触线的几何参数，及时发现并产生预警信息。

本发明对地铁接触网刚性接触线定位点磨耗情况的预警中，全面使用了历史定位点接触线的磨耗情况，并不断更新预警模型，可自适应地对后续最新的数据点进行监控、预警。

附图说明

图1为一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法的原理图；

图2为一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警装置的示意图；

图3为flink组件服务模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法，包括如下步骤：

步骤一，采集接触网相关信息，包括定位点信息、接触线磨耗剩余厚度、检测时间点信息；

步骤二，确定接触网刚性接触线磨耗变化的时间阈值和绝对变化量阈值；

步骤三，计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率；

步骤四，通过flink服务组件，提供同定位点在时间阈值内，刚性接触线磨耗剩余厚度变化绝对量是否超过报警阈值；同时监控定位点相邻两次时间点内磨耗变化量是否存在异常。

flink服务组件具体包括实时性的将数据清洗后合格的数据存入mysql中，同时依据时间阈值，磨耗绝对值变化的阈值对单条实时数据中的定位信息，计算得到报警数据。

计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率，根据变化率构建异常点模型，包括如下过程：通过变化率异常点检测算法，实时将判定的磨耗异常点信息预警，并将异常数据更新到数据库中，并对异常点模型进行更新。

变化率异常点检测算法采用孤立森林算法。

一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警装置，包括外部服务模块、存储器、数据处理器、对外服务接口、显示模块；所述的对外服务接口、显示模块、外部服务模块、存储器分别与所述的数据处理器连接；所述的外部服务模块，用于接收最新地铁接触网刚性接触线定位点对象维度信息；

所述的存储器，用于存储计算机程序及定位点接触线磨耗剩余厚度历史维度数据，以及实时数据；

所述的数据处理器，用于执行所述的计算机程序方法，以实现一种基于大数据流计算的地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法、系统及装置；

所述的对外服务接口：计算结果对外提供接口服务；

所述的显示模块：在终端设备和用户之间提供一个显示界面，显示预警结果包含视频、文字和图像。

具体的，实时性的获取检测装置传送的接触网相关数据，具体为：定位点信息(线路、行别、区站、支柱、公里标等位置)，刚性接触线磨耗几何参数信息(接触线磨耗剩余厚度)，检测时间点信息，即message:{line:1,direction:2,posid:3,poleid:4,km:5,rt:12.34,ts:2020.10.15:14:00:00:112}

(1)确定接触网刚性接触线磨耗变化的时间阈值time_threshold，绝对变化量阈值delta_rt_threshold。

(2)计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率,即{d_rt_i}(i＝2,…n)。

(3)将(1)中实时所获取到的数据信息，通过flink服务组件，对外提供同定位点在时间阈值内，刚性接触线磨耗剩余厚度变化绝对量超报警阈值的服务；同时监控定位点相邻两次时间变化量是否存在异常预警。

(4)上述(3)中的flink服务组件具体包括可参考下述图3，其中数据清洗部分包括对定位点缺失信息数据的剔除，刚性接触线磨耗剩余厚度超限范围值的剔除等；flink组件服务主要包括实时性的将数据清洗后合格的数据存入mysql中，同时依据时间阈值，磨耗绝对值变化的阈值对单条实时数据中的定位信息，计算得到的符合条件的报警数据。

(5)上述(3)中的定位点接触线磨耗剩余厚度的时序数据的变化率异常点服务模块参见下图2，其中数据清洗部分同样包括对定位点缺失信息数据的剔除，刚性接触线磨耗剩余厚度超限范围值的剔除，还包括相关时间点下同定位点相同磨耗剩余厚度数据的去重等；通过变化率异常点检测算法，实时将判定的磨耗异常点信息预警，并将异常数据更新到数据库中，并对异常点模型进行更新。

(6)上述(5)中的磨耗变化率异常点检测算法采用的是孤立森林算法，随机森林算法适用于连续数据中分布稀疏且离群密度高的群体较远的点，其递归地随机分割数据集，直到所有的样本点都是孤立的，通常异常点具有较短的路径，密度很高的簇被切很多次才能被孤立，密度很低的点很容易就被孤立。给定一个包含n个样本的数据集，树的平均路径长度为c(n)＝2H(n-1)-2(n-1)/n。样本点x的异常得分为s(x,n)＝2^[-E(h(x)/c(n)]。其中H(i)为调和数，该值可以被估计为ln(i)+0.5772156649。c(n)为给定样本数n时，路径长度的平均值，用来标准化样本x的路径长度h(x)。本发明可在线实时性地将地铁接触网刚性接触线定位点磨耗变化的情况进行分析，从绝对变化量以及相邻时刻变化率角度实时监控接触线的几何参数，及时发现并产生预警信息。本发明对地铁接触网刚性接触线定位点磨耗情况的预警中，全面使用了历史定位点接触线的磨耗情况，并不断更新预警模型，可自适应地对后续最新的数据点进行监控、预警。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，采集接触网相关信息，包括定位点信息、接触线磨耗剩余厚度、检测时间点信息；

步骤二，确定接触网刚性接触线磨耗变化的时间阈值和绝对变化量阈值；

步骤三，计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率；

步骤四，通过flink服务组件，提供同定位点在时间阈值内，刚性接触线磨耗剩余厚度变化绝对量是否超过报警阈值；同时监控定位点相邻两次时间点内磨耗变化量是否存在异常；

所述的flink服务组件具体包括实时性的将数据清洗后合格的数据存入mysql中，同时依据时间阈值，磨耗绝对值变化的阈值对单条实时数据中的定位信息，计算得到报警数据；

所述的计算同定位点信息下，接触线磨耗剩余厚度的时序数据一阶差值，作为该定位点相邻两次时间段的变化率，根据变化率构建异常点模型，包括如下过程：通过变化率异常点检测算法，实时将判定的磨耗异常点信息预警，并将异常数据更新到数据库中，并对异常点模型进行更新。

2.根据权利要求1所述的一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法，其特征在于，所述的变化率异常点检测算法采用孤立森林算法。

3.应用权利要求2所述的一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法的一种地铁接触网刚性接触线磨耗预警装置，其特征在于，包括外部服务模块、存储器、数据处理器、对外服务接口、显示模块；所述的对外服务接口、显示模块、外部服务模块、存储器分别与所述的数据处理器连接；所述的外部服务模块，用于接收最新地铁接触网刚性接触线定位点对象维度信息；

所述的存储器，用于存储计算机程序及定位点接触线磨耗剩余厚度历史维度数据，以及实时数据；

所述的数据处理器，用于执行所述的计算机程序方法，以实现一种基于大数据流计算的地铁接触网刚性接触线磨耗预警方法、系统及装置；

所述的对外服务接口：计算结果对外提供接口服务；

所述的显示模块：在终端设备和用户之间提供一个显示界面，显示预警结果包含视频、文字和图像。

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