動車組智能監控關鍵技術研究

劉 倡

（中國鐵路武漢局集團有限公司調度所，湖北 武漢 430000）

0 引言

在最近幾十年，高速運行的動車組列車建設項目在世界多個國家都獲得了廣泛的發展，舒適、便捷的動車組列車不僅能夠促進地域經濟的發展與建設，而且還豐富了軌道交通的內涵。高速鐵路相對于其他運輸方式來說，具有運行速度快、安全性能高、運輸能力大、占用土地資源少、能耗低等相關優勢，是當前重要的交通工具和交通形式之一。科學技術的發展推動了智能監控技術的進步，智能監控技術在動車組列車中的應用使得人們的出行更加安全和便捷，可以有效減少事故的發生，保證高速鐵路列車能夠持續穩定的通行。

1 動車組智能監控系統概述

動車組智能監控系統區別于一般的視頻監控，以數字化視頻監控為基礎，是一種更加高端可靠的視頻監控系統的應用，可以識別不同的物體和載體，有效發現列車運行中的故障問題和異常問題，并能夠通過最佳的方式和最快的速度向相關人員報告有用信息，從而能夠幫助安全管理人員快速處理相關危機，最大限度的避免風險問題的發生。動車組智能監控系統相對于其他的視頻監控技術來說，具有全天候可靠監控、數字化、網絡化、精確度高、響應速度快等相關優勢。動車組智能監控系統能夠有效解放人力，減少普通視頻監控系統對安全管理人員的要求，可以對監控畫面進行實時的分析和監控，通過攝像機和行為分析服務器等嵌入式的設備中的智能視頻模塊不間斷地進行監控畫面的分析。其次，動車組智能監控關鍵技術的應用能夠明顯提升響應速度，可以快速識別可疑活動，比如可疑物體及敏感區域不當闖入等相關事項。安全人員可以在安全威脅發生之前，并能夠通過監控技術所提供的內容做好提前準備工作，避免安全威脅對列車組正常通行所帶來的影響和危機，有效處置由于人為因素所造成的延誤問題和安全問題，保證列車通行的可靠性、安全性和持續性。另外，動車組智能監控技術中的前端設備具有強大的集成式的圖像處理能力，可以應用高級智能算法精確定義安全威脅的特性，有效降低漏報和誤報發生的概率，減少冗余數據量[1]。

2 監控設備簡介

2.1 紅外線軸溫設備

紅外線軸溫設備屬于一種高溫測量的智能檢測設備，熱軸預測精度比較高。紅外線軸溫檢測設備甚至可以達到360km/h的速度對車輛軸箱的具體溫度進行監控。它可以監控車輛的方位，然后與AEI相結合完成車輛的軸承監控。在網絡應用程序的基礎上，它可以有效地監控以及防止熱切軸故障的出現。

2.2 高速攝像設備

高速攝像機可以監視EMU的具體狀態。在EMU運行過程中，如果遇到一些故障，則可以在高速攝像機的基礎上監視EMU的側面以及底部圖像。監視容易產生裂紋以及損壞的零件，比如：聯軸器以及基本的制動裝置等，并利用自動圖像采集以及識別技術自動的對異常情況進行報警。這種方法將會使得工作效率得到提高，節省時間，并大大的提高汽車維修的質量。這樣可以保證維修人員的工作更加的放松，進而提升工作熱情，保障動車組的安全運行。

2.3 機械監控設備

在動車組運行的過程中，各種胎面都非常容易遭受損壞，比如：剝離，摩擦以及偏心等，這些都會對某些零件造成損壞。因此，始終監控EMU的具體運行是非常必要的。我們通常會利用動態監測系統來對動車組的運行進行監控。當工作條件比較惡劣時，系統會發出警報，提醒員工采取必要的防護以及維護措施，這樣就會使得脫軌事件的發生幾率大大的降低。不同的嚴重程度，系統將會對其實施分級報警，這樣可以降低人員的工作量，提升工作效率。其他的一些監控系統也可以及時的了解檢測到的具體數據，從而掌握動車組的運行狀態，強化安全措施，保障動車組的安全行駛。

2.4 聲學診斷設備

科學技術一直在非常迅速的發展，這樣就使得技術的應用更加廣泛。聲學診斷設備主要利用聲學診斷技術來捕獲以及分析車輛軸承的具體振動以及聲音，以對軸承故障進行監控。聲學診斷設備利用軸承信號頻率，車速以及能量等具體接受情況來完成軸承的綜合性分析，從而采取針對性的預防措施，并使得動車組的行駛安全性得到提高。

3 智能監控的主要功能

3.1 三維信息收集功能

當激光照射到被測物時，三維圖像獲取模塊可以利用3D成像定律對被測物的具體三維信息進行測量。其主要用于對火車底部的可見部分進行掃描，包含：車身底部以及中間連接部分。

3.2 關鍵部位的多角度檢測功能

在關鍵部件的多角度檢測功能當中，系統可以使用六軸機械臂，完全的模擬人類手臂進行操作，把關鍵部件的具體檢測模塊擴展到轉向架當中，甚至可以達到無法移動的位置，然后利用手動檢測完成監控。并從多個角度對關鍵部位實施捕獲以及掃描，最終形成完整化的三維圖像信息，并利用特定的識別算法完成關鍵部位故障的具體監控。

3.3 圖像故障自動識別功能

該系統主要是使用圖像比較來完成動車組故障的監控，即對同一個動車組的當前三維圖與最近的三維模型實施比較以及分析，這樣可以獲取動車組相同部位的具體圖像變化信息。對圖像信息的變化進行判斷，最終達到檢測火車故障的目的。為了使得準確性得到提高，系統還會使用標準模型實施再次的比較。比較之后，還會參考TEDS或者其他的系統數據記錄，以使得故障判斷的準確性得到提高。

4 動車組智能監控關鍵技術

動車組智能監控系統具有高清、智能、移動、云監控四大特征，高鐵監控系統主要包括前端監控設備、后端設備中心、中間傳輸系統、視頻監控中心等相關部分組成。前端監控設備主要包括寬動態網絡槍型攝像機、日夜型槍型網絡攝像機、紅外熱成像云臺攝像機等相關設備組成。前端監控設備的應用可以提升攝像頭的分辨率，獲得更好的視覺效果，而且能夠針對不同的業務場景進行深入分析，充分發揮高清設備的監控優勢。動車組智能監控系統傳輸部分采取密集型光波線路，能夠有效提升帶寬，降低傳統監控光纖網絡布置的費用，同時也能夠保證高清視頻碼率傳輸的帶寬要求。智能監控系統的后端設備中心應用了冗余備份機制，雙備份的形式可以有效提高系統的可靠性和安全性，從架構上避免中心設備發生異常而無法正常使用的問題和弊端。

視頻監控中心可以通過計算機網絡系統對監控圖像進行實時的瀏覽，并對以往的監控記錄進行查詢。值班人員可以通過PC機隨時隨地的觀察關鍵區域是否存在異常情況，從而能夠幫助工作人員及時作出有效反饋，保證動車組列車運行時的人們的生命財產安全。動車組智能技術的應用可以減少人力資源的投入，自動對各種業務場景進行可靠分析，并在整個視頻監控方案當中應用多種智能分析功能，包括物體滯留報警、移動監測報警、移動路徑報警、突然出現報警、物體移走報警等相關功能。業務操作人員可以不需要像以往一樣枯燥而繁雜的盯屏幕，智能系統通過自動識別、自動反饋，可以幫助業務人員作出快速準確的決定。動車組智能視頻監控系統中的控制中心監控子系統主要包括視頻監控主機、視頻終端、視頻解碼主機、交換機、大屏幕、控制主機臺以及光纖收發器等相關部分組成。視頻監控主機可以實時有效地切換各車站或者各區間的高清晰視頻信號，能夠有效控制攝像機的位置以及記錄任務，完成高清晰度的視頻錄像以及普通視頻編碼和解碼等相關功能。控制中心具有對動車組沿線各攝像機的優先控制權，可以根據需要和實際情況設置數字監控終端的權限，實現對各信號系統的錄像控制以及切換等。車站監控子系統主要包括解碼器、車站監控、終端交換機、硬盤錄像機、光纖收發器、存儲陣列等相關設備，傳輸子系統可以通過視頻線纜數據往系統傳輸系統無線網絡，實現數據和信息從前端設備傳遞到后端設備。高鐵視頻監控系統的網絡化實現了將原有的系統結構從集總式轉向為集散式，采取模塊化、標準化以及系統化的設計，完成硬件和軟件的構造，使得系統設備的配置具有組態靈活、開放性好、通用性強、數據處理便捷、控制功能優異、人機界面友好等相關優勢，使得系統的維修和調試更加的簡單和方便，容錯率高，能夠系統全面的對高鐵運行情況進行監督和管理，保證高鐵運行的持續性與穩定性。

5 結束語

綜上所述，動車組智能監控關鍵技術的應用對于動車組列車的安全運行具有至關重要的作用，可以及時可靠的發現動車組運行過程中存在的問題和故障，并采取措施進行處理和解決，減少安全問題和故障問題的發生，促進高速鐵路系統的進一步完善與發展。