一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统的制作方法

本发明属于轨道车辆安全监测技术领域，涉及快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统，具体涉及一种具有三级架构及相应数据传输和管理方法的快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统。

背景技术：

铁路运输具有运量大、速度高、运费低等优点，是目前我国陆路主要的运输方式，对国民经济的发展起着十分重要的作用。随着我国货物运输的迅速发展，运行速度、载重的不断提高，运输范围越来越广阔，对货运列车运行安全性的要求也随之提高。

走行部作为轨道车辆重要组成部分，起着承载、牵引、走行和制动等重要作用，是决定列车运行安全以及动力学性能最为关键的组成部分。而走行部轴箱轴承故障、踏面擦伤及剥离故障、蛇行运动稳定性是影响列车运行安全性的多个重要因素。

目前铁路货运列车安全监测主要采用地对车监测方式，包括且不限于用红外线轴温智能跟踪系统、货运列车运行故障动态图像监测系统、运行状态地面安全监测系统以及货运列车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统等。

然而以上方法均无法对车辆运行进行全周期跟踪监测，(即无法完成对车辆走行部从出厂到报废的全周期监测)且监测对象和数据处理方法均较为单一，无法对多节车、多关键部件进行综合性监测和大数据分析。

技术实现要素：

为解决上述问题，提供一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统。

本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统包括：架载状态监测模块、车辆数据管理模块以及机车主监测模块。多组架载状态监测模块，分别设置在所述多个车辆上，该架载状态监测模块安装于每个所述车辆的所述前后两个转向架上，用于对所述走行部的部件状态信息采集，并集成处理形成相应所述走行部的部件监测状态信息进行输出；多个车辆数据管理模块，分别位于所述多个车辆的所述车体上并与该车体的所述前后两个转向架上安装的两个所述架载状态监测模块以总线形式通信连接，接收当前所述车辆的两个所述架载状态监测模块输出的所述部件监测状态信息，并对所述两个部件监控状态信息进行走行部状态分析从而得到综合状态信息并输出；以及机车主监测模块，位于所述机车上，分别与连接于该机车的多个车辆上的所述车辆数据管理模块相无线通信连接，其中，所述机车主监测模块包括状态信息获取部、显示部以及声光警报部，所述状态信息获取部获取所有当前所述货运列车的每个所述车辆上的所述车辆数据管理模块输出的综合部件状态信息，所述显示部将获取的当前所述货运列车的每个所述车辆上的所述车辆数据管理模块输出的综合部件状态信息显示给所述货运列车的司机。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，当所述货运列车按照调度或维护要求将所述货运列车的各个所述车辆重新编组时，每个所述架载状态监测模块保留在原先的所述车辆的所述转向架上，并在编组后的所述货运列车中组成新的所述快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，所述架载状态监测模块可基于不同类型传感器对走行部所述多部件状态进行实时跟踪采样和状态监测。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，所述部件监测状态信息是对所述多种传感器采集得到的所述部件状态信息进行集成得到，所述部件监测状态信息以所述总线数据通信的形式输出到所述车辆数据管理模块。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，所述车辆数据管理模块和所述机车主监测模块预留总线通讯接口，可进行有线通讯。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，所述机车主监测模块安装于所述机车司机室中，所述机车主监测模块还包括画面存储部、显示部以及通信部，所述画面存储部存储状态信息显示画面，所述综合部件状态信息包含部件正常信息以及部件故障信息，一旦所述机车主监测模块接收到的所述综合部件状态信息包含有部件故障信息，所述显示部就显示所述含有部件故障信息的部件综合信息对应画面并显示接收到的所述部件综合状态信息让司机确认，所述声光警报部产生声光警报，一旦所述车辆数据管理模块将所述含有部件故障信息的综合部件状态信息输出到所述机车主监测模块时，所述通信部就将所述货运列车的所述综合部件状态信息通过无线通信发送给所述云服务器和地面指挥中心，同时通信部保留数据总线端口与机车车载安全防护系统进行有线通信。

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，还包括：云服务器，接收并存储所述货运列车的所述走行部综合部件状态信息以及所述货运列车对应的货运列车识别信息，其中，所述架载状态监测模块、所述车辆数据管理模块以及机车主监测模块均按照一定时间传输周期通过无线网络或停车时通过有线下载将各模块本地存储的相应信息上传到所述云服务器中，所述云服务器将接收到的所述相应信息与所述货运列车走行部被测部件识别信息相对应存储

本发明提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统还具有这样的技术特征，其中，所述架载状态监测模块、所述车辆数据管理模块以及机车主监测模块均按照一定的时间清理周期删除所述架载状态监测模块、所述车辆数据管理模块以及机车主监测模块中存储的所述相应信息，所述时间清理周期大于所述时间传输周期。

发明作用与效果

根据本发明的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统，由于本发明具有架载状态监测模块、车辆数据管理模块和机车主监测模块三级架构及相应数据传输和管理方法，分别对多采集部件状态信息进行处理和分析，最终得到的综合状态信息比传统单一测量的信息更合理、更准确。同时，架载状态监测模块和车辆数据管理模块还通过总线连接，优化了车体与转向架之间的布线结构，使得监测系统更易于实施安装和维护。同时，在货运列车按照调度或维护要求将列车重新编组时，架载状态监测模块保留在原处走行部上，并在编组后的列车中组成新的监测系统，新编组后的货运列车的机车主监测模块可以获得后续车辆走行部被测部件的所有历史数据，因此可实现传统监测无法实现的对走行部关键部件从出厂到报废的全周期监测。还由于本发明中车辆数据管理模块和机车主监测模块通过无线网络连接，可解决货运列车编组不确定性问题以及用无线通信代替总线通信大大节省了重组时所需的时间及人力资源成本。

附图说明

图1是本发明实例中快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统结构框图；

图2是本发明实施例中架载状态监测模块结构框图；

图3是本发明实施例中架载状态监测模块和车辆数据处理模块主控制器硬件架构图；

图4是本发明实施例中机车主监测模块的结构图；

图5是本发明实施例中快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的基于传感器阵列式排布的呼吸监测装置作具体阐述。

<实施例>

本实施例中，快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统安装于快捷货运列车上，本实施例中，用于运行该系统的快捷货运列车结构为：提供动力的机车以及若干依次连接的车辆，每个车辆包括车体以及位于车体下部的前后两个转向架。

图1是本发明实例中快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统结构框图。

如图1所示，本实施例提供的快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统100包含有架载状态监测模块101、车辆数据管理模块102、机车主监测模块103以及通信网络106。

其中，通信网络106包括：zigbee自组网无线通信106a、can总线无线通信106b以及4g无线通信106c。架载状态监测模块101与车辆数据管理模块102通过can总线数据通信106b连接，车辆数据管理模块102与机车主监测模块103通过zigbee自组网无线通信106a连接。

多个架载状态监测模块101安装于每个车辆的前后转向架上。

图2是本发明实施例中架载状态监测模块结构框图。

如图2所示，架载状态监测模块包含有多种传感器和数据处理算法、集成以及存储模块，用于对走行部关键部件进行信号传感采集、信号集成、信号处理和原始信号本地存储。

上述多种传感器为：温度-加速度复合传感器、横向加速度传感器、压力传感器、环温传感器以及机车速度传感器。

这些传感器的布置为：

复合加速度传感器安装在轮对轴箱轴承承载区内，用于同时监测轴箱温度和振动冲击数据，轴箱温度数据作为轴温状态判断依据，振动冲击数据作为轴承状态和轮对踏面状态判断依据。

温度传感器安装在架载状态监测单元主控制器外，用于测得温度值作为环境温度的判断依据。

横向加速度传感器安装在转向架斜对角线两端对称位置，用于监测构架横向振动加速度数据作为判断转向架蛇行运动稳定性依据。

压力传感器安装在转向架制动系统空重车调整阀输出管路位置，用于获得管路压力值作为走行部载荷状态判断依据。

速度传感器安装于轮对轴一端处，用于获得车轮转速信号，作为判断轴承状态、踏面状态和轮对转速状态判断依据。

通过上述传感器即可监测到包括：走行部的轴箱轴承状态、走行部的车轮踏面状态、走行部的构架蛇行运动稳定性状态、走行部的载荷状态和走行部的车轮转速状态，走行部的轴箱轴承状态包含轴承温度状态和轴承振动状态，以上监测状态作为每个架载状态监测单元采集到的监测状态。

数据处理算法模块和集成模块将每个架载状态监测模块的监测状态集成处理形成相应走行部的部件监控状态信息，将采集的原信息(即每个架载状态监测模块的监测状态)进行本地存储同时将部件监控状态信息输出给车辆数据管理模块102。

车辆数据管理模块102设置在每个车体上，每一个车体上的车辆数据管理模块102和同一车体上的两个架载状态监测模块101对应。

本实施例中，车辆数据管理模块102通过can总线通信接收与其对应的同一车体的两个架载状态监测模块101传输的部件监控状态信息，进行走行部状态分析从而得到综合状态信息，同时将该综合状态信息存储且通过无线传输形式传输给机车主监测模块103。

其中，架载状态监测模块101和车辆数据管理模块102的主控制器均采用fpga+armsoc架构。

图3是本发明实施例中架载状态监测模块和车辆数据处理模块主控制器硬件架构图。

如图3所示，架载状态监测模块101和车辆数据管理模块102的主控制器所采用的fpga+armsoc架构中：fpga对传感器多通道信号并行采集后，对数据进行数字滤波和fft运算，得到初步处理后的信号，通过dma输入到arm的ddr内存中。arm内核运行linux系统，可对fpga输入的数据作复杂度更高的信号处理，并将处理结果进行本地存储，通过can总线无线方式与其他设备进行数据通讯。

机车主监测模块103安装于机车驾驶室中，采用linux操作系统，对所接收的综合状态信息通过液晶屏幕显示，可通过触摸屏可视化查看每节车体的关键部件实时状态信息，若所接收的状态综合信息包含某部件故障，则机车主监测模块103自动通过声光方式产生警报。

图4是本发明实施例中机车主监测模块的结构图。

如图4所示，机车主监测模块103包括信息获取部31、画面存储部32、显示部33、声光警报部34、信息检索部35、通信部36以及控制部37。机车主监测模块103通过上述部门完成对司机、云处理器104以及地面指挥中心105的综合状态信息传输和反馈。

信息获取部31接收zigbee自组网中每个车体上的车辆数据管理模块102传输的所有综合状态信息。

画面存储部32存储有各位置待选图标画面以及部件状态画面。

待选图标画面显示有多个代表走行部各部件的图标，该图标用于让司机点击从而查看走行部各部件的部件状态画面。

部件状态画面用于根据司机点击的图标显示对应部件的部件状态图标。

本实施例中，部件状态图标包括：走行部的轴箱轴承状态、走行部的车轮踏面状态、走行部的构架蛇行运动稳定性状态、走行部的载荷状态和走行部的车轮转速状态，走行部轴箱轴承状态包含轴承温度状态和轴承振动状态分别对应的上述状态的正常状态图标和故障状态图标。部件状态画面通过显示上述图标，将对应的各部件状态信息(即此部件正常状态或此部件故障状态)反馈给司机。

显示部33通过显示上述画面，从而让司机通过这些画面完成相应的人机交互。

声光警报部34含有蜂鸣器和闪光灯，用于在信息获取部31接收到含有故障信息的综合状态信息后报警。

信息检索部35用于在司机通过显示部33所显示的待选图标画面选择特定部件的待选图标，调用该部件在画面存储部32中的部件状态画面，从而了解该部件的综合状态信息。

通信部36用于将综合部件信息以4g无线通信方式发送给地面指挥中心105和云处理器104。

本实施例中的架载状态监测模块101、车辆数据管理模块102、机车主监测模块103还可将收到的信息以4g无线网络的形式传输给云处理器104；机车主监测模块103可将接收到的含有故障信息的综合状态信息传输给地面指挥中心，机车主监测模块103还可通过can总线于机车自带的6a系统连接。

控制部37存储有用于对机车主监测模块103各组成部分的工作进行控制的计算机程序。

在特殊情况下，当货运列车按照调度或维护要求将列车重新编组时，架载状态监测模块101保留在原处转向架上，编组后的机车和车辆将通过zigbee自组网络完成通信连接，进而组成新的监测系统。新的机车主监测模块通过车体上的车辆数据管理模块102以can总线方式获得架载状态监测模块101所保存的历史数据，保证对该转向架的全寿命周期监测。

图5是本发明实施例中快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统工作流程图。

如图5所示，本实施例提供的快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统信号处理、传输流程为：

步骤s1，多组架载状态监测模块101同时同步对走行部的部件状态信息采集，每组架载状态监测模块101通过温度-加速度复合传感器、横向加速度传感器、压力传感器、环温传感器以及机车速度传感器，采集走行部关键部位的相应部件状态信息，进入步骤s2；

步骤s2，架载状态监测模块101对传感器采集的数据进行分析，集成提取关键部件的状态特征值作为部件状态监控信息并进行本地存储，进入步骤s3；

步骤s3，架载状态监测模块将特征值与阈值进行比较，若特征值大于阈值则判断部件存在故障并产生故障信息进入步骤s4，若特征值小于阈值则表明部件正常则进入步骤s5；

步骤s4，架载状态监测模块将故障信息进行本地存储，并将s3产生故障信息与s2获得的部件状态监控信息合并成新的部件监控状态信息，进入步骤s5；

步骤s5，部件状态监控信息通过快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统100的can总线通信方式传输给车辆数据管理模块102，同时将部件状态监控信息通过4g无线网络传输给云服务器，进入步骤s6；

步骤s6，多个车辆数据管理模块102分别接收当前车体下的两个转向架上的架载状态监测模块输出的部件监控状态信息，将接收到的部件状态监控信息进行走行部分析，即：车辆数据管理模块102通过预设程序对部件监控状态信息进行基于大数据的比对分析，判断是否故障并得出对应的综合状态信息，同时将该信息进行本地存储，进入步骤s7；

步骤s7，车辆数据管理模块102将s6所得综合状态信息通过快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统100的zigbee自组网络以无线通信方式传输给机车主监测模块103，同时将综合状态信息通过4g无线网络传输给云服务器104，进入步骤s8；

步骤s8，机车主监测模块103的信息获取部31接收所有车辆数据管理模块102传输的综合状态信息，将接收的综合状态信息用过4g无线网络发送给云服务器，进入步骤s9；

步骤s9，判断所接收所有车辆数据管理模块102传输的综合状态信息是否含有故障信息，同时在图像存储部32中生成并存储相应图像信息，若综合状态信息含有故障信息，进入步骤s10，否则进入步骤s11；

步骤s10，声光报警部34通过蜂鸣器和闪光灯进行声光报警，同时将收到的含有故障信息的综合状态信息通过4g无线网络通信传输给地面指挥中心，进入步骤s11；

步骤s11，将s9生成的图像信息通过显示部33显示给所处货运列车机车操作面板前的司机，进入结束状态。

架载状态监测模块、车辆数据管理模块以及机车主监测模块均按照一定时间传输周期通过4g无线网络或停车时通过有线下载将各模块本地存储的相应信息上传到云服务中，并存储到与对应货运列车走行部被测部件识别信息相对应的存储位置，架载状态监测模块、车辆数据管理模块以及机车主监测模块均按照一定的时间清理周期删除架载状态监测模块、车辆数据管理模块以及机车主监测模块中存储的相应信息，时间清理周期大于时间传输周期。本实施例中时间传输周期为3天，时间清理周期为7天。

额外的，本实施例中，机车主监测模块103还可通过linux操作系统在显示部33上操作，司机通过选取某一部件的待选图标画面，信息检索部35调用图像存储部32中对应画面的状态画面并在显示部33上显示，完成司机对某一特定部件的状态信息调用。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的一种快捷货运列车走行部运行安全智能监测系统，由于本发明具有架载状态监测模块、车辆数据管理模块以及机车主监测模块三级架构及相应数据传输和管理方法，分别对采集部件状态信息进行处理和分析，最终得到的综合状态信息比传统单一测量的信息更合理、更准确。本发明中架载状态监测模块以及车辆数据管理模块与所安装转向架和车体一一对应，故当货运列车按照维护或调度要求将列车重新编组时，架载状态监测模块将保留在原处转向架上，并组成新的监测系统，编组后的机车主监测模块可以通过车辆数据模块获得底层架载监测模块的所有历史数据，因此可实现传统监测无法实现的对走行部关键部件从出厂到报废的全周期监测。

本实施例中，通过对各模块完成定期的信号云服务器上传和本地内存清理，解决了存储空间有限的问题进一步完善对走行部关键部件的全周期监测。

本实施例中，架载状态监测模块和车辆数据管理模块通过can总线连接优化了布线方案，使得监测系统的实际安装和维护更合理便捷。

本实施例中，架载状态监测模块包含温度-加速度复合传感器、横向加速度传感器、压力传感器、环温传感器、机车速度传感器、数据处理算法模块、集成模块以及存储模块结构，文中架载状态监测模块所采集部件状态信息比传统单一测量采集的信息更合理、更准确。

本实施例中，在机车与车辆通过4g无线网络通信传输给地面指挥中心及云服务器的特点，具有高效的处理货运列车的故障的优点。

本实施例中，充分考虑到在对走行部多部件进行监测的时候，通过数据总线的形式将转向架传感数据传输到上层车体设备，可以减小工程布线难度和方便后期监控系统的维护。

本实施例中，机车主监测模块可通过司机选定待选图标画面调用对应部件的状态信息，可实现对特定部件状态信息的实时获取。

本实施例中，机车主监测模块可通过司机选定待选图标画面调用对应部件的历史状态信息，可实现对特定部件状态性能退化趋势信息获取。

本实施例中，车辆数据管理模块和机车主监测模块通过无线网络连接，可解决在货运列车按照调度要求将列车重新编组的问题，同时用无线通信代替总线通信大大节省了货运列车重组时所需的时间及人力资源成本。

上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

在上述实施例中，车辆数据管理模块通过zigbee自组网络以无线通信方式与机车主监测模块连接。在本发明其他方案中，车辆数据管理模块还可通过can总线与机车主监测模块有线连接。

在上述实施例中，车辆数据管理模块通过can总线连接方式与架载监控模块连接。在本发明其他方案中，车辆数据管理模块还可通过485总线与架载状态监测模块有线连接。

在上述实施例中，所述架载状态监测模块、所述车辆数据管理模块以及机车主监测模块均按照一定的时间清理周期删除所述架载状态监测模块、所述车辆数据管理模块以及机车主监测模块中存储的所述相应信息，所述时间清理周期大于所述时间传输周期。在本发明的其他方案中，上述模块可不删除本地存储的部件信息文件。

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