大數據環境下高速動車組轉向架狀態監測及其故障診斷研究

江濤 高中甫

摘要：隨著國民經濟的發展，人們的出行方式越來越多，出行次數也越來越多。同時，軌道交通作為交通運輸的重要組成部分之一，仍然是承載客流 量最大的交通工具，其中高速動車組是高鐵運輸的核心。為保障互聯網+時代客運安全，杜絕高速動車組轉向架故障，需要利用大數據對高速動車組轉向架 狀態檢測和故障診斷經驗進行總結。并將該經驗應用于日常維護檢查，本文簡要介紹了大數據環境下的鐵路信息化進程以及通過大數據檢測高速動車組轉 向架狀況的方法。

關鍵詞：動車轉向架;狀態監測;大數據;故障處理

引言

隨著我國鐵路建設的積極發展，軌道交通也有了質的飛躍。同時，人 均收入的增加不僅刺激了消費，也帶來了更多的出行，給鐵路運輸帶來了 壓力。大數據分析就是分析海量數據，獲取有價值的信息。基于大數據的 轉向架狀態檢測，根據高速動車組轉向架的歷史故障信息總結故障規律，為轉向架故障診斷提供關鍵依據。

一、大數據應用于動車組轉向架的現狀

轉向架在日語中也稱為臺車。轉向架直接承載高速列車的車身和車輛 載荷，保證車輛沿鐵路軌道平穩運行和轉動，減少車輛行駛過程中的摩擦 和振動，這是最重要的部件之一。換言之，高速動車組的行駛穩定性和乘 員舒適度可以直接由轉向架的質量決定。為構建我國高效、快捷的動車組 運輸方式，基于“大數據”環境和技術，考慮到動車組數量多、執行速度 快、運行環境復雜，高速動車組狀態數據轉向架運行故障診斷匯總、整合 數據，構建高速車輛故障準確診斷和預警的大數據平臺系統。

隨著我國鐵路信息化和高速動車組技術的發展，大量高速動車組運行 數據記錄在數據庫中。即集成高速動車組收集的狀態數據。這包括高速動 車組查看錯誤信息和狀態信息，包括錯誤描述、錯誤編號、動車組編號、 列車編號、車廂編號、車廂類型、運行周期、速度、里程、溫度、經度、 緯度等。

高速動車組在運行的同時，各個零部件都在高速運行，不可避免地造 成損失和故障，需要付出努力。信息作為數據存儲后，可以通過網絡技術 進行關聯對比，然后與故障相關信息快速匹配激活，快速有效地確定車輛 缺陷。

大數據在我國動車組轉向架故障檢測中的應用可歸納為以下三類：

1.故障數據庫：收集高速動車組運行中的轉向架狀態數據，記錄故障 原因，建立故障數據庫。

2.關聯規則：由于錯誤庫的內容非常大，我們需要對錯誤庫中的數據 進行預處理。其中，應用關聯規則，與通過關聯規則算法預處理的錯誤庫 進行比較，最終生成錯誤規則。

3.依據故障規則排查故障：評估通過大數據比較確定的故障原因，并 評估使用大數據創建的解決方案的可行性。

二、轉向架狀態檢測軟硬件架構

1.傳感器。

傳感器可以接收感應到的信息，按照一定的方法和規律，將被測到的 信息轉換成電信號或其他形式，并將感應到的信息傳輸到外界。測量信息 的處理和存儲、顯示、記錄和控制功能。

高速動車組傳感器的類型包括速度傳感器、紅外軸溫傳感器、軌道清 潔器、激光位移傳感器和加速度傳感器。在高速動車組上，可以看到一個 電子屏幕，顯示高鐵每天的實時運行速度，它使用了速度傳感器。第二種 是溫度傳感器，使用紅外線軸溫度傳感器測量溫度，這也是最常見的傳感 器類型。這種傳感器可以判斷高速動車組在運行過程中軸與軸承摩擦產生 的熱能是否異常。為此，如果傳感器安裝在合適的位置，就可以實時監控 高鐵動車組的運行狀態。當轉向架發生故障時，摩擦會增加，熱能也會增 加，進而會增加車軸和軸承的溫度。所以可以通過溫度傳感器來判斷轉向 架是否異常。

2.數據采集處理系統

移動網絡和云計算等技術的快速發展促進了高速動車組和其他車輛的 移動辦公和數據處理。應用于轉向架檢測，形成數據采集處理系統，是一 個全轉向架檢測架構的數據采集處理系統。數據采集和處理系統始終處于 待機狀態，直到更高級別的軟件發出觸發系統的命令。數據采集系統采集 數據、處理和分析數據，并存儲采集的信號。

3.終端設備

高鐵動車組使用的終端設備具有便攜性、多媒體性、移動互聯網技術 和成熟的移動應用開發技術使用等特點。移動終端設備在高速動車組運維 中的應用，可為高速動車組人員提供便捷、科學、高效的技術支持。故障 系統提供的信息為高鐵動車組運維人員提供相關信息審核、反饋和故障排 除，為運維決策提供有力的信息支持。

三、轉向架故障診斷方法

1.基于故障樹

運用邏輯方法，對失敗的原因進行直觀、清晰的思考和邏輯分析，既?可以進行定量分析，也可以進行定性分析。系統工程方法作為高速動車組?組裝箱式車架狀態檢測和故障診斷的主要分析方法之一，用于系統、準確、 可預測地診斷轉向架安全問題。

2.基于貝葉斯網格

貝葉斯網絡又稱信念網絡，是貝葉斯方法的延伸，是目前不確定表示 和推理領域最有效的理論之一。貝葉斯網格誤差診斷方法可以理解為利用 計算機網格程序和預測系統在適當條件下進一步補充新信息。目的是修改 概率以使決策結果更準確，同時使用新信息來促進更正的使用，做出新決 定的概率。由于高速動車組轉向架的故障因素微乎其微，屬于不確定性和 隨機性故障，因此可以應用于貝葉斯網格表示和故障原因分析，可以從不 確定的故障信息中進行推斷。

3.基于模糊推理算法

模糊推理算法是計算機網絡科學進步的產物，隨著算法本身的進步，它們逐漸成為處理模數信息的重要信息技術工具。類似于貝葉斯網格的應 用，模糊推理算法在計算機算法和其他技術中的模糊控制領域被廣泛使用，旨在提供一個對模糊問題提供接近答案的數據庫。當高速動車組轉向架的 故障因素不確定且故障原因復雜時，可以使用模糊推理算法在大致范圍內 快速診斷故障。

結束語

由于高速動車組車輛結構的精密性和復雜性，高速動車組的故障原因 往往是由多種因素造成的。轉向架是高速動車組的關鍵部件，診斷轉向架 中的缺陷需要綜合分析和判斷。在網絡信息現代化的今天，面對高速動車 組運行過程中產生和采集的海量數據，需要加強線路信息化建設，完善車 輛故障檢測信息大數據。

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