CN114162106B - 一种重载车辆制动智能监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种重载车辆制动智能监测系统和方法，属于重载车辆制动的智能监测技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种重载车辆制动智能监测系统硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括地面监测部分和车载监测部分，车载监测部分包括主机箱、电源箱、第一压力采集单元和第二压力采集单元；第一压力采集单元分别采集重载车辆的列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸处的压力，第二压力采集单元采集重载车辆的制动缸下游的压力；地面监测部分包括5G/4G高速数据传输网络、数据中心服务器，数据中心服务器包括数据存储层、数据引擎层、数据预处理层、数据应用层；本发明应用于C80B型重载货车。

Description

一种重载车辆制动智能监测系统和方法

技术领域

本发明一种重载车辆制动智能监测系统和方法，属于重载车辆制动智能监测技术领域。

背景技术

在大秦线运行的C80B型的重载货车每一列车厢包括多个不同编组位置的车辆，在铁路运输中，车辆制动能否正常工作是保证列车安全运行的重要标准，而对于铁路重载货车组来说，在车辆运行过程中需要监测车辆空气制定系统在列车运行过程中实施制动时制动缸压力的一致性，但是现有的对于车辆的制动监测系统一般适用于单个车辆，无法使用到具有多个制动系统的C80B型重载货车车辆列车组上，因此，提出了一种重载车辆制动智能监测系统及方法。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种重载车辆制动智能监测系统硬件结构的改进方案。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种重载车辆制动智能监测系统，包括地面监测部分和车载监测部分，其特征在于：所述车载监测部分包括主机箱、电源箱、第一压力采集单元和第二压力采集单元，其中主机箱和电源箱通过电缆连接，主机箱分别通过线缆与第一压力采集单元、第二压机采集单元相连；

所述主机箱内部设置有OCU单元、天线箱，所述OCU单元与天线箱通过导线相连，天线箱实现车载监测部分与地面监测部分的数据通信；

所述第一压力采集单元分别采集重载车辆的列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸处的压力，所述第二压力采集单元采集重载车辆的制动缸下游的压力；

所述地面监测部分包括信息系统，所述信息系统包括5G/4G高速数据传输网络、数据中心服务器，所述数据中心服务器包括数据存储层、数据引擎层、数据预处理层、数据应用层，其中数据存储层包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。

所述第一压力采集单元包括第一压力空气导出模块和第一采集盒，所述第一压力空气导出模块上分别开设有连接列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸管路的孔洞，将列车管、副风缸、制动缸上游、加速缓解风缸的压力空气导出至各自的压力传感器上，其中第一压力空气导出模块上还设置有安装第一采集盒的位置，所述第一压力空气导出模块安装固定在重载车辆120型控制阀的中间体上。

所述第二压力采集单元包括第二压力空气导出模块和第二采集盒，所述第二压力空气导出模块上开设有连接制动缸下游管路的孔洞，将制动缸下游的压力空气导出至对应的压力传感器上，其中第二压力空气导出模块上还设置有安装第二采集盒的位置，所述第二压力空气导出模块安装固定在重载车辆的限压阀与管座的安装法兰面之间。

所述第一采集盒、第二采集盒内部均设置有微控制器、电源管理电路、通信电路、频率发生器，所述微控制器通过导线分别与通信电路、频率发生器、压力传感器相连，其中电源管理电路分别通过导线与微处理器、通信电路相连，所述通信电路还通过导线连接有ESD保护电路。

所述主机箱内部的OCU单元包括存储器模块、电源管理模块、处理器模块，所述天线箱内部设置有5G/4G模块、卫星定位模块，所述5G/4G模块、卫星定位模块分别通过导线与OCU单元相连；

所述处理器模块包括核心处理器A、协处理器B、协处理器C，所述核心处理器A、协处理器B、协处理器C分别通过通信总线、电源和I/O总线与第一压力采集单元、第二压力采集单元相连，所述核心处理器A、协处理器B、协处理器C分别通过导线连接电源管理模块、EMC电路，所述核心处理器A通过通信总线与协处理器B、协处理器C相连，所述核心处理器A通过I/O总线分别与存储器模块、5G/4G模块、卫星定位模块、频率发生器、人机界面、库伦计芯片相连，所述协处理器B通过I/O总线连接存储单元、人机界面、协处理器C，所述协处理器C通过I/O总线连接有人机界面、维护通信接口。

一种重载车辆制动智能监测方法，包括如下步骤：

S1：重载车辆空气制动系统在列车运行过程中实施制动缓解时，监测并采集每一辆不同编组位置车辆制动缸压力，通过第一压力采集单元上的四路压力传感器分别采集每一辆重载车辆列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸处的压力，通过第二压力采集单元上的单路压力传感器采集每一辆重载车辆制动缸下游处的压力，采集的所有压力数据汇总传输至OCU单元，并将采集的压力数据缓存在车载监测部分上；

S2：车载监测部分上的5G/4G在列车到设定站点后，唤醒5G/4G模块，启动5G/4G联网，联网成功后，OCU单元将制动原始数据、列车定位数据、电池电量监测数据通过5G/4G网络发送给数据中心服务器；

S3：数据中心服务器根据不同类型数据的特点，将数据分为结构化数据、非结构化数据和半结构化数据，并将其分别存储在数据存储层中。

所述数据中心服务器上对数据预处理和数据存储时，均采用双Buffer缓冲池缓存所有数据。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过在车辆的列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸、及制动缸下游分别采集车辆的制动管路压力，并且根据结构特征将上述四个压力采集点位设置在同一个压力空气导出模块上，将制动缸下游的采集点位放置在另一个空气压力导出模块，不仅有效保证了压力数据采集的准确性，同时传感器及控制盒的安装结构也符合C80B型重载货车的要求，在不破坏原始车辆结构的基础上，通过两个空气压力导出模块将五路传感器数据稳定的采集并传输，实现了对列车运行过程中空气制动系统意外紧急、意外抱闸、自然缓解故障的实时监测；且本发明为了使大量的测试数据能够快速准确的存储，采用双Buffer缓冲池以及数据存储层中结构化数据、半结构化数据和非结构化数据的数据分类，通过分类数据无损压缩实现对数据的无损传输，保证了后期对数据分析处理的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明监测系统的结构示意图；

图2为本发明OCU单元的电路结构示意图；

图3为本发明车载监测部分的结构示意图；

图4为本发明第一压力空气导出模块的结构示意图；

图5为本发明第一压力空气导出模块的剖视图；

图6为本发明第一压力空气导出模块的安装结构示意图；

图7为本发明第二压力空气导出模块的结构示意图；

图8为本发明第二压力空气导出模块的剖视图；

图9为本发明第二压力空气导出模块的安装结构示意图；

图10为本发明OCU单元与压力采集单元的电路结构示意图；

图11为本发明第二压力采集单元的电路结构示意图；

图12为本发明智能监测大数据管理平台的软件框架结构图；

图13为本发明双Buffer缓冲池的数据流示意图；

图14为本发明timestamp类型数据压缩策略算法的流程图。

图中：1为第一压力空气导出模块、2为第一采集盒、3为连接列车管的孔洞、4为连接副风缸的孔洞、5为连接制动缸上游的孔洞、6为连接加速缓解风缸的孔洞、7为第二压力空气导出模块、8为第二采集盒、9为连接制动缸下游的孔洞。

具体实施方式

如图1至图14所示，本发明主要应用于C80B型重载货车，为了监测车辆空气制动系统在列车运行过程中实施制动缓解时，车辆不同编组位置车辆制动缸压力的一致性，需要监测每一辆车的制动缸压力。列车管减压量与制动缸压力实际对应关系，需要监测列车管与制动缸的压力。监测列车运行过程中空气制动系统意外紧急、意外抱闸、自然缓解故障，需要监测列车管、制动缸、副风缸的压力。为监测空重车调整装置的健康状态，需要监测空重车的上下游压力。为监测加速缓解风缸对120阀缓解性能的影响，需要监测加速缓解风缸的压力。压力采集点选择在控制支管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游和加速缓解风缸的管路上，通过布置压力传感器，监测控制支管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游和加速缓解风缸的压力变化。

本发明的监测系统分为车载监测装置和地面监测系统。车载监测装置负责采集车辆制动信息并存储和处理，然后发送到地面监测系统。地面监测系统负责将接收到的制动数据加以传输、保存和复现。

本发明的车载监测装置包括主机箱（含OCU单元、天线组件）、电源箱、采集四路压力的第一压力采集单元和采集单路压力的第二压力采集单元共四个部分。其中，电源箱和主机箱用电缆连接；OCU单元作为装置的主控核心，负责获取和保存、传输压力数据；天线箱内放置5G天线和卫星定位模块天线；本发明的压力采集单元由压力空气导出模块进行固定，压力空气导出模块从制动机的不同部位引出微量的压缩空气，输送到采集盒。采集盒内电路板配备有工业级高可靠性压力传感器，持续不断地以既定采样频率输出所在气道内的空气压力数据。数据通过串行通信总线，输送到OCU单元内存储。

本发明的第一压力采集单元包括第一压力空气导出模块1和第一采集盒2，第一压力空气导出模块1上开设有分别连接列车管3、副风缸4、制动缸上游5和加速缓解风缸6管路的孔洞，将列车管、副风缸、制动缸上游、加速缓解风缸的压力空气导出至各自的压力传感器上，其中第一压力空气导出模块1上还设置有安装第一采集盒2的位置，第一压力空气导出模块1安装固定在重载车辆120型控制阀的中间体上。

本发明的第二压力采集单元包括第二压力空气导出模块7和第二采集盒8，第二压力空气导出模块7上开设有连接制动缸下游9管路的孔洞，将制动缸下游的压力空气导出至对应的压力传感器上，其中第二压力空气导出模块7上还设置有安装第二采集盒8的位置，第二压力空气导出模块7安装固定在重载车辆的限压阀与管座的安装法兰面之间。

本发明设置两个压力采集单元，其中第一压力采集单元分别采集列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸的压力；第二压力采集单元采集制动下游的压力。电源箱和两个采集单元通过铠装电缆连接到主机箱。第一压力采集单元、第二压力采集单元分别设置有第一压力空气导出模块1、第二压力空气导出模块7，其中第一压力空气导出模块1上安装固定有第一采集盒2，第二压力空气导出模块7上安装固定有第二采集盒8。

本发明的第一压力空气导出模块1将加速缓解风缸、列车管、副风缸、制动缸上游压力空气导出到传感器安装位置，第二压力空气导出模块7将制动缸下游压力空气导出到传感器安装位置；列车管、制动缸上游、副风缸、加速缓解风缸4处的数据采集传感器集中在120阀与中间体连接的法平面处，将4个监测点数据采集功能集中在一个4数据采集模块中，即第一压力空气导出模块。第一压力空气导出模块安装在120阀的中间体之间，其安装结构如图6所示；制动缸下游的数据采集传感器设置第二压力空气导出模块7，第二压力空气导出模块7安装在限压阀与管座的安装法兰面处，其安装结构如图9所示。

本发明的OCU单元是系统的控制核心。具备电源管理、外部通信、数据存储和管理等功能。OCU单元通过线缆给第一压力采集单元、第二压力采集单元提供电源，同时通过高速串行通信，从第一压力采集单元、第二压力采集单元读取实时压力数据，存储在本地存储器里面。当OCU单元的控制核心判定需要发送数据给服务器时，驱动5G通信模组，通过天线，将存储的压力数据发送到服务器。

本发明的OCU单元由5G模块、卫星定位模块、存储器、电量检测电路、电源管理模块和处理器等组成，处理器包括一个核心处理器A和两个协处理器。核心处理器A驱动5G模块传输数据、进行数据存储和管理，驱动卫星定位定位模块。选用高性能的ARM系列处理器，ARM内核具有协处理器15（CP15），保护模块以及数据和程序存储器管理单元（MMU）表后备缓冲区。 ARM核心处理器具有单独的16 KB指令和16 KB数据高速缓存。两者都是与虚拟索引虚拟标记（VIVT）的四向关联。 ARM内核还具有8KB的RAM（向量表）和64KB的ROM。

本发明的协处理器B和协处理器C选用低功耗的Cortex-M0微控制。主要负责驱动采集单元，进行压力数据的采样和读取。协处理器C主要提供基于RFID的维护接口。具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载定位与导航和手持或可穿戴设备。

本发明的5G模组选用成都鼎桥通信技术公司的5G模组MH5000-32。MH5000-32采用紫光展锐春藤510芯片，核心器件包括主芯片、PMU、射频等，同时，5G模组MH5000-32采用了高可靠性器件和工业独特设计，可满足行业应用的高带宽要求、适应工业环境的多样化，并充分满足工业设备的接口需求。同时支持5G NSA/SA双模网络，并向下兼容4G网络。5G模组MH5000-32支持NSA/SA双模，并且支持中国5G SA网络建设，完全兼容4G/5G，可直接同步5G网络覆盖节奏。

本发明处理器的外设集包括：具有管理数据输入/输出的10/100 Mbps以太网媒体访问控制器（EMAC）（MDIO）模块；一个USB2.0 OTG接口；一个USB1.1 OHCI接口；两个内部集成电路（I2C Bus）接口；一个多通道音频串行端口（McASP），带有16个串行器和FIFO缓冲器；两个带有FIFO缓冲器的多通道缓冲串行端口（McBSP）；两个串行外设接口（SPI），具有多个芯片选择;四个64位通用定时器，每个都可配置（一个可配置为看门狗）；可配置的16位主机端口接口（HPI）；多达9组通用输入/输出（GPIO）引脚，每个引脚包含16个引脚，具有可编程中断和事件生成模式，与其他外设复用；三个UART接口（每个接口都有RTS和CTS）；两个增强型高分辨率脉冲宽度调制器（eHRPWM）外设；三个32位增强型捕获（eCAP）模块外设，可配置为3个捕获输入或3个辅助脉冲宽度调制器（APWM）输出；两个外部存储器接口；用于较慢存储器或外设的异步和SDRAM外部存储器接口（EMIFA）；和更高速的DDR2 /移动DDR控制器。

本发明的存储器模块：由SPI NOR Flash、NANDFLASH、SD(eMMC)和mDDR组成，SPINOR Flash存储处理器的引导程序和配置参数，NANDFLASH存储系统文件，SD(eMMC)用以存储报文信息，mDDR为处理器的外扩RAM用以暂存过程信息。具体如下：

1.mDDR：系统上电启动后，将应用程序从存储器中下载到mDDR，在mDDR中执行。另外mDDR还可以存储程序运行中需要暂时保存的各种变量、参数、数据等；

2.SPI Nor Flash：存储了系统启动的引导程序，包括系统初始化、通讯模块的初始配置等；

3.NAND Flash：存储操作系统文件及相关配置信息；

4.SD(eMMC)：存储报文信息。

本发明的核心处理器在加载操作系统时对内存需求较大，而片内内存有限，所以通过内部集成的DDR2/Mobile DDR控制器外接工作频率在133MHz的mDDR，本发明外接中mDDR选用micron公司的MT46H128M16LFCK-75 IT，其地址线共13条，其中行地址和列地址分时复用，行地址为：A[13~0]，列地址为：A11，A[9~0]，则每个Bank可寻址范围：32M。Bank地址共两条：BA0，BA1 可选择Bank[3~0]，所以MT46H128M16LF的最大可寻址范围：128M，数据线共16bit，即内存大小2Gbit（即256MB）。

本发明的第一压力采集单元、第二压力采集单元分别通过RS485串行通信总线和I/O握手线与OCU单元互相连接，组成一个系统；各个节点之间的RS485通信采用二线制半双工通信的方式。除了RS485通信总线外，OCU单元和第一压力采集单元、第二压力采集单元之间还有同步时钟线用以协调同步性，以及总线状态指示线用以指示总线的占用/空闲情况。

本发明考虑到功耗控制的需求，各个节点的RS485接口芯片正常都处于休眠状态，既不发送也不接收。RS485通信中，发起通信的一方定义为主机，响应通信的一方定义为从机。本系统中，OCU单元和第一压力采集单元、第二压力采集单元都有可能在某次通信中充当主机的角色，而且不排除后续系统扩展，增加更多的RS485节点，为避免多主系统可能产生的总线冲突，首先每个RS485节点都设置唯一性地址，节点之间除了传输广播消息，其他消息都是指定明确的接收地址。其次各个节点还要遵守总线使用权的约定。

常态下各个节点的RS485总线占用指示（以下简称RS485_BUSY）都作为单片机的输入I/O线。RS485_BUSY为低电平定义为总线空闲，为高电平定义为总线被占用。当某个RS485节点需要发起通信时，其身份变为主机，先查询RS485_BUSY线当前电平，如果是高电平，表示RS485总线当前正在通信（被占用），本节点需要按照一定的策略延后一段时间再发起通信；如果RS485_BUSY线为低电平，表示RS485总线当前空闲，可启动通信，将RS485_BUSY线所在的 I/O口转为输出状态，输出高电平，然后再发送数据。除主机外的其他节点探测到RS485_BUSY的电平跳变，立即将自己的RS485接口芯片置为接收状态，等待主机发送数据。主机开始发送数据帧，从机根据收到的数据帧中目的地址判断是否自己应当处理，如果目的地址不是自身或广播地址，则丢弃，RS485芯片重新转为休眠状态。主机在结束本次通信后，将RS485_BUSY线拉低，转换为输入状态。结束本次RS485通信。

本发明的第一压力采集单元、第二压力采集单元由压力传感器、低功耗微控制器、电源管理电路和通信电路组成。选用低功耗、高性能的微控制器作为控制核心，驱动压力传感器采样风压数据，通过通信接口芯片与OCU单元建立高速串行通信，发送风压数据；本发明的第一压力采集单元、第二压力采集单元选用低功耗的Cortex-M0微控制。主要负责驱动传感器，进行压力数据的采样和读取。

本发明的电源箱内安装有大容量一次性锂-亚硫酰氯电池组，向主机箱内的电路板提供稳定的低压直流电源。

本发明的信息系统中包括了数据中心服务器，在数据中心服务器上搭建智能监测大数据管理平台，智能监测大数据管理平台的主要功能为：1)解析远望谷格式的传感器数据文件；2) 将已经传输完成的传感器数据文件中的信息存储到数据库中；3)在数据库中预置列车、车辆信息，实现与传感器数据文件中的相应信息关联；4)支持对列车、车辆信息等的管理功能（增、删、改查）、以增强系统的可扩展性；5)支持基于列车、车辆信息的传感器数据查询；6)支持以文件、参数名称等方式对传感器数据进行查询；7) 支持传感器数据的绘图显示；8) 支持传感器数据的绘图显示的基本统计分析。

如图10所示，大秦线重载车辆智能监测大数据管理平台的系统框架结构分为四层：数据存储层、数据引擎层、数据预处理层和数据应用层。

数据存储层：即数据服务器中的实际磁盘存储。平台根据不同类型数据的特点，将数据分为三类：即结构化数据（列车/车辆/传感器信息，其特点为适合二维数据表的形式进行存储和查询）、非结构化数据（协议配置文件等，其特点为适合以文件的形式存储，使用时也需要直接使用完整的整个文件）和半结构化数据（传感器，其特点为需要实时存储，并且数据量非常大，以物理量参数的形式查询读取）。

数据引擎层：数据引擎层作为平台与数据库软件的接口引擎，用于管理对半结构化数据的存储和查询，数据引擎层分为数据索引引擎、数据存储调度、存储空间分区和数据查询调度共计4个子模块。

数据预处理层：在半结构化数据存储前，所有的半结构化数据都需要经过数据预处理层进行数据预处理后，再调用数据引擎层存入数据库中。数据预处理层包括数据聚集子模块、特征数据提取子模块、统计信息提取子模块和数据索引信息提取子模块。

本发明为了缓和数据包进行数据预处理和数据存储时，硬盘I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU和I/O设备的并行性，在平台中，缓存所有数据时，都用了双Buffer缓冲池，并提供获得和释放缓冲区的手段。所谓双Buffer缓冲池就是把两个缓冲区连接起来组成两部分，一部分专门用于输入，另一部分专门用于输出的缓冲结构，两者循环交替进行，如图11所示。

海量的测试数据不仅会占用服务器大量的硬盘空间，而且会对数据存储和查询获取造成巨大的IO压力，导致数据丢失或者系统响应缓慢。因此采用合理的数据压缩技术可以减轻服务器的IO压力，缓解这个存储瓶颈，本发明为了减轻服务器的IO压力，采用了无损压缩技术对测试数据进行压缩，策略如下：

根据不同的数据类型会采用不同的压缩算法。

int类型：

首先使用ZigZag算法进行编码，如果编码后的值小于定值，使用simple8b算法；如果大于该值，不压缩；

timestamp类型：

时间戳为独立的数据类型，并且具有一定的规律可循，因此先针对时间戳先执行排序操作后使用差分编码算法进行编码，然后再根据编码结果采用不同的算法，使用的策略如图12所示，根据输入的原始数组arrValues计算出差值数组deltaValues；如果差值数组的所有值相同，使用RLE编码算法；如果差值数组的所有值不同，并且差值数组的最大值大于定值，使用Raw编码算法；如果差值数组的所有值不同，并且差值数组的最大值不大于定值，使用Packed编码。

float类型：

使用 Facebook Gorilla paper中提供的浮点数XOR算法。

bool类型：

只有1位数据，采用简单的位数据打包策略。

string类型：

采用snappy算法。

本发明监测车辆空气制动系统在列车运行过程中实施制动缓解时，车辆不同编组位置车辆制动缸压力的一致性，需要监测每一辆车的制动缸压力。列车管减压量与制动缸压力实际对应关系，需要监测列车管与制动缸的压力。监测列车运行过程中空气制动系统意外紧急、意外抱闸、自然缓解故障，需要监测列车管、制动缸、副风缸的压力。为监测空重车调整装置的健康状态，需要监测空重车的上下游压力。为监测加速缓解风缸对120阀缓解性能的影响，需要监测加速缓解风缸的压力。压力采集点选择在控制支管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游和加速缓解风缸的管路上布置压力传感器，监测控制支管、副风缸、制动缸上游、制动缸下游和加速缓解风缸的压力变化

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种重载车辆制动智能监测系统，包括地面监测部分和车载监测部分，其特征在于：所述车载监测部分包括主机箱、电源箱、第一压力采集单元和第二压力采集单元，其中主机箱和电源箱通过电缆连接，主机箱分别通过线缆与第一压力采集单元、第二压机采集单元相连；

所述主机箱内部设置有OCU单元、天线箱，所述OCU单元与天线箱通过导线相连，天线箱实现车载监测部分与地面监测部分的数据通信；

所述第一压力采集单元分别采集重载车辆的列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸处的压力，所述第二压力采集单元采集重载车辆的制动缸下游的压力；

所述地面监测部分包括信息系统，所述信息系统包括5G/4G高速数据传输网络、数据中心服务器，所述数据中心服务器包括数据存储层、数据引擎层、数据预处理层、数据应用层，其中数据存储层包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据；

所述主机箱内部的OCU单元包括存储器模块、电源管理模块、处理器模块，所述天线箱内部设置有5G/4G模块、卫星定位模块，所述5G/4G模块、卫星定位模块分别通过导线与OCU单元相连；

所述处理器模块包括核心处理器A、协处理器B、协处理器C，所述核心处理器A、协处理器B、协处理器C分别通过通信总线、电源和I/O总线与第一压力采集单元、第二压力采集单元相连，所述核心处理器A、协处理器B、协处理器C分别通过导线连接电源管理模块、EMC电路，所述核心处理器A通过通信总线与协处理器B、协处理器C相连，所述核心处理器A通过I/O总线分别与存储器模块、5G/4G模块、卫星定位模块、频率发生器、人机界面、库伦计芯片相连，所述协处理器B通过I/O总线连接存储单元、人机界面、协处理器C，所述协处理器C通过I/O总线连接有人机界面、维护通信接口；

第一压力采集单元、第二压力采集单元分别通过RS485串行通信总线和I/O握手线与OCU单元互相连接，组成一个系统；各个节点之间的RS485通信采用二线制半双工通信的方式，除了RS485通信总线外，OCU单元和第一压力采集单元、第二压力采集单元之间还有同步时钟线用以协调同步性，以及总线状态指示线用以指示总线的占用/空闲情况；

采用了无损压缩技术对测试数据进行压缩，策略如下：根据不同的数据类型会采用不同的压缩算法；int类型：首先使用ZigZag算法进行编码，如果编码后的值小于定值，使用simple8b算法；如果大于该值，不压缩；timestamp类型：先针对时间戳先执行排序操作后使用差分编码算法进行编码，然后再根据编码结果采用不同的算法，根据输入的原始数组arrValues计算出差值数组deltaValues；如果差值数组的所有值相同，使用RLE编码算法；如果差值数组的所有值不同，并且差值数组的最大值大于定值，使用Raw编码算法；如果差值数组的所有值不同，并且差值数组的最大值不大于定值，使用Packed编码； float类型：使用 Facebook Gorilla paper中提供的浮点数XOR算法；bool类型：只有1位数据，采用简单的位数据打包策略；string类型：采用snappy算法。

2.根据权利要求1所述的一种重载车辆制动智能监测系统，其特征在于：所述第一压力采集单元包括第一压力空气导出模块和第一采集盒，所述第一压力空气导出模块上分别开设有连接列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸管路的孔洞，将列车管、副风缸、制动缸上游、加速缓解风缸的压力空气导出至各自的压力传感器上，其中第一压力空气导出模块上还设置有安装第一采集盒的位置，所述第一压力空气导出模块安装固定在重载车辆120型控制阀的中间体上。

3.根据权利要求1所述的一种重载车辆制动智能监测系统，其特征在于：所述第二压力采集单元包括第二压力空气导出模块和第二采集盒，所述第二压力空气导出模块上开设有连接制动缸下游管路的孔洞，将制动缸下游的压力空气导出至对应的压力传感器上，其中第二压力空气导出模块上还设置有安装第二采集盒的位置，所述第二压力空气导出模块安装固定在重载车辆的限压阀与管座的安装法兰面之间。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种重载车辆制动智能监测系统，其特征在于：所述第一采集盒、第二采集盒内部均设置有微控制器、电源管理电路、通信电路、频率发生器，所述微控制器通过导线分别与通信电路、频率发生器、压力传感器相连，其中电源管理电路分别通过导线与微处理器、通信电路相连，所述通信电路还通过导线连接有ESD保护电路。

5.一种重载车辆制动智能监测方法，采用如权利要求1-4任一项所述的重载车辆制动智能监测系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1：重载车辆空气制动系统在列车运行过程中实施制动缓解时，监测并采集每一辆不同编组位置车辆制动缸压力，通过第一压力采集单元上的四路压力传感器分别采集每一辆重载车辆列车管、副风缸、制动缸上游和加速缓解风缸处的压力，通过第二压力采集单元上的单路压力传感器采集每一辆重载车辆制动缸下游处的压力，采集的所有压力数据汇总传输至OCU单元，并将采集的压力数据缓存在车载监测部分上；

S2：车载监测部分上的5G/4G在列车到设定站点后，唤醒5G/4G模块，启动5G/4G联网，联网成功后，OCU单元将制动原始数据、列车定位数据、电池电量监测数据通过5G/4G网络发送给数据中心服务器；

S3：数据中心服务器根据不同类型数据的特点，将数据分为结构化数据、非结构化数据和半结构化数据，并将其分别存储在数据存储层中。

6.根据权利要求5所述的一种重载车辆制动智能监测方法，其特征在于：所述数据中心服务器上对数据预处理和数据存储时，均采用双Buffer缓冲池缓存所有数据。