鐵路貨車智能化的初步設計

王雪軍

(中車長江車輛有限公司, 武漢 430212 )

信息化、自動化和智能化技術日新月異發展，已成為機械裝備技術的發展方向，鐵路貨車是鐵路運輸的重要裝備，加快鐵路信息化、自動化和智能化建設是實現我國鐵路發展的重要任務，鐵路貨車的全程實時智能化監測也受到越來越多的關注。

北美等鐵路技術先進國家在21世紀初已開始預研應用IT技術改進運輸管理與服務、通訊與自動控制、車輛安全性能參數監測等信息化及自動化、智能化新技術。澳洲及中東地區等國家漏斗車研究應用了“機車集中供電和監控”及“無線+有線傳輸”的車載轉向架軸溫、車輛脫軌、底門和頂蓋開閉狀態等安全監測技術，以實現鐵路貨車信息化、自動化。

現階段我國運煤敞車等車型處于機械技術階段，離電氣化、信息化、智能化存在較大差距，不能適應物聯網、故障預測等大數據和信息化管理的要求。另外，采用地面5 s系統對車輛運行狀態進行監測，不能實時即時定位、監測，難以對車輛性能進行科學診斷和正確預測。同時，鐵路貨車不具備供電能力，嚴重制約了信息化、自動化和智能化技術的應用。

文中提出一種鐵路貨車智能化監測的初步方案，主要包括貨車車載監控系統、車地數據傳輸和地面信息平臺，實現遠程實時監測貨車的性能指標和安全指標等信息，為鐵路貨車車輛運用、安全監控、故障預測、產品維修保養等提供技術支持。

1 車載監控系統的構成

車輛運行的狀態及相關參數的變化，可直接反映車輛運行的安全性能和故障狀況，因此，為了對車輛運行的安全性能和故障狀況進行即時監控，確保車輛運行安全和性能正常可靠，在車輛上研究應用狀態和安全監測系統，主要包括：

(1)空氣制動系統主管、制動缸和副風缸壓力監測裝置；

在車輛空氣制動系統主管、制動缸和副風缸相應位置裝用壓力傳感器，采用目前成熟的壓力傳感技術，隨車采集并監測空氣制動系統主管、制動缸和副風缸壓力參數變化信息，并實時將數據傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺實時收集車載通訊終端傳遞的數據，并對傳來的數據和設定范圍進行對比，當壓力值超過或降低到一定范圍時，信息平臺將信息推送到相關人員并發出報警，實現隨車即時識別和處理車輛空氣制動系統的故障和安全狀況的功能。

(2)貨物質量監測

在轉向架搖枕、側架或構架相應位置裝用測重傳感裝置，采用成熟的變形感應測重技術，隨車采集并監測貨物總重和兩側貨物質量偏差的變化信息，并通過無線技術實時將數據傳遞給車載通訊終端，實現隨車即時識別車輛卸貨口密封性能、底門鎖閉性能、傾覆穩定安全性能等。地面信息平臺實時收集車載通訊終端傳遞的數據，并對傳來的數據和設定范圍進行對比，當超載、偏載或載重持續降低到一定范圍時，信息平臺將信息推送到相關人員并發出報警。

(3)頂蓋開閉狀態監控

在防塵活動頂蓋裝置相應位置裝用位置傳感器，采用目前成熟的位移傳感技術，隨車實時采集并監測頂蓋開閉狀態信息，并通過無線技術實時將數據傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺實時收集車載通訊終端傳遞的數據，并與車輛運行速度進行對比，實現隨車即時識別和處理頂蓋及開閉機構的故障和安全狀況。

(4)底門開閉狀態監測

在車體的底門處相應位置裝用位移傳感器，采用目前成熟的位移傳感技術，隨車實時采集并監測底門開閉狀態信息，并通過無線技術實時將數據傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺實時收集車載通訊終端傳遞的數據，實現隨車即時識別底門及開閉機構的故障和安全狀況。

(5)轉向架軸溫監測裝置

在轉向架軸承上部承載鞍相應位置裝用溫度傳感器，隨車采集并監測轉向架軸承溫度變化信息，并通過無線技術實時將數據傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺實時收集車載通訊終端傳遞的數據，并對傳來的數據和設定范圍進行對比，當軸溫達到一定范圍時，信息平臺將信息推送到相關人員并發出報警。可即時識別軸承及軸承與車軸連接部位的正常與安全狀況，實現隨車即時識別和處理軸承故障和安全狀態。

(6)GPS系統

在車體端部相應位置安裝GPS系統，采用目前成熟的GPS定位技術及車輛運行里程和速度傳感技術，隨車即時采集車輛位置、運行里程和速度信息數據，充實基礎數據庫，為制定科學合理的車輛運用和維修計劃提供技術支撐，及時有效地對車輛進行使用、維護和檢修，充分提高車輛運用周轉率和運營效益。

(7)車載通訊終端

應用具有防雷、防水、防塵和電磁干擾的車載通信終端設備，通過運用加密技術，對車輛數據進行實時采集和進行車、地傳輸，實現移動信號多網絡自動切換，并降低車輛電能消耗和監測數據通過互聯網傳輸存在的安全風險。

2 車地數據傳輸系統

貨車數量龐大，需傳輸的數據量也巨大，考慮采用工業級4G無線通訊模塊，網絡通道采用移動、聯通雙通道的傳輸方式，將車載監測系統采集的數據傳輸到地面數據中心，見圖1。

3 地面信息平臺

充分發揮互聯網、大數據、人工智能等先進信息技術優勢，整合車輛全部信息化資源，構建和應用一體化信息平臺。

圖1 數據傳輸示意圖

地面數據中心通過3G/4G無線傳輸方式實時接收車輛車載監控系統的關鍵狀態監測信息，通過終端接收大量原始狀態監測數據，并通過數據處理系統實現對狀態監測數據的解析和分發。解析后的數據一路進入數據管理子系統，完成對所有車輛數據的綜合管理，為離線建模和歷史數據分析提供數據資源管理；另一路進入計算服務引擎，該計算服務引擎通過調用模型庫中已經生成的數據模型或統計信號分析模型形成對車輛狀態監測數據的在線分析，其對異常狀態、故障診斷、狀態評估和故障預測的結果將直接分發，將數據分析結果發布至相關人員，見圖2。

圖2 鐵路貨車信息系統構架

4 結束語

車載安全監測系統、車載通訊終端及配套的一體化信息平臺等技術和產品，在鐵路貨車上推廣應用，可大幅提升鐵路貨車的信息化、自動化、智能化技術水平，推動鐵路貨車技術實現具有里程碑的突破和發展。