動車組車載BTM設(shè)備性能檢測系統(tǒng)

蔣曉鴿

（中國鐵路南寧局集團有限公司 南寧通信段，工程師，廣西 南寧 530029）

1 引言

隨著鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展，動車組信號設(shè)備故障已經(jīng)成為影響鐵路運輸發(fā)展的瓶頸。動車組車載BTM設(shè)備在長時間使用的過程中，BTM天線發(fā)射的能量存在波動或降低的可能。該能量信號用于激活地面的應(yīng)答器工作，是BTM設(shè)備工作的關(guān)鍵信號，其強度大小也是關(guān)鍵性能指標(biāo)。在一定的范圍內(nèi)，能夠保證BTM設(shè)備正常的激活地面應(yīng)答器并接收應(yīng)答器報文信息，當(dāng)性能下降時，BTM設(shè)備存在隱患，不能可靠激活應(yīng)答器并接收應(yīng)答器信息，這時需要及時提醒用戶對BTM設(shè)備進行檢查。因此，對信號設(shè)備性能預(yù)判，對可能出故障的設(shè)備做故障前的預(yù)防維修，成為了提升鐵路運輸效能的必要途徑。車載BTM設(shè)備是動車組車載設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一，在車載設(shè)備常見的故障中，BTM相關(guān)的故障占相當(dāng)大的一部分。現(xiàn)有的維護工作往往只有故障后的“處理”，缺少故障前的預(yù)防維修。如何通過一些簡單、可靠、高效的手段，對車載BTM設(shè)備的運行狀態(tài)進行檢測，并根據(jù)檢測情況對設(shè)備健康狀態(tài)做出故障預(yù)測，最大限度的降低對運輸?shù)挠绊懀蔀槲覀儽仨氀芯康恼n題。

2 當(dāng)前檢修手段和問題

2.1 當(dāng)前檢修手段

目前對于動車車載BTM設(shè)備的檢修和維護主要通過以下方法：外觀檢查、上電自檢、檢修人員在BTM天線下方晃動應(yīng)答器然后觀察BTM狀態(tài)指示燈、記錄器數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲分析。

2.2 存在問題

2.2.1 危害健康 工作人員長期經(jīng)常性的接觸BTM天線進行檢修，天線的輻射危害身體健康，而且存在強電危險。

2.2.2 潛在問題無法發(fā)現(xiàn) 工作人員在檢修過程中只能定性的發(fā)現(xiàn)設(shè)備是否故障，而不能發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在問題。比如：BTM天線的安裝高度降低、BTM天線的發(fā)射能量降低，都無法從日常的檢修過程中準(zhǔn)確的判斷出來。

2.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計缺陷 工作人員進行檢修工作中缺乏對檢修數(shù)據(jù)長期的記錄、統(tǒng)計分析、故障預(yù)警。

3 方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體方案

為切實解決問題，提出動車組車載BTM設(shè)備性能檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要完成對動車組車載BTM設(shè)備進行出入庫檢測。系統(tǒng)由軌旁處理中心、接收單元、機車識別單元、電子標(biāo)簽、BTM檢測服務(wù)器和數(shù)據(jù)終端組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

機車識別單元由RFID讀取器構(gòu)成，主要用于獲取電子標(biāo)簽里的機車信息，即車（端）號。

接收單元由接收天線和高度計構(gòu)成，實現(xiàn)對BTM天線能量的測量以及BTM天線安裝高度的測量。

軌旁處理中心作為數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)的平臺，一方面為接收單元和機車識別單元提供電源及開啟時機指令，另一方面通過有線或無線的方式向檢測服務(wù)器回傳數(shù)據(jù)。

BTM檢測服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行分析和判定，并將結(jié)果推送至數(shù)據(jù)終端。

3.2 硬件設(shè)計

軌旁設(shè)備和軌內(nèi)設(shè)備相當(dāng)于一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其基本構(gòu)成如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)自動啟動：機車通過檢測區(qū)域的過程中車輪首先通過磁鋼，磁鋼發(fā)射脈沖信號給啟動單元，處理器單元通過啟動單元檢測到機車駛?cè)牒髥诱麄€測試系統(tǒng)，開始執(zhí)行測試。

車號識別：檢測系統(tǒng)啟動后，處理器單元會給電子標(biāo)簽讀取裝置發(fā)送開機命令，電子標(biāo)簽讀取裝置通過電子標(biāo)簽讀取天線發(fā)射激勵信號，并解析電子標(biāo)簽信息，列車通過后電子標(biāo)簽讀取裝置將解析的信息通過串口發(fā)送給軌旁處理中心。

高度測量：高度測量模式實時采集BTM天線高度的變化，并將信號轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號發(fā)送給軌旁處理中心，軌旁處理中心通過高度測量單元將電流信號轉(zhuǎn)換為高度值。

能量及頻率測量：系統(tǒng)通過庫檢環(huán)線接收BTM天線發(fā)射的能量，并通過同軸線纜傳輸至軌旁處理中心的27M信號接收和處理單元，處理器單元通過對采集數(shù)據(jù)的分析處理，從而測得頻率和能量。

3.3 軟件設(shè)計

3.3.1 軟件設(shè)計說明 系統(tǒng)客戶端軟件及臺賬軟件均采用VisualStudio2013開發(fā)，界面用xmal語言編寫，框架為WPF框架，可以在Windows7及以上平臺運行。軟件主體架構(gòu)采用MVVM（Model、View、View-Model）三層架構(gòu)。

Model層：數(shù)據(jù)層；View層：實現(xiàn)UI界面操作與View-Model的命令綁定，屬性的雙向綁定；View-Model層：直接與界面綁定的中間層，實現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯。

3.3.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)分為四個層次，即數(shù)據(jù)存儲層、業(yè)務(wù)邏輯層、安全服務(wù)層以及應(yīng)用層，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

客戶端軟件作為人機交互終端，用來監(jiān)測各軌旁處理中心的工作狀態(tài)、監(jiān)視列車通過信息以及測試結(jié)果、事件管理、實時事件監(jiān)測、歷史事件查詢、BTM高級分析、BTM數(shù)據(jù)查詢。

4 方案實施

4.1 現(xiàn)場部署

動車組車（端）號等機車信息是固定不變的，均存儲在車底頭部安裝的電子標(biāo)簽內(nèi)。電子標(biāo)簽類似于每輛車的“身份證”，里面存儲有機車的車型、車號、車端等信息，利用該電子標(biāo)簽即可實現(xiàn)列車車號的自動識別。該電子標(biāo)簽可以是現(xiàn)有ATIS（鐵路車號自動識別系統(tǒng)）的電子標(biāo)簽，也可以根據(jù)實際需求安裝。

每組動車根據(jù)走行公里的不同進庫檢修作業(yè)也不同，一般是一至三天均需進庫進行一、二級檢修作業(yè)，因此可考慮在動車所存車場至檢修庫的線路咽喉處布設(shè)本系統(tǒng)，在車組經(jīng)過時即對天線能量大小和高度變化進行測試，同時將機車信息與測試數(shù)據(jù)打包回傳，服務(wù)器對該組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并與本組車的上一次測試數(shù)據(jù)進行對比，判定是否超出閾值范圍，同時向客戶端推送結(jié)果及預(yù)測變化曲線。現(xiàn)場部署如圖4所示，接收單元及機車識別單元均采用高鐵線路應(yīng)答器外觀模具及安裝標(biāo)準(zhǔn)，軌旁處理中心采用信號專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的XB箱盒安裝標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 現(xiàn)場布置效果圖

4.2 功能測試

4.2.1 測試BTM天線能量 當(dāng)列車從接收單元上方經(jīng)過的時候，軌旁處理中心通過27M信號接收和處理單元實時采集BTM天線發(fā)射的能量。

在采集的過程中，系統(tǒng)實時對采集到的能量值進行比較，并記錄下最大值，該最大值即為BTM天線的能量。

4.2.2 測量BTM天線高度 列車從接收單元上經(jīng)過時，軌旁處理中心會實時進行高度測量。但是，當(dāng)BTM天線在接收單元的正上方時測得的高度才是BTM天線的高度，其余測量到的都是車底距離應(yīng)答器的高度。因此，需要通過某些測試方法獲取到BTM天線到達接收單元上方的時刻。如圖5所示，列車通過接收單元時，接收單元檢測到的能量變化如圖5中e0曲線所示，能量最大的時刻就是BTM天線在接收單元正上方的時刻。

圖5 接收能量變化趨勢

當(dāng)列車從接收單元上經(jīng)過的過程中，軌旁處理中心必須實時比較采集到的能量值，并記錄下能量最大時測得的高度值，該高度值即為BTM天線距離應(yīng)答器的高度值。

4.2.3 BTM設(shè)備性能預(yù)判 列車在每次出入庫的時候，該系統(tǒng)都可以對列車進行智能檢測，通過長期對BTM設(shè)備測試數(shù)據(jù)的采集和分析，可以繪制出列車BTM設(shè)備整個生命周期的性能變化趨勢（如圖6），當(dāng)檢測到BTM設(shè)備性能到達臨界狀態(tài)時，BTM檢測服務(wù)器可以向數(shù)據(jù)終端發(fā)送性能預(yù)判信息，提示檢修人員進行檢修。

圖6 客戶端軟件性能趨勢界面

5 結(jié)論

動車組車載BTM設(shè)備性能檢測系統(tǒng)可以在列車出入庫時自動實現(xiàn)對BTM天線能量和高度的測試，并可以根據(jù)測試結(jié)果實現(xiàn)對BTM性能變化趨勢的長期監(jiān)測，自動統(tǒng)計監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時根據(jù)BTM性能變化趨勢給出性能預(yù)判。因此，通過該系統(tǒng)，檢修人員可以在故障發(fā)生前就對設(shè)備進行檢修，排除故障，可極大的降低BTM設(shè)備的故障率。

本系統(tǒng)不需要維護人員投入較多的工作，對現(xiàn)有維護任務(wù)并不會造成影響，同時可以減少維護人員對設(shè)備進行人工測量的工作，提高設(shè)備檢測效率。