CN117864204A - 一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法 - Google Patents

一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法 Download PDF

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陈岩
常福军
沈浩
王凡
张佳
王晓月
赵飞
严慕奇
李世纪
王林
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Abstract

本发明提供了一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法,包括数据采集模块、数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块、控制终端;数据采集模块与数据读取模块通信连接,数据读取模块与中心服务器通信连接,中心服务器与通讯模块和计算模块双工通信连接,通讯模块与控制终端双工通信连接;数据采集模块安装在车辆上,分布于车辆各处采集点位,数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块皆安装在车辆上。本发明有益效果:提高对城轨车辆的异常检测效率,在城轨运行过程中实时地对车辆的运行情况进行监测。

Description

一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法
技术领域
本发明属于轨道交通领域,尤其是涉及一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法。
背景技术
城轨车辆在运行中,需要对车辆进行调试,在调试过程中对车辆可能产生的故障问题进行监测,车辆调试在城轨车辆的生产中尤为重要,它关系到动车组的网络是否正常以及各项功能能否正常实现。在城轨车辆运行过程中需要对车辆的运行情况进行监测,一般安排多个人员通过监控摄像进行监测其部位的运行情况,然后人员将信息进行输出,城轨车辆在实时运行时,涉及到城轨车辆的全部器件,人员监测过程中容易因人为原因导致监测结果出现较大的偏差,而且城轨车辆的运行速度较快,监测中存在较大的自主性,容易因不同监测人员的主观意识而导致输出的信息出现较大的偏差,难以保证车辆异常诊断的准确性,目前的城轨车辆运行时一般无法实现对其运行状态的实时异常监测,通常在维修人员主动进行故障检测时,方检测出车辆故障,容易在车辆出现故障时难以及时发现。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法,以提高对城轨车辆的异常检测效率,在城轨运行过程中实时地对车辆的运行情况进行监测。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种城轨车辆运行过程故障监测系统。
进一步的,包括数据采集模块、数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块、控制终端;数据采集模块与数据读取模块通信连接,数据读取模块与中心服务器通信连接,中心服务器与通讯模块和计算模块双工通信连接,通讯模块与控制终端双工通信连接;数据采集模块安装在车辆上,分布于车辆各处采集点位,数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块皆安装在车辆上。
进一步的,数据采集模块包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、振动传感器,数据采集模块用于实时采集车辆各处的行驶信息,并将行驶信息传递至数据读取模块。
进一步的,数据读取模块包括数据库读取单元、传感器读取单元、网络接口、API读取单元,数据读取模块用于读取和储存各类行驶信息,并将行驶信息整理传输至中心服务器。
进一步的,中心服务器存储有城轨车辆正常行驶中产生的安全信息;中心服务器用于检索出行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块。
进一步的,通讯模块用于实现中心服务器与控制终端之间的即时无线通信。
进一步的,一种城轨车辆运行过程故障监测方法,基于所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,监测方法通过计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,并依据该差异判断出车辆行驶过程是否出现故障;
监测方法包括以下步骤:
T1、数据采集:数据采集模块实时地采集车辆各处采集点位的行驶信息,并将行驶信息传输至数据读取模块;
T2、读取数据:数据读取模块综合各类行驶信息,并将行驶信息传输至中心服务器;
T3、检索安全信息:中心服务器接收行驶信息后,检索出该行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块;
T4、对比分析:计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,判断出车辆行驶过程是否出现故障,并将分析结果返回给中心服务器;
T5、反馈至终端:中心服务器通过通讯模块将实时的分析结果传输至控制终端,控制终端记录车辆行驶数据,并根据分析结果判断是否传达故障处理的命令至中心服务器,回到T1继续监测。
进一步的,所述T2中的行驶信息包括温度信息、湿度信息、振动信息,温度信息包括车辆各位置的温度,湿度信息包括车辆各位置的湿度,振动信息包括车辆各位置的加速度值。
进一步的,在所述T4中,包括以下分步骤:
T41、计算模块采用故障树分析模型决策出对比结果,判断行驶信息是否超出安全信息的阈值范围,若是转到T42,否则转到T43;
T42、记录超出次数Q,若连续h组行驶信息都超出安全信息的阈值范围[Tupper,Tlower]则输出分析结果并转到T44,分析结果为车辆出现故障,否则将Q归零重新记录;
T43、输出分析结果,分析结果为车辆未出现故障;
T44、将Q归零重新记录,并将分析结果返回给中心服务器。
进一步的,故障树分析模型根据以下公式判断车辆行驶过程是否出现故障:
基础事件:
中间事件:
顶事件:
定义Ptotal为行驶信息的指导指标,Ti为第i个数据采集模块所采集的数据指标,ni为安全信息中车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),Di为车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),m为采集个数,i为索引号,h为连续的行驶信息组数,A=1即表示车辆出现故障,A=0即表示车辆未出现故障。
相对于现有技术,本发明所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法具有以下有益效果:
本发明所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统及方法,监测方法通过计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,并依据该差异判断出车辆行驶过程是否出现故障,监测系统可将分析结果发送给相关维护人员或运营中心,从而能够在城轨车辆运行过程中实时对车辆的异常情况进行监测,可以提高城轨车辆的可靠性和安全性,并优化运营和维护效率,避免了人员调控诊断准确性偏差大的问题,提高了对城轨车辆的异常检测效率,实现了智能化操作。
附图说明
构成本发明的一部分的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为本发明实施例所述的监测系统结构示意图;
图2为本发明实施例所述的监测方法工作流程图示意图;
图3为本发明实施例所述的计算模块计算流程示意图。
具体实施方式
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。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本技术方案对车辆行驶过程中的实时信息与正常行驶过程中的车辆信息进行对比分析,判断出车辆在行驶过程中是否出现故障。一种城轨车辆运行过程故障监测系统,如图1所示,包括数据采集模块、数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块、控制终端;数据采集模块与数据读取模块通信连接,数据读取模块与中心服务器通信连接,中心服务器与通讯模块和计算模块双工通信连接,通讯模块与控制终端双工通信连接;数据采集模块安装在车辆上,分布于车辆各处采集点位,数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块皆安装在车辆上。
具体的,数据采集模块包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、振动传感器,数据采集模块用于实时采集车辆各处的行驶信息,并将行驶信息传递至数据读取模块。数据读取模块包括数据库读取单元、传感器读取单元、网络接口、API读取单元,数据读取模块需要支持各种常见的数据源,包括文件系统、数据库、网络接口、传感器等。数据读取模块用于读取和储存各类行驶信息,并将行驶信息整理传输至中心服务器。数据读取模块能够在计算机系统或应用程序中负责从各种数据源中读取数据,能够获取数据并将其提供给后续的处理、分析或展示,能够对城轨车辆的各种信息进行获取,并进行存储,便于后续对运行中的城轨车辆的信息进行分析,比对,以此来识别车辆在调试运行过程中,诊断城轨车辆的故障情况,以保证车辆的安全运行。中心服务器用于存储和处理大量的数据、提供网络服务、管理和控制网络设备等,中心服务器有预先存储城轨车辆正常行驶中产生的安全信息,中心服务器用于检索出行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块。通讯模块用于实现中心服务器与控制终端之间的即时无线通信,无线通讯模块可以基于不同的无线通信技术进行数据传输,包括但不限于Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa、NB-IoT(Narrowband Internet of Things)等。
进一步的,一种城轨车辆运行过程故障监测方法,基于所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,监测方法通过计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,并依据该差异判断出车辆行驶过程是否出现故障;如图2所示,监测方法包括以下步骤:
T1、数据采集:数据采集模块实时地采集车辆各处采集点位的行驶信息,并将行驶信息传输至数据读取模块;
T2、读取数据:数据读取模块综合各类行驶信息,并将行驶信息传输至中心服务器;
T3、检索安全信息:中心服务器接收行驶信息后,检索出该行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块;
T4、对比分析:计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,判断出车辆行驶过程是否出现故障,并将分析结果返回给中心服务器;
T5、反馈至终端:中心服务器通过通讯模块将实时的分析结果传输至控制终端,控制终端记录车辆行驶数据,并根据分析结果判断是否传达故障处理的命令至中心服务器,回到T1继续监测。
具体的,所述T2中的行驶信息包括温度信息、湿度信息、振动信息,温度信息包括车辆各位置的温度,湿度信息包括车辆各位置的湿度,振动信息包括车辆各位置的加速度值。如图3所示,在所述T4中,包括以下分步骤:
T41、计算模块采用故障树分析模型决策出对比结果,判断行驶信息是否超出安全信息的阈值范围,若是转到T42,否则转到T43;
T42、记录超出次数Q,若连续h组行驶信息都超出安全信息的阈值范围[Tupper,Tlower]则输出分析结果并转到T44,分析结果为车辆出现故障,否则将Q归零重新记录;
T43、输出分析结果,分析结果为车辆未出现故障;
T44、将Q归零重新记录,并将分析结果返回给中心服务器;
具体的,采用常见的故障树分析模型分析车辆行驶过程中的故障模式,原理是从顶部的系统故障开始,逐渐分解到底部的基础故障事件,定义顶事件为车辆运行过程出现故障,中间事件为车辆的行驶信息(例如温度、湿度、振动等)超出安全信息的阈值范围,基础事件为对于每个采集点位的行驶信息,如果连续h组数据都超出安全信息的阈值范围则将其视为一个基础故障事件,以此层层递进地从具体的故障信号(基础事件)分析到整车层面的故障状态(顶事件),从而实现准确和及时的故障监测与诊断。故障树分析模型根据以下公式判断车辆行驶过程是否出现故障:
基础事件:
中间事件:
顶事件:
定义Ptotal为行驶信息的指导指标,Ti为第i个数据采集模块所采集的数据指标,Ni为安全信息中车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),Di为车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),m为采集个数,i为索引号,h为连续的行驶信息组数,A=1即表示车辆出现故障,A=0即表示车辆未出现故障。
一种服务器,包括至少一个处理器,以及与所述处理器通信连接的存储器,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述处理器执行,以使所述至少一个处理器执行所述的一种城轨车辆运行过程故障监测方法,各模块之间可采用常见的接口协议进行通信,如UART、I2C、SPI、Modbus、TCP/IP等。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的方法和系统,可以通过其它的方式实现。例如,以上所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
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,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,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 (10)

1.一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:包括数据采集模块、数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块、控制终端;
数据采集模块与数据读取模块通信连接,数据读取模块与中心服务器通信连接,中心服务器与通讯模块和计算模块双工通信连接,通讯模块与控制终端双工通信连接;
数据采集模块安装在车辆上,分布于车辆各处采集点位,数据读取模块、中心服务器、计算模块、通讯模块皆安装在车辆上。
2.根据权利要求1所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:数据采集模块包括摄像头、温度传感器、湿度传感器、振动传感器,数据采集模块用于实时采集车辆各处的行驶信息,并将行驶信息传递至数据读取模块。
3.根据权利要求1所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:数据读取模块包括数据库读取单元、传感器读取单元、网络接口、API读取单元,数据读取模块用于读取和储存各类行驶信息,并将行驶信息整理传输至中心服务器。
4.根据权利要求3所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:中心服务器存储有城轨车辆正常行驶中产生的安全信息;
中心服务器用于检索出行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块。
5.根据权利要求1所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:通讯模块用于实现中心服务器与控制终端之间的即时无线通信。
6.一种城轨车辆运行过程故障监测方法,基于权利要求1-5任一项所述的一种城轨车辆运行过程故障监测系统,其特征在于:监测方法通过计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,并依据该差异判断出车辆行驶过程是否出现故障;
监测方法包括以下步骤:
T1、数据采集:数据采集模块实时地采集车辆各处采集点位的行驶信息,并将行驶信息传输至数据读取模块;
T2、读取数据:数据读取模块综合各类行驶信息,并将行驶信息传输至中心服务器;
T3、检索安全信息:中心服务器接收行驶信息后,检索出该行驶信息类型对应的安全信息,并将该行驶信息和安全信息匹对传输至计算模块;
T4、对比分析:计算模块对比实时的车辆行驶信息与安全信息的差异,判断出车辆行驶过程是否出现故障,并将分析结果返回给中心服务器;
T5、反馈至终端:中心服务器通过通讯模块将实时的分析结果传输至控制终端,控制终端记录车辆行驶数据,并根据分析结果判断是否传达故障处理的命令至中心服务器,回到T1继续监测。
7.根据权利要求6所述的一种城轨车辆运行过程故障监测方法,其特征在于:所述T2中的行驶信息包括温度信息、湿度信息、振动信息,温度信息包括车辆各位置的温度,湿度信息包括车辆各位置的湿度,振动信息包括车辆各位置的加速度值。
8.根据权利要求7所述的一种城轨车辆运行过程故障监测方法,其特征在于:在所述T4中,包括以下分步骤:
T41、计算模块采用故障树分析模型决策出对比结果,判断行驶信息是否超出安全信息的阈值范围,若是转到T42,否则转到T43;
T42、记录超出次数Q,若连续h组行驶信息都超出安全信息的阈值范围[Tupper,Tlower]则输出分析结果并转到T44,分析结果为车辆出现故障,否则将Q归零重新记录;
T43、输出分析结果,分析结果为车辆未出现故障;
T44、将Q归零重新记录,并将分析结果返回给中心服务器。
9.根据权利要求8所述的一种城轨车辆运行过程故障监测方法,其特征在于:故障树分析模型根据以下公式判断车辆行驶过程是否出现故障:
基础事件:
中间事件:
顶事件:
定义Ptotal为行驶信息的指导指标,Ti为第i个数据采集模块所采集的数据指标,Ni为安全信息中车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),Di为车辆行驶过程的车辆各处采集点位的行驶信息(温度、湿度、加速度),m为采集个数,i为索引号,h为连续的行驶信息组数,A=1即表示车辆出现故障,A=0即表示车辆未出现故障。
10.一种服务器,其特征在于:包括至少一个处理器,以及与所述处理器通信连接的存储器,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述处理器执行,以使所述至少一个处理器执行如权利要求6-9任一所述的一种城轨车辆运行过程故障监测方法。
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