JP2017502639A - 列車編成と鉄道車両とにおける稼働異常を検出するためのシステムと方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年12月24日に出願され、その全体が引用により本明細書に組み込まれる、米国仮特許出願第61/920,700号の利益を主張する。
本発明は、鉄道車両と列車との安全管理の分野に関し、詳細には、鉄道車両と列車編成との稼働パラメータを継続的に収集し分析して異常な稼働状態を検出するためのシステムと方法とを対象とする。
大まかには、図1と図2とを参照すると、本発明は、鉄道車両103と列車編成109とのパフォーマンスと動作とを監視するための新規の手段を提供する。これは、鉄道車両103の様々な稼働パラメータを検知するために編成109内の鉄道車両103に配置された複数のセンサ104と、データを収集し分析し、データとイベントとアラートとを、これらが作用され得る最終目的地に伝達するための階層的なシステムである分散複合イベント処理(DCEP:distributed complex event processing)エンジンとを含む。
各WSN104は、イベントまたはアラート・メッセージならびにデータが、階層における次の上位レベル、この場合CMU101にアップロードされるべきかを判定する際に、そのセンサから収集されたデータを分析することができる。加速度計404に関して、各WSN104は、1つまたは複数の加速度計404から受信された加速度読取値の大きさ値のピークおよび二乗平均平方根(RMS:root mean square)レベルに対する複数の閾値を用いてプログラムされてもよい。ピークまたはRMS加速度閾値の1つが超過されると、これは起こりうるイベントまたはアラート状態を示すものであり、メッセージが生成され、同じ鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワーク105内のCMU101に送信される。WSN104の各種類に関する閾値は、内部で生成されるまたはCMU101から外部的に受信されるコマンドにより動的にプログラムされてもよい。
1.有効な温度読取値の総数
2.有効な温度読取値の総和
3.有効な温度読取値の二乗の総和
4.絶対的温度閾値を超える温度読取値の数
5.周辺温度超過閾値を超える温度読取値の数
6.加熱速度閾値を超える温度変化速度の数
a.平均ベアリング温度
b.ベアリング温度の分散
c.絶対的閾値を超過するベアリング温度読取値の割合
d.閾値を超過する周囲を上回るベアリング温度読取値の割合
e.ベアリング温度の上昇の速度が閾値を超過する測定値の割合
Claims (65)
- 列車編成または鉄道車両における稼働異常を検出するためのシステムであって、
a)1つまたは複数の鉄道車両に取り付けられた1つまたは複数の通信管理ユニットと、
b)前記1つまたは複数の鉄道車両の稼働パラメータを検知するために前記1つまたは複数の鉄道車両に配置され、前記1つまたは複数の通信管理ユニットと通信可能な1つまたは複数のセンサと、
を備え、
c)前記通信管理ユニットが、
i)前記1つまたは複数の鉄道車両稼働パラメータに関するデータを収集する機能と、
ii)異常な稼働状態を示す傾向またはイベントについて前記収集されたデータを分析する機能と、
iii)前記傾向またはイベントが検出された場合にメッセージをリモート受信機に伝達する機能と、
を実行する、
システム。 - 前記通信管理ユニットの1つと通信可能な1つまたは複数の無線センサ・ノードをさらに備え、前記1つまたは複数のセンサが前記1つまたは複数の無線センサ・ノードの一部を形成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードの各々が、
a)1つまたは複数のセンサからデータを収集する機能と、
b)前記データを1つまたは複数のルールと比較する機能と、
c)前記ルールの少なくとも1つが満たされた場合に、前記通信管理ユニットにメッセージを送信する機能と、
を実行する、請求項2に記載のシステム。 - 前記無線センサ・ノードの各々が、
a)1つまたは複数のセンサからデータを収集する機能と、
b)前記収集されたデータを前記通信管理ユニットに周期的に送信する機能と、
を実行する、請求項2に記載のシステム。 - 前記1つまたは複数のルールが、前記収集されたデータにより超過された場合にアラート・メッセージを前記通信管理ユニットに送信させる数値的閾値である、請求項3に記載のシステム。
- 前記データが加速度データである、請求項5に記載のシステム。
- 前記データが温度データである、請求項5に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、前記無線センサ・ノードの1つからアラート・メッセージを受信した場合に、
a)類似したメッセージが所定の期間内に1つまたは複数の他の無線センサ・ノードから受信されたかを確認するのを待ち、前記類似したメッセージが受信された場合に実際のイベントが発生したことを結論付ける機能と、
b)前記実際のイベントの発生を報告するメッセージをリモート受信機に伝達する機能と、
を実行する、請求項5に記載のシステム。 - 前記通信管理ユニットは、前記周期的に送信されるデータを受信した場合に、
a)前記データをデータ・ストアに格納する機能と、
b)前記格納されたデータを傾向に関して分析する機能と、
c)関心のある傾向が検出された場合に報告を生成する機能と、
を実行する、請求項4に記載のシステム。 - 前記無線センサ・ノードが、鉄道車両の車輪ベアリング取付け具に取り付けられ、前記データが、車輪損傷、上下方向衝撃または脱線のうちの1つまたは複数を表す加速度閾値が超過されたかを確認するために分析される、請求項8に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードが鉄道車両の本体に取り付けられ、さらに、前記データが、上下方向乱調、左右方向乱調、上下方向極度車両運動、左右方向極度車両運動、または前後方向衝撃のうちの1つまたは複数を表す加速度閾値が超過されたかを確認するために分析される、請求項8に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードが鉄道車両の車輪ベアリング取付け具に取り付けられ、前記データが、絶対的温度または周囲を上回る温度を表す温度閾値が超過されたかを確認するために分析される、請求項7に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、脱線メッセージが前記所定の期間内に複数の無線センサ・ノードから受信された場合に脱線イベントが発生したことを確認する、請求項8に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、所定の期間内に鉄道車両の両端に取り付けられた無線センサ・ノードから上下方向乱調メッセージが受信された場合に上下方向乱調が発生していることを確認する、請求項8に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、同相加速が検出されたことを前記無線センサ・ノードから受信された上下方向乱調メッセージが示すことを前記無線センサ・ノードからのメッセージが示す場合に本体弾みイベントが発生したことを決定する、請求項14に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、異相加速が検出されたことを前記無線センサ・ノードから受信された上下方向乱調メッセージが示すことを前記無線センサ・ノードからのメッセージが示す場合に本体ピッチ・イベントが発生したことを決定する、請求項14に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、左右方向極度車両運動メッセージが前記所定の期間内に複数の無線センサ・ノードから受信された場合に左右方向極度車両運動イベントが発生したことを確認する、請求項8に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、上下方向極度車両運動メッセージが前記所定の期間内に複数の無線センサ・ノードから受信された場合に上下方向極度車両運動イベントが発生したことを確認する、請求項8に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、左右方向乱調メッセージが所定の期間内に鉄道車両の両端に取り付けられた無線センサ・ノードから受信された場合に左右方向乱調が発生していることを確認する、請求項8に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、異相加速が検出されたことを前記無線センサ・ノードから受信された左右方向乱調メッセージが示すことを前記無線センサ・ノードからのメッセージが示す場合に本体ヨー・イベントが発生したことを決定する、請求項19に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、同相加速が検出されたことを前記無線センサ・ノードから受信された左右方向乱調メッセージが示すことを前記無線センサ・ノードからのメッセージが示す場合に本体ロール・イベントが発生したことを決定する、請求項19に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードが鉄道車両の車輪ベアリング取付け具に取り付けられ、前記データが、絶対的温度または周囲を上回る温度を表す温度閾値が超過されたかを判定するために分析される、請求項7に記載のシステム。
- 前記データが温度データである、請求項4に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードが鉄道車両の同一の車軸の両側にある車輪ベアリング取付け具に取り付けられ、前記通信管理ユニットが、前記車軸の前記両側にある前記無線センサ・ノードにより報告された温度が差分閾値を超過する場合に差分温度アラートを生成する、請求項3に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、受信された温度読取値の特定の割合より多くが、絶対的温度閾値または周囲温度超過閾値を超過する場合にアラートを生成する、請求項23に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、温度読取値の特定の割合より多くが、特定の閾値を超える温度上昇速度を示す場合にアラートを生成する、請求項23に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが各無線センサ・ノードに、前記無線センサ・ノードにメッセージを送信することで、個別のルールの確認を有効化または無効化するように指示することができる、請求項3に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが各無線センサ・ノードに、前記無線センサ・ノードにメッセージを送信することで、データの周期的な送信を有効化または無効化するように指示することができる、請求項4に記載のシステム。
- 1つまたは複数の無線センサ・ノードと通信する各通信管理ユニットが、前記通信管理ユニットと前記無線センサ・ノードとを備える鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワークを形成し、前記鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワークが前記通信管理ユニットにより制御される、請求項3に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、その鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワーク内の他の鉄道車両からの無線センサ・ノードを含む、請求項29に記載のシステム。
- 電源内蔵式無線ゲートウェイであって、前記電源内蔵式無線ゲートウェイと複数の前記通信管理ユニットとを含む列車ベースのネットワークを制御する電源内蔵式無線ゲートウェイをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記電源内蔵式無線ゲートウェイが前記リモート受信機として機能する、請求項31に記載のシステム。
- 前記リモート受信機が列車外に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記通信管理ユニットが、セルラーと、衛星と、WiFiと、Bluetooth(登録商標)とのうちの1つを備える通信手段を介して前記列車外のリモート受信機と通信する、請求項33に記載のシステム。
- 列車編成または鉄道車両における稼働異常を検出するための方法であって、
a)1つまたは複数の鉄道車両稼働パラメータに関するデータを収集するステップと、
b)異常な稼働状態を示す傾向またはイベントについて前記収集されたデータを分析するステップと、
c)前記傾向またはイベントが検出された場合にメッセージをリモート受信機に伝達するステップと、
を備える、方法。 - ステップ(a)〜(c)が、前記列車編成内の鉄道車両上に配置された通信管理ユニットにより実行される、請求項35に記載の方法。
- 前記データが、前記鉄道車両上の1つまたは複数の無線センサ・ノードから収集され、前記無線センサ・ノードが前記通信管理ユニットと通信する、請求項36に記載の方法。
- 前記通信管理ユニットと前記1つまたは複数の無線センサ・ノードとが、鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワークを形成する、請求項37に記載の方法。
- 前記無線センサ・ノードが各々、
a)1つまたは複数のセンサからデータを収集する機能と、
b)前記データを1つまたは複数のルールと比較する機能と、
c)前記ルールの少なくとも1つが満たされた場合に、前記通信管理ユニットにメッセージを送信する機能と、
を実行する、請求項37に記載の方法。 - 前記1つまたは複数のルールが、いくつかのセンサから収集されたデータを前記通信管理ユニットに周期的に送信させる、請求項39に記載の方法。
- 前記データが加速度データと温度データとのうちの1つまたは複数を含む、請求項39に記載の方法。
- 前記通信管理ユニットが、2つ以上の無線センサ・ノードからのメッセージを統合して、イベントが発生したことを確認する、請求項37に記載の方法。
- 加速度イベントが、車輪損傷と、上下方向衝撃と、脱線と、上下方向乱調と、左右方向乱調と、前後方向衝撃とから成るグループから選択される、請求項42に記載の方法。
- 温度イベントが、絶対的温度アラームと、周囲温度超過アラームと、差分温度アラームと、ピーク分析アラームと、周囲分析アラームと、速度分析アラームとのうちの1つまたは複数を含む、請求項42に記載の方法。
- 前記列車編成上の全ての通信管理ユニットが、電源内蔵式無線ゲートウェイにより制御される列車ベースの無線メッシュ・ネットワークにおいて構成される、請求項36に記載の方法。
- 前記リモート受信機が列車外にある、請求項35に記載の方法。
- 前記リモート受信機が前記電源内蔵式無線ゲートウェイである、請求項45に記載の方法。
- 前記通信管理ユニットの少なくとも1つが前記センサの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードの1つが、
a)保護筐体と、
b)前記保護筐体内に取り付けられた前記1つまたは複数のセンサと、
c)前記通信管理ユニットと通信するための通信機能と、
d)前記無線センサ・ノードの動作を制御するためのファームウェアを実行するマイクロプロセッサと、
を備える、請求項3に記載のシステム。 - 前記1つまたは複数のセンサが、加速度を測定するためのセンサを含み、前記無線センサ・ノードが、特定のタイプの加速度を検出するようにチューニングされる、請求項49に記載のシステム。
- 好ましくない加速度を除外するために選択される弾力材を含むメカニカル・フィルタをさらに備え、前記メカニカル・フィルタが、前記好ましくない加速度が前記加速度計に到達する前に前記好ましくない加速度を除去するために配備される、請求項50に記載のシステム。
- 前記無線センサ・ノードが、前記筐体内に配備されたポッティング材をさらに備え、前記ポッティング材が、好ましくない加速度を吸収することで前記無線センサ・ノードをチューニングするために使用される、請求項50に記載のシステム。
- 前記ファームウェアが、特定のタイプの加速度を分離するために使用される1つまたは複数のソフトウェア・フィルタを含む、請求項49に記載のシステム。
- 前記ファームウェアが、
a)前記1つまたは複数のセンサからデータを読み取る機能と、
b)前記データを、アラートまたはイベントを報告するためのルールのセットと比較する機能と、
c)前記データが前記ルールの1つまたは複数と合致する場合に、アラートまたはイベントを前記通信管理ユニットに伝達する機能と、
を実行する、請求項49に記載のシステム。 - 前記ファームウェアが、イベントを検出するための分析システムを実装し、前記分析システムが、
a)1つまたは複数のセンサ・セクション
を備え、前記センサ・セクションの各々が、
i)1つまたは複数の加速度検出器から読み取られたデータから、関心のある特定の加速度を分離するためのフィルタと、
ii)前記フィルタリングされたデータから、関心のある特定の特徴を検出するための特徴検出器と、
を有する、請求項49に記載のシステム。 - 列車編成または鉄道車両における稼働異常を検出するためのシステムであって、
a)電源内蔵式無線ゲートウェイと、前記列車編成内の1つまたは複数の鉄道車両に配置された1つまたは複数の通信管理ユニットとを備える列車ベースのメッシュ・ネットワークと、
b)1つまたは複数の無線センサ・ノードを有するメッシュ・ネットワーク構成に各々配置された、前記1つまたは複数の通信管理ユニットを備える1つまたは複数の鉄道車両ベースのメッシュ・ネットワークと、
c)前記無線センサ・ノードと、前記通信管理ユニットと、前記電源内蔵式無線ゲートウェイとにわたって分散された分散複合イベント処理エンジンであって、前記無線センサ・ノードにより制御されるセンサにより収集され、前記システムの中で上流に伝播されるデータを介して前記列車編成に関する異常な稼働状態を検出する分散複合イベント処理エンジンと、
を備える、システム。 - 鉄道車両に取り付けられるように構成された無線センサ・ノードであって、
a.保護筐体と、
b.電源と、
c.加速度計と、
d.無線通信用であって、前記無線センサ・ノードの動作を制御するための電気回路と、
を備え、
e.前記電気回路が、特定のタイプの加速度を分離するために使用される1つまたは複数のソフトウェア・フィルタを有するファームウェアを実行可能なマイクロプロセッサを含む、無線センサ・ノード。 - 前記加速度計が組み込まれる前記筐体内にポッティング材をさらに備え、前記ポッティング材が、前記鉄道車両から好ましくない加速度を除去するために選択される、請求項57に記載の無線センサ・ノード。
- 好ましくない加速度を除去するために選択された弾力材から構成され、前記加速度が前記加速度計により検出される前に前記好ましくない加速度を除去するように配置されるメカニカル・フィルタをさらに備える、請求項57に記載の無線センサ・ノード。
- 列車編成の一部である鉄道車両における稼働異常を検出するためのシステムであって、
a)前記列車編成に取り付けられる少なくとも1つの通信管理ユニット(CMU)と、
b)前記鉄道車両の稼働パラメータを検知するために前記鉄道車両に配置され、前記CMUと通信する少なくとも2つのセンサと
を備え、
c)前記CMUが、
i)前記センサからデータを受信する機能と、
ii)前記鉄道車両のパフォーマンスに関して前記センサのうち少なくとも2つから受信された前記データから推論する機能と、
iii)異常が検出された場合にメッセージをリモート受信機に伝達する機能と、
を実行する、
システム。 - 前記センサが、前記鉄道車両の異なる位置に配置された加速度計を備え、前記推論するステップが、前記加速度計の2つ以上からのデータの比較を備える、請求項60に記載のシステム。
- 前記センサが、前記鉄道車両の異なる位置に配置された温度計を備え、前記推論するステップが、2つ以上の前記温度計からのデータの比較を備える、請求項60に記載のシステム。
- i)1つの鉄道車両車輪からの加速度を、同一車軸上にあるが前記鉄道車両の反対側にある他の鉄道車両車輪の加速度と比較する機能と、
ii)1つの鉄道車両車輪からの加速度を、前記鉄道車両の同じ側にある少なくとも1つの他の車輪の加速度と比較する機能と、
iii)1つの鉄道車両車輪からの加速度を、前記1つの鉄道車両車輪と同じ側にあって、同じ列車編成の他の鉄道車両にある、少なくとも1つの他の鉄道車両車輪の加速度と比較する機能と、
のうちの1つまたは複数を実行するためのデータを提供するために、前記加速度計が前記鉄道車両上に配置される、請求項61に記載のシステム。 - i)前記鉄道車両の前端と後端とからの加速度を比較する機能と、
ii)前記鉄道車両上の任意の2つの場所からの加速度を比較する機能と、
iii)1つの鉄道車両からの加速度を、同一の列車編成内の他の鉄道車両の加速度と比較する機能と、
のうちの1つまたは複数を実行するためのデータを提供するために、前記加速度計が前記鉄道車両上に配置される、請求項61に記載のシステム。 - 1つの鉄道車両車輪ベアリングからの温度データを、同一車軸上にあるが前記鉄道車両の反対側にある他の鉄道車両車輪ベアリングの温度データと比較するためのデータを提供するために、前記温度センサが前記鉄道車両上に配置される、請求項62に記載のシステム。
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