货运车辆的状态监测装置及系统的制作方法

本发明涉及铁路车辆监测领域，尤其涉及货运车辆的状态监测装置及系统。

背景技术：

铁路运输作为交通运输系统的重要组成部分，在远距离和大宗货物运输方面有着巨大的优势。

当前全国铁路行业，普遍采用的5t安全监测系统，5t安全监测系统的各监测设备一般为轨边监测设备，即在铁路线路两侧或轨道下方安装相关设备，监测车辆运行状况。

但是，5t安全监测系统采用的是非接触式监测，需要在地面大规模部署建设，因此存在检测精度低、实时性差、信息采集难等问题，且无法实现预防性监测以及对货运车辆货舱内部的监测。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种货运车辆的状态监测装置及系统，以解决现有监测系统精度低、实时性差、信息采集难等问题，实现货运车辆的精准高效监测。

第一方面，本发明提供一种货运车辆的状态监测装置，所述状态监测装置部署在货运车辆上，所述货运车辆包括货运机车以及货运棚车，包括：设置在所述货运机车上的机车状态检测装置，以及设置在货运棚车上的货舱状态检测装置；

其中，所述机车状态检测装置用于检测获得货运机车的轴箱状态数据，并根据所述轴箱状态数据生成所述货运机车的诊断数据，还用于将货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据上传至所述地面服务器；

所述货舱状态检测装置用于检测获得货运棚车中的环境状态数据，并将所述环境状态数据上传至地面服务器。

进一步地，货运车辆的状态监测装置还包括：能量转换装置；

所述能量转换装置设置在所述货运棚车上，与所述货舱状态检测装置电连接以向所述货舱状态检测装置供电。

进一步地，所述能量转换装置包括能量转换电机、转换电路以及蓄电池；

其中，所述能量转换电机用于将获取的能源转换为电能，并通过所述转换电路进行转换处理，以将转换处理后的电能存储至所述蓄电池；

所述蓄电池与所述货舱状态检测装置电连接，以为所述货舱状态检测装置供电。

进一步地，所述能量转换电机为永磁风力发电机。

进一步地，所述机车状态检测装置包括：第一传感器组件、诊断模块以及第一车载通信网关；

其中，所述第一传感器组件安装在所述货运机车的车轴上，用于检测获得货运机车的轴箱状态数据；

所述诊断模块用于根据货运机车的轴箱状态数据生成所述货运机车的诊断数据，并通过所述第一车载通信网关将货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据上传至所述地面服务器。

进一步地，所述得以传感器组件包括轴箱复合传感器以及轴端转速转换模块；

其中，轴箱复合传感器安装在所述货运机车的车轴轴箱的一侧表面，用于监测所述车轴轴箱的轴向温度、振动加速度以及冲击加速度；

所述轴端转速转换模块安装在在所述货运机车的车轴轴端，用于采集所述货运机车转速信号并进行数字信号转换，以获得转换后的货运机车转速信号；

相应的，所述诊断模块用于根据车轴轴箱的轴向温度、振动加速度、冲击加速度以及转换后的货运机车转速信号对货运机车的轴箱轴承进行故障诊断，生成所述货运机车的诊断数据。

进一步地，所述货舱状态检测装置包括：第二传感器组件以及第二车载通信网关；

其中，所述第二传感器组件安装在所述货运棚车的舱内，用于检测获得货运棚车中的环境状态数据；

所述第二车载通信网关将货运棚车中的环境状态数据上传至所述地面服务器。

进一步地，所述第二传感器组件包括：视频图像监测模块、智能识别监测模块、无源无线温度监测模块、烟雾传感器中的一种或多种。

进一步地，所述视频图像监测模块安装在货运棚车的舱内的侧厢板顶部，用于获取所述货运棚车内的货物图像和环境图像。

进一步地，所述智能识别监测模块包括：电子标签和电子标签读取器；

其中，所述电子标签安装在货运棚车的舱内的货物上，所述电子标签读取器安装在所述货运棚车的车门上；

所述电子标签读取器用于读取所述货物上电子标签，以获得所述货运棚车的舱内货物的货物信息。

进一步地，所述无源无线温度监测模块包括：温度读取器、温度读取天线，以及一个或多个温度传感器；

其中，所述温度读取器和所述温度读取天线分别安装在所述货运棚车的舱内的侧厢板顶部，所述一个或多个温度传感器围绕所述温度读取器和所述温度读取天线设置；

所述无源无线温度监测模块用于监测货运棚车的货舱温度。

进一步地，所述烟雾传感器安装在货运棚车的舱内的侧厢板顶部，用于检测所述货运棚车的舱内的烟雾信号。

第二方面，本发明提供一种货运车辆的状态监测系统，包括：

第一方面任一项所述的货运车辆的状态监测装置，以及地面服务器；

其中，所述地面服务器用于接收所述状态监测装置上传的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及所述货运棚车的环境状态数据，并对货运车辆的状态进行监测。

进一步地，货运车辆的状态监测系统，还包括：与所述地面服务器连接的显示组件；

所述显示组件用于将所述地面服务器接收的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及所述货运棚车的环境状态数据进行图形化展示。

本发明提供了一种货运车辆的状态监测装置及系统，通过机车状态检测装置检测获得货运机车的轴箱状态数据，并根据轴箱状态数据生成货运机车的诊断数据，将货运机车的诊断数据和轴箱状态数据上传至地面服务器，并通过货舱状态检测装置检测获得货运棚车中的环境状态数据，并将环境状态数据上传至地面服务器，地面服务器用于接收状态监测装置上传的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据，并对货运车辆的状态进行监测。本发明提供的方案，通过机车状态检测装置和货舱状态检测装置获取货运机车和棚车的状态监测数据，并根据状态监测数据进行货运车辆故障诊断和运行状态监测，实现了货运车辆的精准高效监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所基于的一种网络架构的示意图；

图2为本公开提供的一种货运车辆监测数据流程图；

图3为本公开实施例提供的一种货运车辆的状态监测装置的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的另一种货运车辆的状态监测装置的结构示意图；

图5为本公开实施例提供的一种货运车辆的状态监测系统的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的另一种货运车辆的状态监测系统的结构示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

我国幅员辽阔、人口众多，货运铁路一直在超负荷状态下运营。随着国民经济的迅猛发展，高速化和重载化将是未来铁路运输的发展趋势，这对货运车辆的安全提出了更加严格的要求

为保证货运车辆的安全行驶，铁路行业普遍采用5t安全监测系统，即thds、tpds、tads、tfds、tcds。由于货运车辆以通用机械技术为主，自身不带电源，不能像高铁或普通客车一样在车上安装大量适应信息化、智能化的车载监测装置，5t安全监测系统的各监测设备一般为轨边监测设备，即在铁路线路两侧或轨道下方安装相关设备，监测车辆运行状况。

但是，现有的5t安全监测系统虽然可以对货运车辆的部分信息进行采集和监测，但5t安全监测系统无法全线部署，不能采集车辆运行过程中的全部信息，因此难以实现实时性监测和预防性监测，而且5t安全监测系统是非接触式测量，测量的精度有限，此外，5t安全监测系统更无法对封闭式的货运棚车货舱内部进行监测。

针对这些问题，发明人研究发现，要想实现对货运车辆的实时性监测和预防性监测，需要采集货运车辆运行过程中的全部信息，因此通过在货运车辆上部署车载监测装置可以解决这一问题，且车载监测设备为接触式测量方式，提高了测量精度。由于货运车辆以通用机械技术为主，自身不带电源，不能像高铁或普通客车一样在车上安装大量适应信息化、智能化的车载监测装置，因此需要在货运车辆设置车载发电装置，有了发电装置，可以在货运棚车货舱内部设置相应装置来对货舱内部进行监测。

该发明方案，通过车载发电装置为各种车载监测装置供电，通过车载监测装置对货运车辆进行监测，在保证测量精度的基础上，实现了货运车辆的实时性监测和预防性监测，为检修人员提供准确的数据，提高货运车辆检修维护效率。

图1为本发明所基于的一种网络架构的示意图，如图1所示，本实施例提供的系统包括安装状态监测装置的货运车辆101、服务器102和用户终端103。其中，用户终端103可以为台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等硬件设备。

安装状态监测装置的货运车辆101对货运机车的轴箱和货运棚车进行检测，获取轴箱状态数据和货运棚车中的环境状态数据，将轴箱状态数据和货运棚车中的环境状态数据发送给服务器102，服务器102根据这些数据确定货运车辆的运行状态，用户通过用户终端103查看货运车辆的运行状态信息。

举例来说，图2为本公开提供的一种货运车辆监测数据流程图，如图2所示，机车状态检测装置获取货运车辆的轴箱状态数据并根据轴箱状态数据生成货运机车的诊断数据，将货运机车的诊断数据和轴箱状态数据上传至服务器，货舱状态检测装置获取货运棚车中的环境状态数据，并将环境状态数据上传至服务器，服务器根据接收的数据生成货运车辆的状态监测数据，并向用户终端展示货运车辆的状态监测数据，检修人员根据货运车辆的状态监测数据对货运车辆进行维修。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图3为本公开实施例提供的一种货运车辆的状态监测装置的结构示意图，所述状态监测装置部署在货运车辆上，所述货运车辆包括货运机车以及货运棚车，如图3所示，本实施例的装置可以包括：设置在所述货运机车上的机车状态检测装置201，以及设置在货运棚车上的货舱状态检测装置202；

机车状态检测装置201用于检测获得货运机车的轴箱状态数据，并根据所述轴箱状态数据生成所述货运机车的诊断数据，还用于将货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据上传至所述地面服务器；

本实施例中，货运机车的轴箱状态数据可以反映货运机车的运行状态，当货运机车的运行状态出现异常时，根据货运机车的轴箱状态数据生成的货运机车的诊断数据中会出现货运机车运行异常的诊断内容。

举例来说，假如货运机车的轴箱状态数据包括轴箱温度，检测获得轴箱温度为72摄氏度，而轴箱的最高温度不得大于70摄氏度，则说明货运机车的运行状态出现异常，货运机车的诊断报告中会出现关于轴箱温度异常的诊断内容，将轴箱温度为72摄氏度以及轴箱温度异常的诊断数据上传至地面服务器，检修人员看到该异常诊断后，可尽快对异常的货运机车轴箱进行检修，防止安全隐患。

在一种可能的实施方式中，所述机车状态检测装置201包括：第一传感器组件、诊断模块以及第一车载通信网关；

其中，所述第一传感器组件安装在所述货运机车的车轴上，用于检测获得货运机车的轴箱状态数据；

所述诊断模块用于根据货运机车的轴箱状态数据生成所述货运机车的诊断数据，并通过所述第一车载通信网关将货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据上传至所述地面服务器。

具体来说，所述第一传感器组件包括轴箱复合传感器以及轴端转速转换模块；其中，轴箱复合传感器安装在所述货运机车的车轴轴箱的一侧表面，用于监测所述车轴轴箱的轴箱温度、振动加速度以及冲击加速度；所述轴端转速转换模块安装在在所述货运机车的车轴轴端，用于采集所述货运机车转速信号并进行数字信号转换，以获得转换后的货运机车转速信号；

相应的，所述诊断模块用于根据车轴轴箱的轴箱温度、振动加速度、冲击加速度以及转换后的货运机车转速信号对货运机车的轴箱轴承进行故障诊断，生成所述货运机车的诊断数据。

举例来说，轴箱复合传感器获得货运机车的轴箱温度、振动加速度和冲击加速度分别为72摄氏度，6m/s²和10m/s²，轴端转速转换模块获得货运机车的转速信号50r/s，诊断模块根据轴箱温度、振动加速度、冲击加速度和货运机车的转速信号诊断，确定轴箱温度超过正常温度上限，其他数据在正常范围内，则诊断数据中包含：轴箱温度异常和振动加速度、冲击加速度和货运机车的转速信号正常。

需要说明的是，终端设备可以与所述诊断模块连接，查看货运机车的轴箱状态数据和诊断数据，终端设备可以是显示器、平板电脑等显示设备，此处不做限制。

货舱状态检测装置202用于检测获得货运棚车中的环境状态数据，并将所述环境状态数据上传至地面服务器。

本实施例中，货运机车的货运棚车中的环境状态数据可以反映货运棚车内部环境的状态，包括货物的状态和环境的状态。

举例来说，假如货运棚车中的环境状态数据包括烟雾信号，当检测到货运棚车中出现烟雾信号，则说明货运棚车中可能出现了火灾等异常情况，将出现烟雾信号信息上传至地面服务器，检修人员看到出现烟雾信号信息后，可尽快对异常的货运棚车进行检查，防止安全隐患。

在一种可能的实施方式中，所述货舱状态检测装置202包括：第二传感器组件以及第二车载通信网关；

其中，所述第二传感器组件安装在所述货运棚车的舱内，用于检测获得货运棚车中的环境状态数据；

所述第二车载通信网关将货运棚车中的环境状态数据上传至所述地面服务器。

具体来说，所述第二传感器组件包括：视频图像监测模块、智能识别监测模块、无源无线温度监测模块、烟雾传感器中的一种或多种；

所述视频图像监测模块安装在货运棚车的舱内的侧厢板顶部，用于获取所述货运棚车内的货物图像和环境图像。

所述智能识别监测模块包括：电子标签和电子标签读取器；其中，所述电子标签安装在货运棚车的舱内的货物上，所述电子标签读取器安装在所述货运棚车的车门上；所述电子标签读取器用于读取所述货物上电子标签，以获得所述货运棚车的舱内货物的货物信息。

所述无源无线温度监测模块包括：温度读取器、温度读取天线，以及一个或多个温度传感器；其中，所述温度读取器和所述温度读取天线分别安装在所述货运棚车的舱内的侧厢板顶部，所述一个或多个温度传感器围绕所述温度读取器和所述温度读取天线设置；所述无源无线温度监测模块用于监测货运棚车的货舱温度。

所述烟雾传感器安装在货运棚车的舱内的侧厢板顶部，用于检测所述货运棚车的舱内的烟雾信号。

举例来说，第二传感器组件获得一家具货运棚车中的环境状态数据，包括：货运棚车内的货物图像和环境图像、货运棚车的舱内家具名称及编号、货运棚车的货舱温度为25摄氏度和货运棚车的舱内无烟雾信号。

本公开实施例提供的方案，通过机车状态检测装置201检测获得货运机车的轴箱状态数据，并根据轴箱状态数据生成货运机车的诊断数据，将货运机车的诊断数据和轴箱状态数据上传至地面服务器，通过货舱状态检测装置202检测获得货运棚车中的环境状态数据，并将环境状态数据上传至地面服务器，地面服务器用于接收状态监测装置上传的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据，并对货运车辆的状态进行监测。

可见，本公开实施例提供的一种货运车辆的状态监测装置，相比于现有的轨边监测设备，通过车载检测设备，为检修人员实时提供监测数据，使得检修人员能够及时发现货运车辆的异常，保证货运车辆的正常运行。

在可选实施例中，在上述图3所述实施例的基础上，图4为本公开实施例提供的另一种货运车辆的状态监测装置的结构示意图，如图4所示，在图3的基础上，货运车辆的状态监测装置还包括：能量转换装置203；

与前述实施例不同的是，本实施例中，通过所述能量转换装置203向所述货舱状态检测装置供电。

所述能量转换装置203设置在所述货运棚车上，与所述货舱状态检测装置202电连接以向所述货舱状态检测装置供电。

本实施例中，能量转换装置203可以实现电能转换，并将转换后的电能供应给货舱状态检测装置。

在一种可能的实施方式中，所述能量转换装置203包括能量转换电机、转换电路以及蓄电池；

其中，所述能量转换电机用于将获取的能源转换为电能，并通过所述转换电路进行转换处理，以将转换处理后的电能存储至所述蓄电池；

所述蓄电池与所述货舱状态检测装置202电连接，以为所述货舱状态检测装置202供电。

具体来说，所述能量转换电机为永磁风力发电机，利用货运车辆行驶时的走行风驱动电机进行发电，通过电能变换给蓄电池充电存储能量，进而为货舱状态检测装置供电。

本公开实施例提供的方案，通过能量转换装置向货舱状态检测装置供电，实现了电能的自供应，可以根据需要增加更多智能化设备，不受电能不足的限制。

图5为本公开实施例提供的一种货运车辆的状态监测系统的结构示意图，如图5所示，本实施例提供的一种货运车辆的状态监测系统包括：

前述任一实施例的车辆检测装置，以及地面服务器204；

其中，所述地面服务器204用于接收所述状态监测装置上传的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及所述货运棚车的环境状态数据，并对货运车辆的状态进行监测。

本实施例中，机车状态检测装置201，货舱状态检测装置202和能量转换装置203的具体实现过程和技术原理请参见图3和图4所示的装置中机车状态检测装置201，货舱状态检测装置202和能量转换装置203中的相关描述，此处不再赘述。

进一步地，地面服务器204根据接收到的货运机车的诊断数据和轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据，确定货运机车的运行状态和货运棚车的环境状态是否正常，同时根据轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据的变化趋势，预测货运机车的运行状态和货运棚车的环境状态。

举例来说，地面服务器接收到的数据中包含：轴箱温度异常诊断数据以及从上午9点到上午10点的所有轴箱温度数据，根据轴箱温度异常诊断数据确定货运机车的轴箱温度异常，检修人员需要及时检查出现异常的货运机车轴箱，另外根据上午9点到上午10点的所有轴箱温度数据的变化趋势，发现轴箱温度呈不断上升趋势且即将到达温度上限，预测轴箱温度可能超出温度上限，需要检修人员进行预测性的检查，及时发现潜在的问题。

本公开实施例提供的方案，通过地面服务器汇总货运机车的诊断数据和轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据，并针对这些数据进行分析和预测，实现货运机车的运行状态和货运棚车的环境状态的实时性监测和预测性监测。

在可选实施例中，在上述图5所述实施例的基础上，图6为本公开实施例提供的另一种货运车辆的状态监测系统的结构示意图，如图6所示，在图5的基础上，货运车辆的状态监测系统还包括：与所述地面服务器204连接的显示组件205；

所述显示组件205用于将所述地面服务器204接收的货运机车的诊断数据和所述轴箱状态数据，以及所述货运棚车的环境状态数据进行图形化展示。

本实施例中，机车状态检测装置201，货舱状态检测装置202、能量转换装置203和地面服务器204的具体实现过程和技术原理请参见图3、图4和图5所示的装置中机车状态检测装置201，货舱状态检测装置202、能量转换装置203和地面服务器204中的相关描述，此处不再赘述。

进一步地，显示组件205通过图形化展示向检修人员展示各种监测数据，可以更直观地分析和预测货运车辆运行状态。

举例来说，显示组件绘制了货运机车轴箱温度折线图，当货运机车轴箱温度折线图呈现以某一正常温度为中心上下小幅度波动时，则反映出货运机车轴箱温度处于正常波动状态；当货运机车轴箱温度折线图呈现快速上升状态且即将到达温度上限时，则反映出货运机车轴箱温度可能即将出现异常。

需要说明的是，图形化展示不限于折线图、条形图等，可以通过多种类型图形展示数据，具体采用哪种类型的图形根据实际情况确定，此处不做限制。

本公开实施例提供的方案，通过显示组件对货运机车的诊断数据和轴箱状态数据，以及货运棚车的环境状态数据进行图形化展示，可以更直观的向检修人员展示检测数据，方便检修人员快速分析和预测异常问题。

本申请实施例提供存储器和处理器。

存储器，用于存储计算机程序、计算机指令等；

上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器调用。

处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。

存储器和处理器可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当存储器和处理器是独立结构时，存储器、处理器可以通过总线耦合连接。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。

其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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