大秦鐵路列車(chē)5T系統(tǒng)信息融合技術(shù)的研究

閆 劍，岳建海，楊 賀

（北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044）

大秦鐵路列車(chē)5T系統(tǒng)信息融合技術(shù)的研究

閆 劍，岳建海，楊 賀

（北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044）

鐵路5T系統(tǒng)是中國(guó)鐵路在面臨客貨混運(yùn)、提速、重載的新形勢(shì)下采取的保障車(chē)輛運(yùn)行安全的重要手段。系統(tǒng)采用多種先進(jìn)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但由于車(chē)輛部件的各類(lèi)故障是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的，在實(shí)際應(yīng)用中，存在著信息共享、集中監(jiān)控、綜合分析的強(qiáng)烈需求。本文通過(guò)對(duì)大秦鐵路的實(shí)際調(diào)研，提出了一種建設(shè)5T系統(tǒng)信息融合的方法。

車(chē)輛；安全監(jiān)控；5T系統(tǒng)；信息融合

隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，鐵路貨車(chē)技術(shù)裝備得到長(zhǎng)足發(fā)展，其中，5T系統(tǒng)的持續(xù)列裝[1]，對(duì)車(chē)輛運(yùn)用過(guò)程隱形故障的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，為安全運(yùn)輸起到了巨大的保障作用。對(duì)車(chē)輛運(yùn)行故障和安全隱患進(jìn)行預(yù)判報(bào)警，減輕了列檢現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和人員數(shù)量，提高了工作效率和發(fā)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確率，防范車(chē)輛故障隱患，確保了鐵路貨車(chē)的運(yùn)行安全。

5T系統(tǒng)分別對(duì)鐵路車(chē)輛主要構(gòu)件和運(yùn)行質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但由于車(chē)輛部件的各類(lèi)故障是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的，在實(shí)際應(yīng)用中，存在著信息共享、集中監(jiān)控、綜合分析的強(qiáng)烈需求[4]。通過(guò)對(duì)5T系統(tǒng)信息資源有效的融合，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)與交叉檢索，對(duì)提高安全預(yù)警水平和故障分析能力等具有重要意義。

本文通過(guò)對(duì)大秦鐵路的實(shí)際調(diào)研，提出了一種建設(shè)5T信息融合系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)）的方法。

1 5T系統(tǒng)簡(jiǎn)介

車(chē)輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)[5]（THDS，Trace Hotbox Detection System）：利用軌邊的紅外探頭，對(duì)列車(chē)軸承溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)熱軸故障，并通過(guò)配套故障智能跟蹤裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱軸的精確跟蹤和預(yù)報(bào)。

車(chē)輛運(yùn)行品質(zhì)軌邊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS，Truck Performance Detection System）：利用安裝在正線上的軌道測(cè)試平臺(tái)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)通過(guò)列車(chē)輪軌相互作用連續(xù)的垂直力和橫向力，重點(diǎn)防范脫軌事故發(fā)生。

車(chē)輛滾動(dòng)軸承的軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（TADS，Trackside Acoustic Detection System）：利用軌邊噪聲陣列實(shí)時(shí)采集運(yùn)行貨車(chē)滾動(dòng)軸承噪聲，監(jiān)測(cè)運(yùn)行車(chē)輛滾動(dòng)軸承的早期故障。

貨車(chē)故障軌邊圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TFDS,Trouble of moving Freight car Detection System）：利用軌邊高速攝像技術(shù)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)通過(guò)的貨車(chē)，采用圖像智能識(shí)別和人機(jī)結(jié)合的方式，判別貨車(chē)的常見(jiàn)故障。

客車(chē)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)（TCDS， Train Coach Detection System）：其作用是對(duì)客車(chē)運(yùn)行安全關(guān)鍵部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，重點(diǎn)防范車(chē)熱軸事故、火災(zāi)事故，走行部、制動(dòng)部、供電及空調(diào)故障。

2 系統(tǒng)融合設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)以貨車(chē)車(chē)輛為管理對(duì)象，以車(chē)號(hào)為唯一關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，融合5T信息資源，建立貨車(chē)車(chē)輛安全監(jiān)測(cè)信息的全局視圖，為列檢車(chē)間針對(duì)貨車(chē)車(chē)輛的安全管理、檢測(cè)和維修等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供及時(shí)、完整的5T融合信息服務(wù)。為保障鐵路貨車(chē)運(yùn)行安全、提高故障車(chē)輛檢測(cè)效率提供有效支撐。

3 系統(tǒng)融合流程設(shè)計(jì)

在為期兩個(gè)月的調(diào)研過(guò)程中，結(jié)合大秦鐵路5T系統(tǒng)現(xiàn)狀和列檢所5T信息融合應(yīng)用需求，對(duì)5T信息（不包含客車(chē)運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)TCDS）的采集、融合到服務(wù)整個(gè)過(guò)程細(xì)分為6個(gè)具體流程。

3.1 數(shù)據(jù)采集流程

數(shù)據(jù)采集是將5T的數(shù)據(jù)從不同的數(shù)據(jù)包中進(jìn)行讀取，然后進(jìn)行解析。TA、TP、TF采用的是XMAL格式進(jìn)行存儲(chǔ)，可直接進(jìn)行解析。TH采用原廠家自己封包的DATA文件格式，需要對(duì)其數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析。采集數(shù)據(jù)包是從5T中心站進(jìn)行讀取，讀取方式采用監(jiān)控文件目錄。

3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)按以下4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理：

（1）屬性標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換：對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)屬性，進(jìn)行標(biāo)識(shí)替換。

（2）事實(shí)數(shù)據(jù)：采用入庫(kù)存儲(chǔ)要求進(jìn)行事實(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

（3）類(lèi)型長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換：對(duì)傳輸中數(shù)據(jù)類(lèi)型以及長(zhǎng)度進(jìn)行變化。

（4）切分和組合轉(zhuǎn)換：對(duì)于長(zhǎng)數(shù)據(jù)，可以采用切分，分成不同的維度。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程

3.3.1 入庫(kù)原則

（1）事實(shí)數(shù)據(jù)只做入庫(kù)，不做計(jì)算；屬性數(shù)據(jù)，做維度標(biāo)準(zhǔn)化，做查詢(xún)條件關(guān)鍵字。

（2）采用多冗余，預(yù)加工處理，在各個(gè)地方，對(duì)車(chē)輛來(lái)說(shuō)為全數(shù)據(jù)。

3.3.2 入庫(kù)方法

（1）原數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：接口得到各數(shù)據(jù)包，分類(lèi)進(jìn)行備份存儲(chǔ)，采用日志式，即文本文件方式。

（2）日志文件存儲(chǔ)：同時(shí)產(chǎn)生日志序列，寫(xiě)在單一的日志文件目錄中，用于原數(shù)據(jù)的目錄索引，方便進(jìn)行查找；也可將日志表直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)：按4種類(lèi)型進(jìn)行入庫(kù)存儲(chǔ)，采用多表進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。維度分為時(shí)間、車(chē)輛、事故類(lèi)型以及探測(cè)站。其中探測(cè)站存儲(chǔ)為原數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。只是將文本文件的內(nèi)容導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)不分中心站、段局、列檢等，將各需要的數(shù)據(jù)全部壓入各自的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.4 數(shù)據(jù)加工流程

（1）對(duì)車(chē)輛的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理：每次車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)站，得到事實(shí)數(shù)據(jù)后，將根據(jù)預(yù)加工后，以車(chē)輛為主線，在每個(gè)車(chē)輛信息后進(jìn)行追加故障數(shù)據(jù)以及事實(shí)數(shù)據(jù)。其中故障數(shù)據(jù)要求保存24個(gè)月，事實(shí)數(shù)據(jù)保存3個(gè)月，超過(guò)時(shí)限，老數(shù)據(jù)由新數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，空間循環(huán)使用。

（2）視圖處理：為了方便上層展示，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，達(dá)到快速讀取的目的。

3.5 數(shù)據(jù)分發(fā)流程

存儲(chǔ)與分發(fā)并行處理：

（1）根據(jù)各列檢所查詢(xún)到其所需檢測(cè)站的數(shù)據(jù)。

（2）將根據(jù)車(chē)輛信息，通過(guò)目錄索引，得到各車(chē)輛數(shù)據(jù)包文件，壓縮打包。

（3）通過(guò)TCP或者WebService方式將數(shù)據(jù)包分發(fā)給列檢所。

（4）列檢所對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，壓入列檢本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。

3.6 數(shù)據(jù)展示流程

（1）各列檢所得到分發(fā)數(shù)據(jù)后，由后臺(tái)發(fā)起向前推送指令。

（2）前臺(tái)頁(yè)面采用5 s輪循處理或者采用單線程長(zhǎng)連接，得到指令。

（3）調(diào)用后臺(tái)的數(shù)據(jù)，展示在前臺(tái)的頁(yè)面中。

4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)架設(shè)計(jì)

以車(chē)號(hào)為唯一標(biāo)識(shí)，依據(jù)地理位置、故障類(lèi)型、組織機(jī)構(gòu)等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車(chē)輛的5T信息進(jìn)行融合，系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)的層級(jí)依次是列車(chē)信息、車(chē)輛信息、部件信息，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)架圖

5 系統(tǒng)信息融合的核心技術(shù)

5.1 采集和解析

5T信息融合最核心、最困難的問(wèn)題就是要解決5T數(shù)據(jù)的采集和解析，為了保證5T信息融合效率，滿(mǎn)足列檢作業(yè)的實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)根據(jù)5T系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，利用最新的網(wǎng)頁(yè)抓取技術(shù)和數(shù)據(jù)包解析算法來(lái)解決數(shù)據(jù)采集和解析的問(wèn)題。

5.2 關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)的選取

系統(tǒng)以車(chē)號(hào)為唯一關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，融合同一輛車(chē)在不同時(shí)間內(nèi)的5T信息，為每一輛車(chē)建立一個(gè)5T信息融合全局視圖，為故障車(chē)輛5T融合信息關(guān)聯(lián)綜合分析奠定必要基礎(chǔ)。

5.3 故障車(chē)輛信息關(guān)聯(lián)的綜合分析

車(chē)輛部件的各類(lèi)故障是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的，在對(duì)故障原因的判別中需要綜合分析。系統(tǒng)利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑⒐收宪?chē)輛5T信息關(guān)聯(lián)分析數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行關(guān)聯(lián)故障的智能分析，快速進(jìn)行故障判斷。

6 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)通過(guò)在列檢所安裝試運(yùn)行，經(jīng)列檢作業(yè)的實(shí)踐檢驗(yàn)，滿(mǎn)足列檢作業(yè)對(duì)5T信息融合的應(yīng)用需求，提高了故障車(chē)輛檢測(cè)效率和故障分析水平。

[1]劉瑞揚(yáng). 建設(shè)地對(duì)車(chē)綜合安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，14 （4）：18- 20 .

[2]劉瑞揚(yáng)，王毓民. 鐵路貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)地面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPDS）原理及應(yīng)用[M] . 北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3]劉瑞揚(yáng)，王毓民. 鐵路貨車(chē)滾動(dòng)軸承早期故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)（TADS）原理及應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[4]陳伯施，劉瑞揚(yáng). 地對(duì)車(chē)安全監(jiān)控體系5T系統(tǒng)信息整合與應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社， 2006.

[5]陳 雷，趙長(zhǎng)波.鐵路貨車(chē)信息化應(yīng)用技術(shù)概論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[6]李百泉，劉瑞揚(yáng)，張 軍. 貨車(chē)滾動(dòng)軸承早期故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)[J].中國(guó)鐵路， 2006 （9）：35- 38.

[7]劉瑞揚(yáng).鐵路貨車(chē)運(yùn)行故障動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TFDS）原理及應(yīng)用[J].中國(guó)鐵路， 2005（5）：26-27.

[8]中華人民共和國(guó)鐵道部.車(chē)輛軸溫智能探測(cè)系統(tǒng)（THDS）設(shè)備檢修維護(hù)管理規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

責(zé)任編輯 方 圓

Information fusion technology for 5T System of train in Datong-Qinhuangdao Line

YAN Jian, YUE Jianhai, YANG He
( School of Mechanical and Electronic Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

5T System(Trace Hotbox Detection System, Truck Performance Detection System, Trackside Acoustic Detection System, Trouble of moving Freight car Detection System, Train Coach Detection System) was the important means to guarantee the safe operation of the vehicle under the new situation of mixed passenger and freight transportation, speeding-up, overloaded. The System was used advanced motion detection technology, information processing technology and network technology to achieve real-time vehicle dynamic monitoring of running status. However, various types of failure of vehicle components were interacting and interrelated, in practical applications, there was a strong demand for information sharing, centralized monitoring and comprehensive analysis. Based on the actual research of Datong-Qinhuangdao Line, a set of building method of 5T information fusion was proposed.

vehicle; security monitoring; 5T system; information fusion

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0052-03

2014-05-07

鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃（2012J006-G）。

閆 劍，在讀碩士研究生；岳建海，副教授。