轉(zhuǎn)向架故障軌邊檢測系統(tǒng)柔性設(shè)計(jì)與樣機(jī)研究

摘要：研究了面向轉(zhuǎn)向架故障預(yù)警的軌邊綜合檢測系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方法和樣機(jī)實(shí)現(xiàn)，檢測功能包含動(dòng)態(tài)輪軌作用力、轉(zhuǎn)向架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和曲線通過性能三個(gè)模塊。輪軌力檢測子系統(tǒng)針對(duì)車輪踏面損傷和輪重均衡類故障，采用軌腰應(yīng)變橋路與接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量。失穩(wěn)檢測子系統(tǒng)針對(duì)轉(zhuǎn)向架蛇行失穩(wěn)和車輪偏磨等故障，采用非接觸式電渦流傳感器測量輪軌動(dòng)態(tài)幾何間隙。曲線通過性能檢測子系統(tǒng)針對(duì)車輛曲線運(yùn)行時(shí)脫軌系數(shù)、減載率以及輪軸橫向力指標(biāo)異常故障，通過測量輪軌橫、垂作用力，基于多維數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)算法識(shí)別因輪軌異常磨耗或懸掛系統(tǒng)特性劣化導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向架曲線通過不良故障。主控軟件采用設(shè)計(jì)模式滿足功能柔性擴(kuò)展需求，模塊內(nèi)部緊聚合而模塊間松耦合。基于消息生產(chǎn)－消費(fèi)、多數(shù)據(jù)隊(duì)列模式實(shí)現(xiàn)異構(gòu)硬件設(shè)備互聯(lián)、傳感器信號(hào)異速采集存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算以及數(shù)據(jù)庫異步訪問等集成機(jī)制。基于本地Web服務(wù)器和客戶端瀏覽器實(shí)現(xiàn)用戶界面，數(shù)據(jù)可視化與軌邊數(shù)據(jù)采集分析功能完全解耦。

關(guān)鍵詞：軌邊檢測；轉(zhuǎn)向架故障；運(yùn)維支持；柔性設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U260.331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2024.12.007

文章編號(hào)：1006-0316 （2024） 12-0051-08

Flexible Design and Prototype Research of the Wayside Inspection System for Bogie Faults Detection

GUO Xiong，WANG Jianbin，ZHANG Dafu

（"State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System， Southwest Jiaotong University，Chengdu"610031， China ）

Abstract：This study focuses on the wayside inspection system for bogie faults detection， including hardware and software design， and prototype implementation. The system is composed of three independent units， the wheel rail contact force detection module， the bogie stability detection module and the vehicle curving performance detection module. The contact force detection subsystem focuses on the wheel thread damages and wheel loads imbalance by strain measuring of rail waist and proximity switches. The bogie stability detection subsystem focuses on the high-speed running stability and asymmetrical wear of the wheelsets by measuring dynamic geometry gap with non-contact eddy current sensor. The curving performance detection subsystem focuses on the curving safety related faults such as the derailment factor， load reduction and abnormal lateral force of the axle. The design modes in software engineering were adopted for flexible requirement expansion. The function modules were designed with tight aggregation within modules and loose coupling between modules. Based on the producer-consumer and data queues design modes， the system integration mechanism was implemented，"including heterogenic"data acquisition hardware integration， multiple data sampling rates synchronization， data asynchronous processing algorithm and database access. The user interface was built by the local Web server and remote explorer. The data visualization in remote user interface is completely decoupled with the wayside data center.

Key words：wayside inspection system；bogie faults；maintenances supporting；flexible design

軌邊檢測系統(tǒng)是安裝在線路上針對(duì)移動(dòng)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)化信息采集與性能評(píng)估的各類檢測設(shè)備與分析軟件的總稱，是車輛運(yùn)維保障的關(guān)鍵支撐平臺(tái)^[1-2]。早期軌邊檢測系統(tǒng)主要針對(duì)輪對(duì)機(jī)械類故障，如檢測軸承損傷的溫度與噪聲測試系統(tǒng)、檢測車輪踏面擦傷剝離故障的輪軌沖擊力測試系統(tǒng)。近些年，隨著傳感器技術(shù)、采集硬件以及故障檢測算法的發(fā)展，軌邊檢測系統(tǒng)向多檢測量數(shù)據(jù)融合、大數(shù)據(jù)人工智能判別、先進(jìn)復(fù)合傳感器網(wǎng)絡(luò)以及分布式計(jì)算等方向發(fā)展，滿足功能柔性裁剪、快速部署、在線功能升級(jí)等行業(yè)需求^[3]。除了機(jī)械故障、部件損壞識(shí)別等常規(guī)檢測目的，通過多維數(shù)據(jù)檢測支撐車輛狀態(tài)維修和精細(xì)化管理是軌邊檢測系統(tǒng)的主要技術(shù)前進(jìn)方向。國內(nèi)外成熟部署的軌邊檢測系統(tǒng)主要面向單一部件的功能性故障檢測和預(yù)警，如輪軌沖擊力檢測^[4-5]、曲線通過性能檢測^[6-8]、轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)檢測^[9]、軸承噪音檢測^[10-11]、車輪多邊形檢測^[12-13]等。

基于上述分析，本文聚焦轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)相關(guān)故障識(shí)別，構(gòu)建了連續(xù)輪軌力檢測、曲線通過性能檢測和轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)檢測三個(gè)子系統(tǒng)，研究了軟件功能柔性設(shè)計(jì)方法，主要包括：

（1）異構(gòu)硬件設(shè)備集成設(shè)計(jì)方法：基于Labview平臺(tái)對(duì)異構(gòu)的NI CompactRIO和HBM QuantumX硬件創(chuàng)建了統(tǒng)一接口，通過公用時(shí)鐘完成各模擬量同步采集；驗(yàn)證了一種邊緣計(jì)算設(shè)備集成方法，采用Jetson Nano運(yùn)行Python程序完成系統(tǒng)觸發(fā)、輪計(jì)數(shù)和車速等計(jì)算，與主控軟件采用低速I2C（Inter-Integrated Circuit，內(nèi)部集成電路）總線進(jìn)行數(shù)字通信。

（2）主控軟件功能模塊解耦設(shè)計(jì)方法：基于軟件工程中消息生產(chǎn)－消費(fèi)、數(shù)據(jù)隊(duì)列等設(shè)計(jì)模式，對(duì)主控軟件的測量控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、算法分析以及數(shù)據(jù)庫訪問等功能模塊進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，滿足獨(dú)立升級(jí)和擴(kuò)展的設(shè)計(jì)需求。

（3）通過軌邊Web服務(wù)器和遠(yuǎn)程客戶端瀏覽器實(shí)現(xiàn)用戶界面隔離設(shè)計(jì)，利用JSON、AJAX等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新。

1 轉(zhuǎn)向架故障檢測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

輪軌關(guān)系是鐵道車輛動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，檢測參數(shù)主要有連續(xù)輪軌力、動(dòng)態(tài)幾何間隙以及車輪踏面曲線。輪軌力測量用以評(píng)估沖擊當(dāng)量、脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力等安全指標(biāo)。輪軌間隙測量用于評(píng)估轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定狀態(tài)和輪對(duì)偏磨量。踏面曲線測量用于計(jì)算等效錐度作為車輪旋修依據(jù)。還可以基于多維數(shù)據(jù)融合和車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型對(duì)轉(zhuǎn)向架懸掛部件的特性劣化復(fù)合故障進(jìn)行反演和識(shí)別。

1.1 系統(tǒng)組成

所研究的軌邊檢測系統(tǒng)包含軌邊傳感器網(wǎng)絡(luò)、軌邊數(shù)據(jù)中心和用戶界面三個(gè)部分，如圖1所示。軌邊傳感器網(wǎng)絡(luò)由系統(tǒng)觸發(fā)邊緣計(jì)算平臺(tái)、輪軌力測試應(yīng)變橋路、進(jìn)出接近開關(guān)和電渦流傳感器等一系列安裝于軌邊的傳感器組成。其中，用于系統(tǒng)觸發(fā)、輪計(jì)數(shù)、車速計(jì)算的邊緣計(jì)算平臺(tái)布置在測量區(qū)段前100"m位置；動(dòng)態(tài)輪軌力檢測與輪軌間隙檢測子系統(tǒng)的應(yīng)變橋路和電渦流傳感器布置在預(yù)先選定的直線高速運(yùn)行區(qū)段；曲線通過性能檢測子系統(tǒng)的輪軌橫垂力應(yīng)變橋路布置在選定曲線的進(jìn)出緩圓點(diǎn)位置。

軌邊數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)采集硬件、主控軟件工作站和數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。關(guān)鍵安全性指標(biāo)數(shù)據(jù)通過Web服務(wù)器實(shí)時(shí)廣播到指定用戶端，原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到軌邊備份數(shù)據(jù)庫。

1.2 故障映射

對(duì)于模式單一且有直接表征量的部件故障識(shí)別采用閾值判據(jù)模式，指標(biāo)限度值取自大量測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征。對(duì)于復(fù)合模式且沒有直接表征量的轉(zhuǎn)向架故障，采用基于信號(hào)特征和故障動(dòng)力學(xué)仿真的深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行模式識(shí)別。通過檢測輪軌作用力和動(dòng)態(tài)幾何間隙獲得輪對(duì)單一故障類型和等級(jí)，故障映射關(guān)系如表1所示。

對(duì)于某些閾值判據(jù)存在較高誤判率的復(fù)雜轉(zhuǎn)向架故障，需要通過復(fù)合傳感器的多維數(shù)據(jù)基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行故障模式識(shí)別。本文的多維測量數(shù)據(jù)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出層設(shè)計(jì)以及故障模式映射關(guān)系如表2所示。

輪軌動(dòng)態(tài)間隙通過軌邊非接觸式電渦流傳感器測量。車輪通過測試段時(shí)，輪對(duì)動(dòng)態(tài)橫移量為離散化數(shù)據(jù)點(diǎn)，原理如圖2所示。

輪軌力采用傳統(tǒng)的軌腰應(yīng)變橋路進(jìn)行測量，通過接近開關(guān)精確獲得車輪進(jìn)出測試軌跨的時(shí)間，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接使測量區(qū)段覆蓋車輪圓周。數(shù)據(jù)測量與拼接原理如圖3所示。

2 傳感器與采集硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軌邊施工方案包含軌腰貼片、電渦流傳感器夾具安裝、傳感器綜合布線以及各類設(shè)備防護(hù)安裝。軌邊數(shù)據(jù)中心安裝數(shù)據(jù)采集設(shè)備、運(yùn)行數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.1 軌邊傳感器與測量原理

當(dāng)車輪運(yùn)行累積到一定里程后，等效錐度達(dá)到車輛穩(wěn)定極限狀態(tài)，線路不平順激擾激發(fā)轉(zhuǎn)向架自激振動(dòng)，即輪對(duì)出現(xiàn)蛇行運(yùn)動(dòng)。通過輪軌間隙離散點(diǎn)描繪出輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)軌跡。非接觸式電渦流位移傳感器安裝示意如圖4所示，傳感器前端面距離軌肩為55 mm，符合機(jī)車車輛限界要求。

一個(gè)測量斷面的左右軌上均安裝有電渦流位移傳感器，由左右輪軌間隙差得到車輪橫移量，由左右輪到達(dá)時(shí)間差得到車輪搖頭角，如圖5所示。其中，車輪橫移量δ＝（δ_L－δ_R）/2，輪軌間隙和到達(dá)時(shí)間均取自連續(xù)信號(hào)的時(shí)間歷程峰值點(diǎn)。

根據(jù)轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)波長范圍，本文的樣機(jī)系統(tǒng)在兩側(cè)鋼軌分別布置15跨傳感器組合，測試區(qū)段總長度為10"m，如圖6所示。

輪軌力測量采用傳統(tǒng)應(yīng)變橋路方案，如圖7所示。測量兩組軌腰中性層的剪切應(yīng)變得到輪軌垂向力，測量軌枕上方鋼軌彎曲應(yīng)力梯度得到輪軌橫向力。采用接近開關(guān)精確捕捉車輪進(jìn)出測量軌跨的時(shí)間點(diǎn)，在程序中完成垂向力時(shí)間歷程拼接。輪軌力測試區(qū)段總長度為15"m。

2.2 軌邊數(shù)據(jù)中心采集硬件

數(shù)據(jù)采集硬件為異構(gòu)體系，如圖8所示，通過Labview主控軟件和數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。采用虛擬驅(qū)動(dòng)對(duì)異構(gòu)硬件的采樣時(shí)鐘進(jìn)行同步，保證異源數(shù)據(jù)同步性。

Q為橫向力；P為垂向力；a、b、c、d為軌腰橫向橋路輸出應(yīng)變；α、β為垂向橋路輸出應(yīng)變；D為橫向標(biāo)定矩陣；

A為垂向標(biāo)定矩陣。采用運(yùn)行Python監(jiān)控程序的邊緣計(jì)算平臺(tái)Jetson Nano完成觸發(fā)、計(jì)數(shù)與車速計(jì)算功能，通過串口與主控軟件通信。采用HBM QuantumX采集應(yīng)變橋路信號(hào)，通過高速以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用NI CompactRIO采集加速度、超聲和電渦流位移信號(hào)，計(jì)算結(jié)果通過IEEE1394總線傳輸至主控計(jì)算機(jī)。

車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)為功能獨(dú)立的子系統(tǒng)，列車的車號(hào)、輪號(hào)數(shù)據(jù)推入本地?cái)?shù)據(jù)庫，結(jié)果數(shù)據(jù)均通過輪號(hào)索引實(shí)現(xiàn)融合。

3 主控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主控軟件是檢測系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)同步采集、數(shù)據(jù)分析、故障模式識(shí)別、運(yùn)維信息分發(fā)和本地?cái)?shù)據(jù)庫訪問等功能，需滿足長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，也可以靈活的升級(jí)功能配置。在系統(tǒng)需求分析和頂層設(shè)計(jì)階段利用軟件工程開發(fā)模式對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，模塊功能遵循緊內(nèi)聚松耦合的原則。

3.1 柔性可擴(kuò)展設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段系統(tǒng)包含輪軌力、轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)和曲線通過性能三個(gè)檢測功能，柔性可擴(kuò)展設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)具備對(duì)新型硬件設(shè)備和傳感器的集成能力。主控軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)新型硬件采集設(shè)備的同步驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)通信，對(duì)異構(gòu)傳感器的數(shù)據(jù)格式兼容解析。軟件還可支持分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)即邊緣計(jì)算類設(shè)備。軟件體系柔性可擴(kuò)展要求數(shù)據(jù)分析算法及功能模塊的靈活升級(jí)與增加，基于Labview開發(fā)平臺(tái)對(duì)分析模塊進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，樣機(jī)方案為閾值判據(jù)、多維輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別，擴(kuò)展方向?yàn)閳D像、時(shí)間序列、PCA（Principal Component Analysis，主分量分析）等多模式識(shí)別以及多數(shù)據(jù)融合故障識(shí)別方案。

3.2 基于Labview的主控軟件設(shè)計(jì)原理

采用較強(qiáng)軟硬件適應(yīng)性和靈活性的Labview平臺(tái)進(jìn)行主控軟件開發(fā)，集成硬件驅(qū)動(dòng)、邊緣計(jì)算平臺(tái)通信以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)訪問等模塊接口。系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)和狀態(tài)觸發(fā)轉(zhuǎn)換條件如圖9所示，主要狀態(tài)為信號(hào)采集、原始數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫存取，可通過增加狀態(tài)數(shù)量升級(jí)系統(tǒng)功能邏輯。

首先對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)定采樣頻率、路徑等信息后轉(zhuǎn)向空閑狀態(tài)。線路測量段前端100"m設(shè)置系統(tǒng)觸發(fā)傳感器，車輛通過觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，同時(shí)開始原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程。車輛通過后數(shù)據(jù)采集停止，數(shù)據(jù)記錄模塊進(jìn)入空閑狀態(tài)后觸發(fā)數(shù)據(jù)分析和結(jié)果數(shù)據(jù)庫訪問模塊。數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、拼接、指標(biāo)計(jì)算以及故障識(shí)別，以車輪為編號(hào)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行索引存入本地?cái)?shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫存取完成后兩個(gè)模塊也進(jìn)入空閑狀態(tài)。當(dāng)四個(gè)模塊均進(jìn)入空閑狀態(tài)后，系統(tǒng)重新轉(zhuǎn)換為空閑狀態(tài)等待下次列車。

主控軟件采用消息生產(chǎn)－消費(fèi)設(shè)計(jì)模式，在程序中設(shè)置消息隊(duì)列封裝各模塊的控制指令。主控模塊負(fù)責(zé)消息廣播，各模塊接聽到廣播消息后針對(duì)性完成各自作業(yè)邏輯并發(fā)送應(yīng)答消息，主控模塊將應(yīng)答消息按到達(dá)時(shí)間順序推送到消息隊(duì)列后開始下一次廣播循環(huán)，由此系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，如圖10所示。

模塊間除了控制消息傳遞外，采集數(shù)據(jù)也通過流水線方式進(jìn)行傳遞，主控軟件通過數(shù)據(jù)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)異步傳遞。如圖11所示，數(shù)據(jù)采集模塊以預(yù)置采樣速率進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集，通過下位機(jī)緩存設(shè)置若干先進(jìn)先出（First-In， First-Out，F(xiàn)IFO）數(shù)據(jù)隊(duì)列，數(shù)據(jù)入列速度由采樣速率決定，出列速度分別取決于數(shù)據(jù)記錄模塊和數(shù)據(jù)分析模塊的運(yùn)行速度，由存儲(chǔ)時(shí)間和算法分析復(fù)雜度決定。

數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)庫訪問模塊也通過結(jié)果數(shù)據(jù)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)異步傳遞和功能解耦設(shè)計(jì)。通過FIFO數(shù)據(jù)隊(duì)列設(shè)計(jì)模式，把數(shù)據(jù)處理邏輯指向不同的分析模塊或算法對(duì)象。

異構(gòu)數(shù)據(jù)采集硬件采用虛擬驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)隊(duì)列設(shè)計(jì)模式，如圖12所示，基于相同采樣節(jié)拍調(diào)用多個(gè)采集硬件的驅(qū)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)同步采樣，不同格式和采樣速率的數(shù)據(jù)推入各自的數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)主控軟件對(duì)多種硬件平臺(tái)的柔性集成。

4 軌邊數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器設(shè)計(jì)

通過對(duì)車輛累積的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上提出車輛狀態(tài)維修依據(jù)，數(shù)據(jù)庫在這個(gè)流程中發(fā)揮著最核心的管理作用。軌邊數(shù)據(jù)中心采用Microsoft SQL Server平臺(tái)建立本地?cái)?shù)據(jù)庫，主控軟件將分析模塊得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)和故障信息以車輪為索引存入數(shù)據(jù)庫。

軌邊數(shù)據(jù)中心設(shè)置Web服務(wù)器，遠(yuǎn)程用戶界面采用瀏覽器進(jìn)行訪問。安全相關(guān)且強(qiáng)實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)由服務(wù)器主動(dòng)推送至客戶端，歷史規(guī)律數(shù)據(jù)由客戶端發(fā)起數(shù)據(jù)庫查詢命令后將結(jié)果信息返回。

4.1 可擴(kuò)展功能本地?cái)?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

基于Microsoft SQL Server平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)，Labview主控軟件使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫。以功能模塊為單元?jiǎng)?chuàng)建輪軌力、轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定性和曲線通過性能三個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫表單，如圖13所示。

數(shù)據(jù)庫功能表單獨(dú)立訪問機(jī)制滿足用戶異步訪問需求，表單解耦設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能模塊柔性擴(kuò)充和多維數(shù)據(jù)融合的能力。

4.2 動(dòng)態(tài)Web用戶界面

安全指標(biāo)數(shù)據(jù)通過本地Web服務(wù)器實(shí)時(shí)廣播到指定用戶，采用JSON和AJAX動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶瀏覽器端自動(dòng)刷新關(guān)鍵信息，如圖14所示。傳遞至客戶端的數(shù)據(jù)都是輕量的結(jié)果數(shù)據(jù)以及維修決策建議，采用開源的Baidu公司JS庫進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化開發(fā)。

5 結(jié)論

研究了一種綜合軌邊檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和樣機(jī)技術(shù)路線，包含連續(xù)輪軌力檢測、轉(zhuǎn)向架失穩(wěn)檢測和曲線通過性能檢測三個(gè)功能模塊。系統(tǒng)由軌邊傳感器網(wǎng)絡(luò)、軌邊數(shù)據(jù)中心和用戶界面組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和故障預(yù)警分發(fā)自動(dòng)化運(yùn)行。重點(diǎn)研究了功能柔性可擴(kuò)展設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方法，包含異構(gòu)硬件集成、軟件模塊解耦設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析以及可視化獨(dú)立設(shè)計(jì)等方面，主要結(jié)論如下：

（1）異構(gòu)硬件體系集成設(shè)計(jì)：基于虛擬驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘，在同一節(jié)拍下調(diào)用異構(gòu)硬件驅(qū)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)同步采集；設(shè)置多組數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列，滿足不同格式和采樣速率的原始數(shù)據(jù)吞吐量要求。

（2）Labview平臺(tái)主控軟件集成設(shè)計(jì)：基于系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)分析，采用消息生產(chǎn)－消費(fèi)設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)功能模塊作業(yè)調(diào)度和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換；通過數(shù)據(jù)隊(duì)列設(shè)計(jì)模式，使各種分析邏輯指向不同的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)算法分析功能的柔性擴(kuò)展。

（3）基于Web的客戶端界面與數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)：基于軌邊Web服務(wù)器向遠(yuǎn)程客戶主動(dòng)廣播安全預(yù)警信息，歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按需查詢軌邊數(shù)據(jù)庫。軌邊數(shù)據(jù)分析與客戶端數(shù)據(jù)可視化通過數(shù)據(jù)庫連接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)解耦。

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