基于LAIS技術的電力機車精細化能耗數據系統的設計與實現

劉彥峰

摘要：系統為實現電力機車能耗精細化能耗數據采集與應用目標而設計，基于LAIS信息平臺，采用數據疊加技術整合能耗精細化數據，為節能操縱分析提供有力的數據基礎。

【關鍵詞】LAIS技術 ； 電力機車能耗數據

1.研發背景

能源是社會經濟發展的重要物質基礎，在建設資源節約型社會的今天，節能降耗已成為解決能源危機的重要舉措，保證經濟持續發展的當務之急。

神朔鐵路電氣化機車能耗是運營的重大成本支出，能源單耗是反映機務段運輸生產過程的一個重要經濟指標。分析能耗增減變化的成因，對領導制定節能降耗措施、完成節能目標、降低成本支出、提高經濟效益都具有非常重大的現實意義。目前神朔鐵路電力機車使用機械式電表進行能耗計量，采用乘務員交接班時手工抄表的數據采集方式，存在數據實時性差、機械表計量精度低、數據精細化程度低、統計結果誤差大等問題。

2.國內外研究現狀

為解決上述問題，國內不少學者提出解決方案，大致包括以下兩種：

人員添乘、手工抄表：在一定程度上解決了數據精細化程度低的問題。但由于人力資源有限，不能做到每臺車、每趟車都采用此方法，導致數據量少，且手工記錄難免產生誤差，達不到通過大量真實數據進行能耗分析的目的。

在電力機車上加裝具備IC卡的新型電表：可分時記錄能耗數據，通過人工將數據轉儲到地面系統，由系統將能耗數據與機車運行信息結合，實現精細化統計分析。該方案仍需人力投入，且鐵路部門對機車車載裝置的質量要求較高，目前還沒有真正能夠大批量生產并投入使用的該類新型電表。

3.解決方案

神朔機務段目前在電力機車上使用的是通過北京鐵路局科委評審的車載無線傳輸設備（LAIS車載設備）和能耗監測裝置（能耗裝置），并建立通信服務系統（LAIS信息平臺），可實現機車運行信息和能耗數據的遠程無線傳輸與存儲，只需在此基礎上開發出相應的數據統計分析軟件，即可實現研發目標。

4.系統方案

系統通過同步疊加能耗裝置采集的能耗信息和LAIS車載設備采集的機車運行信息，將數據自動匯總出不同供電段、機型、運別、區段等精細化能耗數據，并提供相關統計分析報表，反應用電量在線路上使用情況，體現司機操縱水平。通過對比多趟車的單耗、用電量和噸公里，分析機車運行狀態。

能耗數據和機車運行數據的精細化整合是本系統的基礎。本文主要圍繞神朔機務段現有SS4＼SS4B型雙節電力機車開展，擔當貨運任務時，采用多機重聯的方式牽引貨物。根據上述情況的需要，精細化數據整合包括如下三個步驟：

4.1.雙節機車能耗數據整合

雙節機車每節配屬獨立的LKJ監控記錄器（LKJ），安裝能耗裝置及LAIS車載設備，分別讀取機車能耗數據和運行數據，機車工作時，只有一端LKJ開機，擔當牽引任務，能耗裝置以LKJ時間為基準記錄能耗信息，另一端LKJ不開機，能耗裝置以自身時鐘為基準記錄電量信息。

機車雙節能耗數據到達地面后，地面系統根據數據庫中記錄的能耗裝置與機車對應關系，判斷哪兩組能耗數據屬于一臺機車，并以時間為依據進行同步疊加。

4.2單臺機車（雙節）能耗數據與運行信息數據整合

機車能耗數據與運行信息數據在到達地面時處于彼此獨立的狀態，需要將兩種數據有機結合，才能夠形成精細化的能耗數據。

系統以時間為依據，如機車運行信息傳輸率為S秒一次，能耗信息傳輸率為S1秒一次，S1>=S，地面系統在接收數據時，將時間誤差范圍在S秒內的同一機車能耗數據及運行信息數據進行整合，形成一條完整的單臺機車精細化能耗數據（包括：時間、速度、司機手柄級位、列車位置、正/反向有功電能、電流等等）。

4.3本務、重聯機車能耗數據整合

以雙機四節機車牽引重車情況為例，只有本務機車參與主控操縱，因而重聯機車工作情況對分析乘務員節能操縱沒有分析價值，根據神朔機務段需求調研結果，以整列機車耗電量為基準進行能耗統計，即可避免總重噸公里分劈計算，又可以更加直觀地體現機車運行過程中的耗電情況。因此，本系統采用將本務、重聯機車所有能耗數據累加后，以本務機車為主體進行能耗統計的方案。

為實現上述要求，在（1）（2）步驟中已實現本務、重聯機車各自精細化數據的整合，下面再根據本務、重聯機車擔當車次相同這一特性，地面系統以機車擔當車次及時間為依據，將同車次且時間誤差小于等于S秒的本務、重聯機車精細化能耗數據進行同步整合，并存入數據庫，為后期能耗統計及分析提供數據基礎。

5. 軟件設計

系統功能模塊劃分為五大類：LAIS信息平臺、電力機車能耗統計、能耗分析、節能操縱模型及系統維護。

下面僅對本系統主要功能模塊進行介紹。

5.1. 整列機車能耗數據累加

整列機車能耗數據累加模塊負責將整列機車（包括本務、重聯機）的所有機車能耗數據進行同步疊加，并分別按照區間及擔當車次劃分數據，進行存儲，為后期的能耗統計提供數據基礎。

5.2. 能耗數據統計

該模塊實現精細化能耗統計，根據不同的查詢條件，分車型、分日期統計、分值乘司機統計機車能耗情況，包括：總重噸、萬噸公里單耗、總走行、起始時間、起始地點、機車基本信息、乘務員信息等等，可根據要求進行排序。

5.3. 能耗精細化統計

該模塊實現按任意運行區段進行能耗統計，包括：總重噸、萬噸公里單耗、總走行、起始時間、起始地點、機車基本信息、乘務員信息等等，可根據要求進行排序。

為了能更好體現電力機車能耗數據的應用，通過數據二次疊加后，還需要根據實際數據進行業務數據整合，從而實現數據展現符合業務需求的應用，特別是神朔鐵路現有的運輸體質，編組方式，數據組織形式為：以同一車次為索引，組織同一牽引任務多車參與數據組合與運算，并通過數據運算體現相應的機車運用指標及能耗使用指標

5.4. 能耗數據分析

能耗數據經過系統整合后，統計機車值乘及電能消耗情況，為分析機車值乘操縱與電能消耗關系提供數據依據。可根據查詢條件進行設置，可設定標準單耗值，以此值作為評價標準，對于超出此單耗值的值乘車次進行高亮顯示：

能耗曲線分析圖主要展現本務機車以位置（公里標）為X軸，展現限速曲線、速度曲線、網壓曲線、電流曲線、有功電能（耗電）曲線，直觀展示機車值乘的情況。

5.5 系統維護

對系統字典表數據及配屬、機車、LAIS車載設備、能耗裝置情況的維護。

6.結束語

電力機車能耗統計與分析系統的研發，建立在神朔機務段LAIS信息平臺基礎上，采用電力機車能耗、網壓數據與列車運行數據信息的同步疊加技術，實現電力機車能耗精細化數據的整合、統計和應用，為機車能耗分析提供有效的數據基礎，有效提高信息獲取機制和高效的決策手段，從而進一步提高公司能耗現代化管理水平。

作為智能化的應用平臺，系統還可不斷增加和完善功能，如增加局間電費核算功能，為局間用電量結算提供有力的數據依據，并集成神朔鐵路車機工電輛等相關專業，開發更多應用功能，促進鐵路信息化的加快實施。

【參考文獻】

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