動車組TEDS系統運用實踐與思考

蔚建軍 上海鐵路局上海動車段

動車組TEDS系統運用實踐與思考

蔚建軍 上海鐵路局上海動車段

上海鐵路局動車組TEDS監控系統從2014年3月運用至今，使得管內動車組運行動態狀況得到了實時探測和監控，有效防止和減少了諸多危及行車安全的車輛設備故障，取得了預期效果。但在實際運用中,TEDS系統仍存在一些問題，限制了作用的發揮，應進行改進,以發揮更好的安全保障作用。

動車組；TEDS；監控系統

1 系統介紹

動車組運行故障動態圖像檢測系統 (Trouble of moving EMU Detection System)簡稱TEDS系統，是基于貨列TFDS、客車TVDS系統技術研制的行車安全裝備，利用高速相機對運行動車組車體底部、側下部進行拍攝，采用高速圖像采集、控制、智能檢測、車輛部件和車號識別、異常預警、低通道圖像處理和傳輸等技術，以自動識別和人工判定結合的方式，及時發現關鍵部位故障。該系統符合中國鐵路總公司對在線檢測監控技術的要求，滿足動車組運行速度高、密度大的需要，是保障高鐵運行安全的重要裝備。

1.1 數據傳輸構架

系統由探測站設備、動車段和路局監控中心設備、總公司查詢中心設備及網絡傳輸設備組成。探測站采集到的車體底部、側部裙板、連接裝置、轉向架等可視部位圖像信息存儲在數據服務器，經調整處理傳輸至段監控中心，由分析人員根據報警信息結合原始圖片判定動車組關鍵部件故障。

1.2 關鍵技術

（1）圖像采集。利用線陣、矩陣相機對動車組轉向架制動裝置、傳動裝置、牽引裝置、輪軸、車鉤裝置、底部電務車載設備和側部裙板、轉向架及軸箱、車端連接部等可視部位進行高速連續拍攝，獲得高清大數據圖像。

（2）3D成像技術。系統利用FPGA技術，對線陣相機采集圖像進行建模、分析處理獲得圖像3D數據，形成可視部件的3D數據模型，實現可視部件的多角度查看。

（3）圖像自動識別報警。采用多種模式識別技術、決策融合技術、異常圖像檢測等技術，對TEDS的大數據圖像進行高速處理、分析，與標準圖庫實時識別、比對，完成異常圖像位置的自動鎖定和報警，實現按部位、類型的分析和統計。

2 運用實踐

上海動車段TEDS監控中心設置60個作業終端，擔負著我局上海、南京、徐州、合肥、杭州、溫州等地區的19套TEDS設備的監控、預報和分析處理任務。

2.1 運用探索

根據監控中心人員配備、動車組實際運行和監控分析作業特點，建立了包車制作業模式，總結了一套針對轉向架、裙底板、輪對等動車組重要部件的“M型”、“C型”、“Z型”等監控作業方法，提高了監控分析作業準確性和效率，使得動車組可視故障發現率明顯提升。結合我局運用實際，制定了設備保養、定置管理的“九不準，六必須”規定，完善了《TEDS監控中心監控作業管理獎勵和考核辦法》，調動了分析人員的積極性，使得設備運用管理有序可控。

2.2 故障處置優化

為提高動車組故障處置速度，確保關鍵重點部位故障不漏判，對TEDS監控故障處置流程進行優化，故障判定采取設備自動報警和人工確認結合的方式，TEDS作業人員對故障報警及重點關鍵部位進行監控分析，判斷為可能影響動車組運行安全的真實故障，由作業組長確認，根據故障情況向路局動車調度報告，同時填報“TEDS預報故障通知/處置單”，由動車調度通知列車調度員，采取限速運行或立即、前方站停車檢查等措施時。執行以來，不斷總結、優化，編制了動車組TEDS監控作業指導書，規范了作業標準、信息傳遞流程。

3 運用成果

2015 年，TEDS監控中心共完成185 281列監控分析工作，日均完成515列，完成故障報警分析共計17 181 670條，日均完成47 726條，共發現各類故障946件，故障包括軸端螺栓丟失、傳感器管卡螺栓丟失、吸污口或注水口蓋板未關閉、底板螺栓丟失、各類滲油或漏油、降噪層脫落、放松鐵絲斷、走形部卡異物等，通過不斷總結和積累，制作了典型案例（見圖1）。

案例1：2015年1月29日，蚌埠南至徐州東的D7692次, 6：19途經徐州東上行1探測站,發現全列冰雪覆蓋嚴重，并及時進行應對處理。

案例2：2015年04月19日,上海虹橋至天津西的G212次,11：41經徐州東上行2探測站,發現07車運行方向右側停放制動緩解閥拉桿搭扣脫落。

案例3：2015年3月22日，天津西至長沙南的D292/3次，途經徐州東下行1探測站，發現2車左側排污口蓋板未關閉到位。

案例4：2015年11月27日,漢口至上海虹橋的D3054/1次，途經上海虹橋下行探測站,發現07車1軸聯軸節與齒輪箱連接處疑似漏油。后經確認漏油。

案例5：2015年12月25日,北京南至上海虹橋的G13次，途經上海虹橋下行探測站，發現01車右側轉向架上方裙板丟失。

圖1 典型案例示意圖

4 問題探索及解決方案建議

4.1 存在問題

TEDS系統運用中也暴露出故障誤報率高、硬件配置及軟件功能設計方面等諸多問題。

（1）硬件故障多。2015年以來影響TEDS監控設備故障共計發生170件，日均故障0.57件，其中無過車信息故障39件，無車組號故障15件、通道無圖故障74件，軟件等故障42件，對日常監控分析作業造成極大的干擾。

（2）誤報率高。表現在故障報警數高、誤報率高，2015年10月1日-22日，日均過車785標準組，日均報警數為81 429條，每人日均作業量為40組、確認故障5 089條，其中判斷為真實故障報警的僅2條，準確率僅為0.0025%，遠未達到鐵總每組200條故障報警要求。

（3）圖像傳輸時間長。個別探測站的帶寬不足，圖像傳輸超過5 min，因系統識別軟件不夠完善，造成總作業時間過長。2015年3月份以來，TEDS探測設備圖像傳輸平均時間9 min12 s，識別平均時間6 min18 s，尚未達到鐵總規定的總作業時間10 min完的要求。

（4）受外界環境影響大。雨天、早晨起霧、冰雪天氣時，經常會造成設備無圖、圖片模糊、黑圖和白圖等圖像問題。2015年以來發生的圖像質量故障74起，其中因天氣原因占90%，造成設備無法正常識別故障。

（5）應急處置有待完善。表現在對突發情況處置措施不完善，5月19日、5月20日南京南京滬下行探測站突然停電,主服務器無法實現運程重啟，影響動車組的監控分析。

4.2 解決方案建議

（1）優化自動報警功能。針對動車組運用實際，根據不同部件出現故障的概率，調整裙板、齒輪箱、聯軸節等對關鍵重點部件的報警參數，整合參數差異，統一技術指標和參數，優化自動報警程序，采用簡易視窗操作監控分析圖像，提高分析作業效率。

（2）提高系統可靠性。自動分析比對的標準圖像是采用該動車組上一次通過本探測站的圖像，容易受外界光線干擾，誤報率較高，建議優化標準圖像和比對方案，對故障率較高部件進行參數優化，將報警故障分級甄別，形成真假故障的數據庫，提高真實故障的判斷能力。

（3）對軌邊設備升級優化，如增加相機鏡頭自動清洗裝置，減少雨水等雜物侵擾，優化遠程重啟功能，提高供電和運行環境的可靠性，降低斷電、環溫過高等情況引起的突發問題，減少天窗維修次數，提高設備運行的可靠性。

（4）完善運用管理。完善運用應急機制，探索制定數據傳輸遲緩、報警信息不完整、圖像模糊等狀況時的應對措施。繼續收集TEDS分析作業過程的優化建議，不斷修訂完善相關標準和作業指導書，制定崗位職責和分析管理辦法，促進分析作業判斷能力整體提高。

5 運用技術展望

多層次、全方位的安全卡控，是動車組安全運行的屏障，根據十三五規劃和中國高鐵未來的發展趨勢，動車組TEDS運用和發展有著廣泛前景和未來。

5.1 3D識別技術持續發展

現階段TEDS-3D識別技術仍然停留在輔助的階段，主要識別仍然使用2D識別，識別技術對圖片質量要求高，產生誤報較多，同時螺栓串出等故障，通過2D圖片不易發現，因此3D識別技術將成為未來的主流識別技術，提高動車組故障判別的準確性。

5.2 大數據的整合運用

目前TEDS設備僅收集到的是該探測站的過車基礎信息與圖像信息，判斷故障的方式比較單一，綜合預防故障能力較弱。發展趨勢為TEDS可以與TADS等其他動車組檢測設備的檢測信息相互整合、相互輔助，根據多種檢測數據并結合大數據中和分析總結規律，實現故障提前發現和預防。

5.3 通信技術的提升

現有TEDS專用網絡僅有8 Mb,帶寬過小，抑制住了多種技術的實現及發展，若TEDS專用網絡提升至100 Mb/1 000 Mb,即可實現如下功能：

（1）可以實現上個探測站與下個探測站的識別對比，進而可以觀察到列車運行一段距離或一段時間后發生的變化，對故障預防有重大的意義。

（2）軌旁機房內設備可以集中建設在監控中心，方便設備維護，并且設備發生故障時可以及時處理。

5.4 作業方式的變革

現階段作業方式為分析員發現故障后通知組長確認，組長上報路局調度員，路局調度員通知列車司機做出相應的操作，此過程需要經過多人轉述匯報，容易造成消息轉述錯誤并且響應時間較長。

無線通信技術的持續發展，當帶寬達到100 Mb后，可以利用列車到站停車的時間，將TEDS采集到的圖片上傳至隨車機械師的手持設備中，隨車機械師可以根據現場實際情況立即做出應急處理，減少中間轉述環節。

5.5 分布式計算的運用

當TEDS專用網絡帶寬達到100 Mb/1 000 Mb后，可以充分利用分布式計算優勢，可以大量減少識別機的數量，充分利用每臺機器的性能，減少硬件成本的投入。

5.6 AR技術的引進

3D采集技術已成功進入TEDS設備，但采集后的圖片主要用于3D識別，分析員仍然查看2D圖片作業，出現2D圖片不清晰時，手動切入到3D模式查看局部圖像。

AR（增強現實）技術出現后，如果未來可以引進到TEDS設備，就可以實現分析人員“置身”于現場，從不同角度觀察列車的效果。

現階段TEDS識別主要以模板對比識別技術為主，如果模板不夠準確或者圖片干擾信息較多直接影響識別效果。如果未來以深度學習技術作為主要識別技術，即可有效避免這類問題，同時識別的準確率可能會超過人工發現的準確率。

5.7 TEDS全覆蓋建議

為確保動車組運行安全，應按照TEDS設備可安裝在160 km/h以下的線路要求，本著始發、中轉（站折）動車組不探測的原則進行布點，根據管內線路布局，我局還應在徐州東站鄭徐上下行、南京南站寧安上下行、滬蓉上行、上海虹橋滬寧上下行、杭州東寧杭上行、滬昆上行新建TEDS探測站9套，實現動車組全覆蓋探測，進一步提高動車組運行安全。

[1]中國鐵路總公司運輸局.《動車組運行故障圖像檢測系統（TEDS）設備暫行技術條件》.2013（76）.

[2]中國鐵路總公司.鐵路動車組運用維修規程.北京.中國鐵道出版社, 2012.

責任編輯：王華 傅佩喜

來稿日期：2016-08-03