專利名稱：軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通安全領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控及評(píng)估技術(shù)，尤其涉及軌道交通車輛關(guān) 鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
目前對(duì)列車的軸承、車輪、轉(zhuǎn)向架等關(guān)鍵裝備分別存在著一些單獨(dú)的檢測(cè)技術(shù)手段和 裝置，如對(duì)車輪軸承溫度、車速、水箱液位、供發(fā)電電源等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警手段。這些 檢測(cè)設(shè)備，基本上是安裝在地面，采用的是離散不連續(xù)的方式，缺乏對(duì)這些關(guān)鍵裝備的實(shí) 時(shí)連續(xù)檢測(cè)，同時(shí)缺乏對(duì)輪軌動(dòng)態(tài)關(guān)系的檢測(cè)。對(duì)列車關(guān)鍵裝備缺乏全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、 智能的檢測(cè)方法，無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。因此，急需研制新型的車載式的 關(guān)鍵裝備的檢測(cè)裝置。
在引進(jìn)的新技術(shù)中，圖像識(shí)別技術(shù)在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全中有一定的應(yīng)用，但僅應(yīng) 用到對(duì)駕駛員操作狀況，前方路面狀況判別等簡(jiǎn)單應(yīng)用上。作為衡量是否列車脫軌的重要 參數(shù)，輪軌關(guān)系的狀態(tài)， 一直缺乏有效的檢測(cè)手段。我們采用高速智能圖像分析系統(tǒng)來(lái)檢 測(cè)輪軌關(guān)系狀態(tài)，本系統(tǒng)對(duì)于圖像的分析完全脫離人工的參與，它能夠獨(dú)立、自動(dòng)、實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)輪軌的接觸狀態(tài)，如當(dāng)出現(xiàn)異常的跳軌現(xiàn)象但又未造成車輛脫軌時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā) 現(xiàn)情況并及時(shí)提醒工作人員檢修，排除隱患，以防止更大的事故發(fā)生。目前，利用圖像分 析技術(shù)研究輪軌關(guān)系并達(dá)到安全預(yù)警的效果的研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集 成及監(jiān)控方法，該方法基于圖像分析及振動(dòng)分析技術(shù)的新型的車載式的軌道交通車輛關(guān)鍵 部件工作狀態(tài)檢測(cè)、評(píng)估與預(yù)警系統(tǒng)，為軌道交通中車輛關(guān)鍵部件的正常運(yùn)行提供技術(shù)保 障。
本發(fā)明技術(shù)方案是
一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，它是針對(duì)軌道交通中車輛關(guān)鍵部件監(jiān)測(cè)與檢測(cè)問(wèn)題，采用高速智能分析系統(tǒng)檢測(cè)輪軌關(guān)系狀態(tài)，其特征在于，采用分 層次系統(tǒng)架構(gòu)，建立傳感網(wǎng)絡(luò)，將傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)，所 述數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)利用基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)的傳感器數(shù)據(jù)處理集成技 術(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控和預(yù)警。
所述分層次體系架構(gòu)包括
第一級(jí)平臺(tái)由對(duì)車輛關(guān)鍵部件實(shí)施監(jiān)測(cè)的傳感器組成，用于完成車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行 狀態(tài)的實(shí)時(shí)信號(hào)采集；
第二級(jí)平臺(tái)由嵌入式傳感器設(shè)備構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)各傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)上
傳；
第三級(jí)平臺(tái)車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于完成基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)分 析與預(yù)警。
所述傳感器設(shè)備包括圖像傳感器和振動(dòng)傳感器。
所述軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，其實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下
(1) 根據(jù)所述分層次系統(tǒng)構(gòu)架構(gòu)建各分層；
(2) 傳感器對(duì)車輛關(guān)鍵部件實(shí)施監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)采集車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)，并 把采集到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
(3) 傳感器將轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)經(jīng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳到車載計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與預(yù) 警系統(tǒng)；
(4)數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)對(duì)收到的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)采用圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù) 進(jìn)行集中式數(shù)據(jù)處理，并充分考慮了各異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)及傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器之間的關(guān)聯(lián) 性，獲得當(dāng)前各關(guān)鍵部件工作狀態(tài)，并在某關(guān)鍵部件出現(xiàn)異?；虺霭踩R界點(diǎn)時(shí)進(jìn)行預(yù) 警行為，同時(shí)數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)能為決策者提供可視化的實(shí)時(shí)各關(guān)鍵部件狀態(tài)數(shù)據(jù)。
所述車輛關(guān)鍵部件包括輪軌、減振器、車輪軸承、轉(zhuǎn)向架。
所述分層次架構(gòu)的底層的傳感器，包括輪軌相對(duì)位移圖像檢測(cè)傳感器、輪軌相互作用 振動(dòng)檢測(cè)傳感器、減振器振動(dòng)檢測(cè)傳感器、車輪軸承振動(dòng)檢測(cè)傳感器、轉(zhuǎn)向架振動(dòng)檢測(cè)傳 感器；所述分層次架構(gòu)的底層的傳感器具有車輛關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)作用。
所述實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控包括完成對(duì)輪軌相對(duì)位移的監(jiān)測(cè)以及 輪軌、減振器、車輪軸承、轉(zhuǎn)向架的檢測(cè)。
本發(fā)明的有益效果是采用嵌入式車載傳感器及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車載實(shí)時(shí)的車 輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)；采用分層架構(gòu)使大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合工作集中到后 臺(tái)數(shù)據(jù)處理模塊；采用先進(jìn)的圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)警；充分 利用基于網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性使分析與預(yù)警的結(jié)果更具有可靠性。


圖1為本發(fā)明的基本體系結(jié)構(gòu)圖2為基于圖像處理技術(shù)的輪軌相對(duì)位移監(jiān)測(cè)流程圖; . 圖3為本發(fā)明軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測(cè)傳感器及處理技術(shù)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為本發(fā)明的基本體系結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，采用分層架構(gòu)，對(duì)車輛關(guān)鍵部件實(shí)施 監(jiān)測(cè)的傳感器屬于第一級(jí)平臺(tái)，主要完成車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信號(hào)采集；圖像傳 感器與振動(dòng)傳感器所構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于第二級(jí)，實(shí)現(xiàn)各傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)上傳；車載計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng))屬于第三級(jí)，主要完成基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技 術(shù)的數(shù)據(jù)分析與預(yù)警。
圖2所示為基于圖像處理技術(shù)的輪軌相對(duì)位移監(jiān)測(cè)流程圖；在圖2中，圖像傳感器對(duì) 軌道交通車輛中輪軌相對(duì)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集圖像的方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)采用嵌入式的空 域頻率表示算法解決高速物體運(yùn)動(dòng)造成的圖像模糊問(wèn)題；采用松弛多步算法解決運(yùn)動(dòng)中出 現(xiàn)的圖像畸形；采用貝葉斯準(zhǔn)則、概率密度函數(shù)來(lái)提高抗干擾性；釆用GNC替代算法出去 圖像的噪聲，以提高圖像的清晰度等；并最終將圖像數(shù)據(jù)提交至數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)。
圖3為本發(fā)明軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測(cè)傳感器及處理技術(shù)的示意圖。在圖3中，圖 像傳感器主要用于對(duì)輪軌特征之一 (輪軌相對(duì)位移)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)提交至處理系統(tǒng) 作基于圖像分析技術(shù)的數(shù)據(jù)分析；振動(dòng)傳感器主要負(fù)責(zé)對(duì)輪軌、減振器、車輪軸承、轉(zhuǎn)向 架等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)提交至處理系統(tǒng)作振動(dòng)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)分析。
以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明 技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，它是針對(duì)軌道交通中車輛關(guān)鍵部件監(jiān)測(cè)與檢測(cè)問(wèn)題，采用高速智能分析系統(tǒng)檢測(cè)輪軌關(guān)系狀態(tài)，其特征在于，采用分層次系統(tǒng)架構(gòu)，建立傳感網(wǎng)絡(luò)，將傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)將基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集的各種傳感器集成在一起，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控和預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，其特征在于，所述分層次體系架構(gòu)包括第一級(jí)平臺(tái)由對(duì)車輛關(guān)鍵部件實(shí)施監(jiān)測(cè)的傳感器組成，用于完成車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀 態(tài)的實(shí)時(shí)信號(hào)采集；第二級(jí)平臺(tái)由嵌入式傳感器設(shè)備構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)各傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)上傳；第三級(jí)平臺(tái)車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于完成基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)的數(shù)據(jù)分 析與預(yù)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，其特征在于，所述傳感器設(shè)備包括圖像傳感器和振動(dòng)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，其 特征在于，所述軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法，其實(shí)現(xiàn)的具體步驟如 下(1) 根據(jù)所述分層次系統(tǒng)構(gòu)架構(gòu)建各分層；(2) 傳感器對(duì)車輛關(guān)鍵部件實(shí)施監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)采集車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)，把 采集到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(3) 傳感器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)經(jīng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳到車載計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與 預(yù)警系統(tǒng)；(4) 數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)對(duì)收到的上述數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)采用圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析 技術(shù)進(jìn)行集中式數(shù)據(jù)處理，并充分考慮了各異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)及傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器之間的 關(guān)聯(lián)性，獲得當(dāng)前各關(guān)鍵部件工作狀態(tài)，并在某關(guān)鍵部件出現(xiàn)異?；虺霭踩R界點(diǎn)時(shí)進(jìn)行預(yù)警行為，同時(shí)數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)能為決策者提供可視化的實(shí)肘各關(guān)鍵部件狀態(tài)數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法， 其特征在于，所述車輛關(guān)鍵部件包括輪軌、減振器、車輪軸承、轉(zhuǎn)向架。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方 法，其特征在于，所述分層次架構(gòu)的底層的傳感器，包括輪軌相對(duì)位移圖像檢測(cè)傳感器、 輪軌相互作用振動(dòng)檢測(cè)傳感器、減振器振動(dòng)檢測(cè)傳感器、車輪軸承振動(dòng)檢測(cè)傳感器、轉(zhuǎn)向 架振動(dòng)檢測(cè)傳感器；所述分層次架構(gòu)的底層的傳感器具有車輛關(guān)鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)作用。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方 法，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控包括完成對(duì)輪軌相對(duì)位 移的監(jiān)測(cè)以及輪軌、減振器、車輪軸承、轉(zhuǎn)向架的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及軌道交通安全領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控及評(píng)估技術(shù)，尤其涉及軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能集成及監(jiān)控方法。它是針對(duì)軌道交通中車輛關(guān)鍵部件監(jiān)測(cè)與檢測(cè)問(wèn)題，采用高速智能分析系統(tǒng)檢測(cè)輪軌關(guān)系狀態(tài)，采用分層次系統(tǒng)架構(gòu)，建立傳感網(wǎng)絡(luò)，將傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理與預(yù)警系統(tǒng)將基于圖像分析技術(shù)與振動(dòng)分析技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集的各種傳感器集成在一起，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)控和預(yù)警。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了車載實(shí)時(shí)的車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)；使大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合工作集中到后臺(tái)數(shù)據(jù)處理模塊；充分利用基于網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性使分析與預(yù)警的結(jié)果更具可靠性。
文檔編號(hào)B61K9/00GK101110107SQ200710120819
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者燁 張, 卓 王, 王艷輝, 勇 秦, 蔡國(guó)強(qiáng), 賈利民 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)