大秦鐵路列車5T系統信息融合技術的研究

閆 劍，岳建海，楊 賀

（北京交通大學 機械與電子控制工程學院，北京 100044）

大秦鐵路列車5T系統信息融合技術的研究

閆 劍，岳建海，楊 賀

（北京交通大學 機械與電子控制工程學院，北京 100044）

鐵路5T系統是中國鐵路在面臨客貨混運、提速、重載的新形勢下采取的保障車輛運行安全的重要手段。系統采用多種先進的動態檢測技術、信息處理技術和網絡技術實現對車輛運行狀態的實時動態監測，但由于車輛部件的各類故障是相互影響、相互關聯的，在實際應用中，存在著信息共享、集中監控、綜合分析的強烈需求。本文通過對大秦鐵路的實際調研，提出了一種建設5T系統信息融合的方法。

車輛；安全監控；5T系統；信息融合

隨著經濟的高速增長，鐵路貨車技術裝備得到長足發展，其中，5T系統的持續列裝[1]，對車輛運用過程隱形故障的動態檢測，為安全運輸起到了巨大的保障作用。對車輛運行故障和安全隱患進行預判報警，減輕了列檢現場作業人員勞動強度和人員數量，提高了工作效率和發現故障的準確率，防范車輛故障隱患，確保了鐵路貨車的運行安全。

5T系統分別對鐵路車輛主要構件和運行質量實時監測，但由于車輛部件的各類故障是相互影響、相互關聯的，在實際應用中，存在著信息共享、集中監控、綜合分析的強烈需求[4]。通過對5T系統信息資源有效的融合，實現相關信息的關聯與交叉檢索，對提高安全預警水平和故障分析能力等具有重要意義。

本文通過對大秦鐵路的實際調研，提出了一種建設5T信息融合系統（以下簡稱系統）的方法。

1 5T系統簡介

車輛軸溫智能探測系統[5]（THDS，Trace Hotbox Detection System）：利用軌邊的紅外探頭，對列車軸承溫度進行動態監測，發現熱軸故障，并通過配套故障智能跟蹤裝置，實現對熱軸的精確跟蹤和預報。

車輛運行品質軌邊動態監測系統（TPDS，Truck Performance Detection System）：利用安裝在正線上的軌道測試平臺，動態監測通過列車輪軌相互作用連續的垂直力和橫向力，重點防范脫軌事故發生。

車輛滾動軸承的軌邊聲學診斷系統（TADS，Trackside Acoustic Detection System）：利用軌邊噪聲陣列實時采集運行貨車滾動軸承噪聲，監測運行車輛滾動軸承的早期故障。

貨車故障軌邊圖像監測系統（TFDS,Trouble of moving Freight car Detection System）：利用軌邊高速攝像技術，實時在線監測通過的貨車，采用圖像智能識別和人機結合的方式，判別貨車的常見故障。

客車運行安全監控系統（TCDS， Train Coach Detection System）：其作用是對客車運行安全關鍵部位進行實時監測和診斷，重點防范車熱軸事故、火災事故，走行部、制動部、供電及空調故障。

2 系統融合設計思路

系統以貨車車輛為管理對象，以車號為唯一關聯標識，融合5T信息資源，建立貨車車輛安全監測信息的全局視圖，為列檢車間針對貨車車輛的安全管理、檢測和維修等業務應用系統提供及時、完整的5T融合信息服務。為保障鐵路貨車運行安全、提高故障車輛檢測效率提供有效支撐。

3 系統融合流程設計

在為期兩個月的調研過程中，結合大秦鐵路5T系統現狀和列檢所5T信息融合應用需求，對5T信息（不包含客車運行安全監控系統TCDS）的采集、融合到服務整個過程細分為6個具體流程。

3.1 數據采集流程

數據采集是將5T的數據從不同的數據包中進行讀取，然后進行解析。TA、TP、TF采用的是XMAL格式進行存儲，可直接進行解析。TH采用原廠家自己封包的DATA文件格式，需要對其數據包進行解析。采集數據包是從5T中心站進行讀取，讀取方式采用監控文件目錄。

3.2 數據轉換流程

數據轉換主要是對采集到的數據按以下4個標準進行處理：

（1）屬性標準轉換：對于數據標準屬性，進行標識替換。

（2）事實數據：采用入庫存儲要求進行事實數據的轉換。

（3）類型長度轉換：對傳輸中數據類型以及長度進行變化。

（4）切分和組合轉換：對于長數據，可以采用切分，分成不同的維度。

3.3 數據存儲流程

3.3.1 入庫原則

（1）事實數據只做入庫，不做計算；屬性數據，做維度標準化，做查詢條件關鍵字。

（2）采用多冗余，預加工處理，在各個地方，對車輛來說為全數據。

3.3.2 入庫方法

（1）原數據存儲：接口得到各數據包，分類進行備份存儲，采用日志式，即文本文件方式。

（2）日志文件存儲：同時產生日志序列，寫在單一的日志文件目錄中，用于原數據的目錄索引，方便進行查找；也可將日志表直接存入數據庫進行保存。

（3）數據庫存儲：按4種類型進行入庫存儲，采用多表進行關聯存儲。維度分為時間、車輛、事故類型以及探測站。其中探測站存儲為原數據存儲。只是將文本文件的內容導入數據庫中。數據庫存儲不分中心站、段局、列檢等，將各需要的數據全部壓入各自的本地數據庫進行存儲。

3.4 數據加工流程

（1）對車輛的各種數據進行加工處理：每次車輛通過檢測站，得到事實數據后，將根據預加工后，以車輛為主線，在每個車輛信息后進行追加故障數據以及事實數據。其中故障數據要求保存24個月，事實數據保存3個月，超過時限，老數據由新數據進行替換，空間循環使用。

（2）視圖處理：為了方便上層展示，可以對數據進行二次處理，達到快速讀取的目的。

3.5 數據分發流程

存儲與分發并行處理：

（1）根據各列檢所查詢到其所需檢測站的數據。

（2）將根據車輛信息，通過目錄索引，得到各車輛數據包文件，壓縮打包。

（3）通過TCP或者WebService方式將數據包分發給列檢所。

（4）列檢所對數據進行解包，壓入列檢本地數據庫。

3.6 數據展示流程

（1）各列檢所得到分發數據后，由后臺發起向前推送指令。

（2）前臺頁面采用5 s輪循處理或者采用單線程長連接，得到指令。

（3）調用后臺的數據，展示在前臺的頁面中。

4 系統數據構架設計

以車號為唯一標識，依據地理位置、故障類型、組織機構等標準，對車輛的5T信息進行融合，系統數據架構的層級依次是列車信息、車輛信息、部件信息，如圖1所示。

圖1 系統數據構架圖

5 系統信息融合的核心技術

5.1 采集和解析

5T信息融合最核心、最困難的問題就是要解決5T數據的采集和解析，為了保證5T信息融合效率，滿足列檢作業的實時性要求，系統根據5T系統的不同特點，利用最新的網頁抓取技術和數據包解析算法來解決數據采集和解析的問題。

5.2 關聯標識的選取

系統以車號為唯一關聯標識，融合同一輛車在不同時間內的5T信息，為每一輛車建立一個5T信息融合全局視圖，為故障車輛5T融合信息關聯綜合分析奠定必要基礎。

5.3 故障車輛信息關聯的綜合分析

車輛部件的各類故障是相互影響、相互關聯的，在對故障原因的判別中需要綜合分析。系統利用經驗模式，建立故障車輛5T信息關聯分析數學模型，進行關聯故障的智能分析，快速進行故障判斷。

6 結束語

系統通過在列檢所安裝試運行，經列檢作業的實踐檢驗，滿足列檢作業對5T信息融合的應用需求，提高了故障車輛檢測效率和故障分析水平。

[1]劉瑞揚. 建設地對車綜合安全監控網絡信息系統[J]. 鐵路計算機應用，2005，14 （4）：18- 20 .

[2]劉瑞揚，王毓民. 鐵路貨車運行狀態地面安全監測系統（TPDS）原理及應用[M] . 北京：中國鐵道出版社，2005.

[3]劉瑞揚，王毓民. 鐵路貨車滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統（TADS）原理及應用[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]陳伯施，劉瑞揚. 地對車安全監控體系5T系統信息整合與應用[M]. 北京：中國鐵道出版社， 2006.

[5]陳 雷，趙長波.鐵路貨車信息化應用技術概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[6]李百泉，劉瑞揚，張 軍. 貨車滾動軸承早期故障軌邊聲學診斷系統[J].中國鐵路， 2006 （9）：35- 38.

[7]劉瑞揚.鐵路貨車運行故障動態圖像監測系統（TFDS）原理及應用[J].中國鐵路， 2005（5）：26-27.

[8]中華人民共和國鐵道部.車輛軸溫智能探測系統（THDS）設備檢修維護管理規程[S]. 北京：中國鐵道出版社，2009.

責任編輯 方 圓

Information fusion technology for 5T System of train in Datong-Qinhuangdao Line

YAN Jian, YUE Jianhai, YANG He
( School of Mechanical and Electronic Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

5T System(Trace Hotbox Detection System, Truck Performance Detection System, Trackside Acoustic Detection System, Trouble of moving Freight car Detection System, Train Coach Detection System) was the important means to guarantee the safe operation of the vehicle under the new situation of mixed passenger and freight transportation, speeding-up, overloaded. The System was used advanced motion detection technology, information processing technology and network technology to achieve real-time vehicle dynamic monitoring of running status. However, various types of failure of vehicle components were interacting and interrelated, in practical applications, there was a strong demand for information sharing, centralized monitoring and comprehensive analysis. Based on the actual research of Datong-Qinhuangdao Line, a set of building method of 5T information fusion was proposed.

vehicle; security monitoring; 5T system; information fusion

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0052-03

2014-05-07

鐵道部科技研究開發計劃（2012J006-G）。

閆 劍，在讀碩士研究生；岳建海，副教授。