■ 劉峰 申宇燕 張瑞芳 延九磊 甘敦文

機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用研究

■ 劉峰 申宇燕 張瑞芳 延九磊 甘敦文

機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）是針對(duì)機(jī)車(chē)制動(dòng)、防火、高壓絕緣、列車(chē)供電、走行部、視頻等機(jī)車(chē)重要部位采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、報(bào)警并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲(chǔ)和智能人機(jī)交互的安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)。該平臺(tái)具備首創(chuàng)的國(guó)內(nèi)安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)集成、獨(dú)創(chuàng)的無(wú)線重聯(lián)技術(shù)與主從機(jī)運(yùn)行模式、系統(tǒng)的地面數(shù)據(jù)中心建設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，并在國(guó)內(nèi)電力機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、調(diào)車(chē)機(jī)等車(chē)型實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。最后通過(guò)一些應(yīng)用案例驗(yàn)證6A系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)的有效性。

機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)；6A系統(tǒng)；中央處理平臺(tái)；地面專家系統(tǒng)；無(wú)線重聯(lián)；故障關(guān)聯(lián)診斷

1 概述

1.1 機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)產(chǎn)品現(xiàn)狀

機(jī)車(chē)作為鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的重要移動(dòng)裝備，其安全性對(duì)列車(chē)運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，各鐵路局站段從自己的運(yùn)用要求及實(shí)際情況出發(fā)，加裝了機(jī)車(chē)關(guān)鍵部位視頻監(jiān)視及火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)、走行部檢測(cè)裝置、電力機(jī)車(chē)車(chē)頂絕緣檢測(cè)裝置等[1-4]。但這些監(jiān)測(cè)設(shè)備都采用分布式獨(dú)立安裝，單獨(dú)供電、單獨(dú)診斷、單獨(dú)顯示，給司機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作與設(shè)備管理維護(hù)帶來(lái)了極大不便；另外，我國(guó)機(jī)車(chē)車(chē)型多、分布廣，電力/內(nèi)燃、客運(yùn)/貨運(yùn)、不同功率等級(jí)、不同速度等級(jí)、不同技術(shù)平臺(tái)、不同運(yùn)用地域等因素[2]，形成了對(duì)監(jiān)控內(nèi)容的不同需求，導(dǎo)致我國(guó)機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備種類(lèi)多、型號(hào)多、廠商多，迫切需要一個(gè)平臺(tái)化的裝置對(duì)這些監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行綜合集成。

1.2 研制6A系統(tǒng)的意義

基于我國(guó)機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)產(chǎn)品運(yùn)用現(xiàn)狀，在原有安全監(jiān)測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上，整體重新設(shè)計(jì)，構(gòu)建了機(jī)車(chē)車(chē)載系統(tǒng)、地面專家系統(tǒng)一體化的機(jī)車(chē)安全防護(hù)體系。6A系統(tǒng)具備高效傳輸、統(tǒng)一存儲(chǔ)、智能化人機(jī)交互界面，6A系統(tǒng)地面專家系統(tǒng)將在線監(jiān)測(cè)與離線地面綜合評(píng)估結(jié)合起來(lái)，完成了機(jī)車(chē)安全防護(hù)體系的構(gòu)建。

6A系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首個(gè)包括空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)防火監(jiān)控子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)高壓絕緣檢測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)列車(chē)供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和機(jī)車(chē)自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)等六大類(lèi)監(jiān)測(cè)功能的機(jī)車(chē)車(chē)載安全設(shè)備，監(jiān)測(cè)內(nèi)容覆蓋了機(jī)車(chē)90%以上的主要故障，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)電力機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、調(diào)車(chē)機(jī)等車(chē)型實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。解決了機(jī)車(chē)運(yùn)用中突出的安全問(wèn)題，對(duì)保障鐵路機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全具有重要意義，有效提升了我國(guó)機(jī)車(chē)安全防護(hù)系統(tǒng)整體水平。

6A系統(tǒng)是我國(guó)首臺(tái)集成空氣制動(dòng)、防護(hù)、視頻、高壓絕緣、列車(chē)供電、走行部等多項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的平臺(tái)化、一體化設(shè)備，產(chǎn)品的研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白；6A系統(tǒng)的使用可全面提升機(jī)車(chē)安全防護(hù)能力，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本、縮短研發(fā)周期，不同車(chē)型模塊可動(dòng)態(tài)配置，也為機(jī)車(chē)運(yùn)用部門(mén)的操作和機(jī)車(chē)管理部門(mén)的監(jiān)控提供了方便；進(jìn)行機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成，不僅可以建立有效的測(cè)試檢驗(yàn)平臺(tái)，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)行業(yè)乃至鐵路行業(yè)的發(fā)展，還能形成國(guó)內(nèi)統(tǒng)一的機(jī)車(chē)安全防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

2 機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)

2.1 集成架構(gòu)

6A系統(tǒng)包括中央處理平臺(tái)和安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，研究中央處理平臺(tái)與子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系，從而搭建系統(tǒng)的集成架構(gòu)是對(duì)6A系統(tǒng)應(yīng)用研究的關(guān)鍵。

6A系統(tǒng)集成架構(gòu)見(jiàn)圖1。機(jī)箱采用雙層設(shè)計(jì)，上層是中央處理平臺(tái)，下層是六大安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，每個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的插件板或插件箱，插入中央處理平臺(tái)進(jìn)行工作。各監(jiān)控子系統(tǒng)在公用平臺(tái)下，使用公用電源、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)器、顯示終端等設(shè)備，并使用統(tǒng)一設(shè)計(jì)的機(jī)箱、機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)環(huán)境的統(tǒng)一物理防護(hù)。

6A系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與以往機(jī)車(chē)上所安裝的多個(gè)獨(dú)立監(jiān)測(cè)設(shè)備有著本質(zhì)的不同，它將每個(gè)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中所需要的供電、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等功能集成到中央處理平臺(tái)上，并通過(guò)定義全新的軟硬件接口，使子系統(tǒng)能夠共享中央處理平臺(tái)的各項(xiàng)功能。

2.2 中央處理平臺(tái)和安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

6A系統(tǒng)是將原有獨(dú)立安全監(jiān)測(cè)設(shè)備按照功能模塊進(jìn)行劃分，將其中公用的部分提取出來(lái)，形成統(tǒng)一的中央處理平臺(tái)（CPP）。

圖1 6A系統(tǒng)集成架構(gòu)

CPP是6A系統(tǒng)的核心，承擔(dān)6A系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析等工作，并對(duì)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大容量雙備份存儲(chǔ)。CPP通過(guò)以太網(wǎng)總線和CAN總線將各單元和6A監(jiān)控子系統(tǒng)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)6A系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。

CPP工作原理：通過(guò)實(shí)時(shí)采集、接收各種車(chē)載運(yùn)用安全監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，進(jìn)行綜合診斷分析，并保存記錄各種原始數(shù)據(jù)；報(bào)警和狀態(tài)信息及時(shí)發(fā)送到司機(jī)室顯示屏，提示司機(jī)進(jìn)行必要處理；為了保證管理運(yùn)用檢修部門(mén)及時(shí)掌握機(jī)車(chē)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，避免和防止重大安全事故，機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中以無(wú)線方式將報(bào)警和狀態(tài)信息發(fā)送到地面系統(tǒng)。

CPP集合以下六大子系統(tǒng)：機(jī)車(chē)空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)防火監(jiān)控子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)高壓絕緣檢測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)列車(chē)供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、機(jī)車(chē)自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)。各監(jiān)控子系統(tǒng)遵照統(tǒng)一的6A系統(tǒng)通信協(xié)議及其定義的幀格式和數(shù)據(jù)編碼，與CPP通信。

（1）機(jī)車(chē)空氣制動(dòng)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行中，制動(dòng)監(jiān)測(cè)板卡從CAN總線獲取速度和停放制動(dòng)模塊狀態(tài)，如果監(jiān)測(cè)到停放制動(dòng)缸壓力下降或監(jiān)測(cè)到停放施加，則及時(shí)報(bào)警。

（2）機(jī)車(chē)防火監(jiān)控子系統(tǒng)。使用火災(zāi)探頭感應(yīng)煙霧、熱量、光等物理量，當(dāng)超過(guò)限值時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信息，并及時(shí)通知CPP，由CPP在顯示屏上自動(dòng)切換至火情發(fā)生區(qū)域的視頻圖像。

（3）機(jī)車(chē)高壓絕緣檢測(cè)子系統(tǒng)?？梢詸z測(cè)機(jī)車(chē)高壓部件的絕緣狀態(tài)。該子系統(tǒng)具備設(shè)備自身的短路保護(hù)，有網(wǎng)壓時(shí)和升弓狀態(tài)下自動(dòng)鎖閉檢測(cè)功能及通過(guò)系統(tǒng)配備的鑰匙開(kāi)關(guān)，控制系統(tǒng)檢測(cè)功能的啟動(dòng)等一系列功能。

（4）機(jī)車(chē)列車(chē)供電監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。通過(guò)列車(chē)供電柜獲取電壓、電流、客車(chē)集控信號(hào)，供電鑰匙等信息，通過(guò)CPP獲取機(jī)車(chē)號(hào)、牽引客車(chē)車(chē)次、輔機(jī)工作狀態(tài)等詳細(xì)信息，通過(guò)漏電流檢測(cè)模塊獲得漏電流信息，然后把信息綜合形成完善的列車(chē)供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，為機(jī)車(chē)列供柜的運(yùn)行、檢修提供參考依據(jù)。

（5）機(jī)車(chē)走行部故障監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。通過(guò)傳感器采集軸承溫度、振動(dòng)沖擊數(shù)據(jù)，齒輪、踏面振動(dòng)沖擊數(shù)據(jù)，機(jī)車(chē)車(chē)軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，以及車(chē)體和構(gòu)架的振動(dòng)數(shù)據(jù)，傳輸至走行部監(jiān)測(cè)板卡，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，并將診斷結(jié)果和過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳送至CPP。

（6）機(jī)車(chē)自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)。實(shí)時(shí)采集相關(guān)監(jiān)控部位的視頻圖像，通過(guò)響應(yīng)CPP的命令，向平臺(tái)發(fā)送報(bào)警事件相關(guān)的視頻圖片。當(dāng)機(jī)車(chē)防火監(jiān)控子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火情時(shí)，并可自動(dòng)切換至火情發(fā)生區(qū)域的視頻圖像。

2.3 6A系統(tǒng)地面專家系統(tǒng)

地面專家系統(tǒng)以6A各子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)機(jī)車(chē)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)、對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并提示機(jī)車(chē)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題或安全隱患。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累，不僅可以對(duì)6A系統(tǒng)各模塊的可靠性及穩(wěn)定性做出統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)，還可以形成對(duì)6A各子系統(tǒng)全面而客觀地統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)。

地面專家系統(tǒng)對(duì)車(chē)上運(yùn)行過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、查詢、回放、分析和打印報(bào)表，地面數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到車(chē)上傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)解碼保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)根據(jù)本次運(yùn)行的數(shù)據(jù)記錄產(chǎn)生本次運(yùn)行報(bào)告。保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以供地面使用工作人員查詢、分析和診斷使用。

地面專家系統(tǒng)是一種用數(shù)據(jù)和量化的方法去分析和診斷列車(chē)故障的自動(dòng)化工具，處理數(shù)據(jù)的能力大、速度快；通過(guò)地面系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的各種情況有詳細(xì)的了解，進(jìn)行故障確認(rèn)，數(shù)據(jù)佐證，同時(shí)為機(jī)車(chē)故障判斷和檢修提供有力依據(jù)，從而做到對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤和動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制。

3 機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)深入研究

根據(jù)6A系統(tǒng)的總體集成方案，對(duì)6A系統(tǒng)平臺(tái)集成、無(wú)線重聯(lián)、關(guān)聯(lián)診斷等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。

3.1 安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)集成

6A系統(tǒng)首創(chuàng)了系統(tǒng)中央處理平臺(tái)，該平臺(tái)已成為全路和諧型電力機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)安全防護(hù)的核心裝置。該技術(shù)有以下特點(diǎn)：

（1）創(chuàng)新了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成和車(chē)-地?cái)?shù)據(jù)聯(lián)合調(diào)度技術(shù)，攻克了大數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y關(guān)，使得運(yùn)行機(jī)車(chē)的關(guān)鍵參數(shù)與大數(shù)據(jù)量的視頻流均能實(shí)時(shí)直達(dá)中國(guó)鐵路總公司，為機(jī)車(chē)的實(shí)時(shí)狀態(tài)分析、安全運(yùn)用、事故指揮救援等提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

（2）解決了各種技術(shù)關(guān)節(jié)點(diǎn)特別是復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)構(gòu)建等難題，各型機(jī)車(chē)安全防護(hù)的中央處理平臺(tái)、監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)間的身份識(shí)別與故障自檢技術(shù)可廣泛推廣應(yīng)用于相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，如客車(chē)動(dòng)態(tài)編組信息識(shí)別問(wèn)題。

（3）構(gòu)建了中央處理平臺(tái)及其子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的在機(jī)車(chē)上實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)流與突發(fā)事件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的有機(jī)融合，在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)既能滿足關(guān)鍵問(wèn)題的實(shí)時(shí)響應(yīng)要求，同時(shí)配套大數(shù)據(jù)視頻流又能在相同時(shí)空架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)完整的時(shí)空配準(zhǔn)與一致性分析。

3.2 無(wú)線重聯(lián)技術(shù)

獨(dú)創(chuàng)的無(wú)線重聯(lián)技術(shù)與主從機(jī)運(yùn)行模式攻克了重載運(yùn)輸?shù)膼毫舆\(yùn)行環(huán)境長(zhǎng)期使用情況下大數(shù)據(jù)量信息互聯(lián)的技術(shù)難點(diǎn)，為保障八軸機(jī)車(chē)安全完成重載運(yùn)輸提供了生動(dòng)的可視操作環(huán)境與技術(shù)支撐。

在無(wú)火回送狀態(tài)下，回送的機(jī)車(chē)一旦發(fā)生安全事故，直接影響與該機(jī)車(chē)相連的牽引機(jī)車(chē)和被牽引列車(chē)的運(yùn)行安全，通過(guò)將無(wú)火回送狀態(tài)機(jī)車(chē)安裝的6A系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象（制動(dòng)、走行部、防火、視頻、高壓絕緣、列車(chē)供電）的狀態(tài)發(fā)送至牽引機(jī)車(chē)的6A系統(tǒng)，司機(jī)通過(guò)查看牽引機(jī)車(chē)6A系統(tǒng)音視頻顯示終端，即可監(jiān)測(cè)無(wú)火回送機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，保障無(wú)火回送機(jī)車(chē)的運(yùn)行安全。

無(wú)火回送工況下6A系統(tǒng)重聯(lián)信息互通采用主從機(jī)的方式，主機(jī)為牽引機(jī)車(chē)，從機(jī)為無(wú)火回送機(jī)車(chē)。無(wú)火回送機(jī)車(chē)在低功耗模式下通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將6A系統(tǒng)的報(bào)警信息發(fā)送到主機(jī)上，通過(guò)司機(jī)的人機(jī)交互方式建立牽引機(jī)車(chē)與無(wú)火回送機(jī)車(chē)的網(wǎng)絡(luò)互連通道，機(jī)車(chē)重聯(lián)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

無(wú)線重聯(lián)控制器安裝在6A系統(tǒng)主機(jī)柜內(nèi)（主機(jī)箱外部），無(wú)線通信天線安裝于一端司機(jī)室和二端司機(jī)室路況攝像頭處。將6A系統(tǒng)設(shè)置為無(wú)線重聯(lián)主從機(jī)后，主機(jī)顯示屏上可以通過(guò)切換查看主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)。

3.3 故障關(guān)聯(lián)診斷

創(chuàng)新了機(jī)車(chē)監(jiān)測(cè)聯(lián)合診斷技術(shù)，將機(jī)車(chē)制動(dòng)監(jiān)測(cè)、走行部監(jiān)測(cè)相結(jié)合，視頻監(jiān)測(cè)與防火監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)，將司機(jī)操控與機(jī)車(chē)所經(jīng)歷的工況融合，構(gòu)建了一體化的綜合性機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)體系。該體系以大數(shù)據(jù)分析為背景，將車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)與地面專家系統(tǒng)的關(guān)鍵故障特征提取與數(shù)據(jù)彈性壓縮技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了事件分析、特征提取關(guān)鍵狀態(tài)的監(jiān)控與分析整體有機(jī)結(jié)合。

拓展了運(yùn)行機(jī)車(chē)多系統(tǒng)、多傳感器、多信息融合診斷技術(shù)領(lǐng)域，該方法為機(jī)車(chē)安全防護(hù)提供了理論支撐，其對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)多學(xué)科多系統(tǒng)綜合問(wèn)題的處理方法與工程集成模式為我國(guó)鐵路自主創(chuàng)新做出了新的開(kāi)拓。

圖2 機(jī)車(chē)重聯(lián)結(jié)構(gòu)

6A系統(tǒng)采用多級(jí)診斷、逐級(jí)上報(bào)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)自身設(shè)備故障的診斷。六大監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中，每個(gè)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)診斷本系統(tǒng)內(nèi)的自身設(shè)備故障，并將診斷結(jié)果上報(bào)至CPP主機(jī)，主機(jī)進(jìn)行子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)診斷，并將結(jié)果上報(bào)至CPP顯示屏，CPP顯示屏通過(guò)界面顯示和語(yǔ)音提示報(bào)告給司乘人員。故障診斷流程見(jiàn)圖3。

監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上一般可分為三種：第一種為多個(gè)獨(dú)立功能的監(jiān)測(cè)設(shè)備；第二種為一個(gè)大型的多功能監(jiān)測(cè)設(shè)備；第三種為“中央平臺(tái)+監(jiān)測(cè)模塊”。第三種結(jié)構(gòu)關(guān)系具備層次清晰、組態(tài)靈活、易于擴(kuò)展、方便維修的優(yōu)點(diǎn)，因此6A系統(tǒng)采用“中央處理平臺(tái)+監(jiān)控子系統(tǒng)”的形式。

3.4 地面數(shù)據(jù)中心建設(shè)

地面數(shù)據(jù)管理維護(hù)中心利用地面專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，通過(guò)鐵路辦公網(wǎng)絡(luò)匯集車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)共享和各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合診斷分析，對(duì)各在途運(yùn)行機(jī)車(chē)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

建設(shè)6A系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)中心，用于全路6A系統(tǒng)機(jī)車(chē)的遠(yuǎn)程支持、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表匯總、狀態(tài)跟蹤等。為鐵道管理部門(mén)對(duì)6A系統(tǒng)的全局管理做好服務(wù)，為運(yùn)用單位對(duì)機(jī)車(chē)動(dòng)態(tài)跟蹤提供支持，為主機(jī)廠對(duì)機(jī)車(chē)狀態(tài)評(píng)估提供參考。

針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中海量數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和統(tǒng)計(jì)分析，研究基于主元分析的數(shù)據(jù)解耦辦法，建立基于動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)識(shí)別框架，利用序列蒙特卡洛方法構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)模型。挖掘出海量數(shù)據(jù)潛在聯(lián)系的模式（相關(guān)、趨勢(shì)、聚類(lèi)、軌跡和異常），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，回歸預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其潛在的模式特征及變化趨勢(shì)，從而對(duì)機(jī)車(chē)運(yùn)用狀態(tài)做出預(yù)測(cè)。

圖3 6A系統(tǒng)關(guān)聯(lián)故障診斷流程

4 應(yīng)用案例

6A系統(tǒng)投入運(yùn)用以來(lái)，在安全事故防護(hù)、路外與機(jī)車(chē)運(yùn)行相關(guān)事故分析、機(jī)車(chē)運(yùn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面發(fā)揮了較大作用，如停放制動(dòng)意外施加引起的脫軌事故防范與分析、內(nèi)燃機(jī)車(chē)動(dòng)力間火災(zāi)防控、電力機(jī)車(chē)電器火災(zāi)防控、運(yùn)行機(jī)車(chē)走行部軸承固死的及時(shí)報(bào)警等。

4.1 停放制動(dòng)異常施加故障

2013年10月24日晚，北京機(jī)務(wù)段HXD3C0747機(jī)車(chē)擔(dān)當(dāng)補(bǔ)機(jī)時(shí)6A系統(tǒng)報(bào)“停放制動(dòng)異常施加”故障（見(jiàn)圖4）。

8：50—8：54，4 min內(nèi)集中報(bào)警6次“停放制動(dòng)異常施加”。經(jīng)過(guò)對(duì)6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入分析，發(fā)現(xiàn)此刻對(duì)應(yīng)機(jī)車(chē)在北京站外線掛車(chē)底，正進(jìn)行頂送作業(yè)。9：14—9：25，11 min內(nèi)報(bào)警3次“停放制動(dòng)異常施加”，對(duì)應(yīng)司機(jī)在北京站開(kāi)出后發(fā)現(xiàn)異常后停車(chē)。

通過(guò)地面專家系統(tǒng)對(duì)6A系統(tǒng)數(shù)據(jù)的制動(dòng)運(yùn)行曲線進(jìn)行分析（見(jiàn)圖5），可以看到機(jī)車(chē)在此時(shí)間段的運(yùn)行速度、列車(chē)管壓力及停放缸壓力變化。8：50—8：55時(shí)速度大于5 km/h，同時(shí)停放缸壓力為零，機(jī)車(chē)屬于1、6軸抱閘運(yùn)行（圖5中畫(huà)圈部分），因此6A系統(tǒng)報(bào)警“停放制動(dòng)異常施加”。

圖4 6A系統(tǒng)報(bào)停放制動(dòng)異常施加故障

圖5 HXD3C0747停放制動(dòng)異常施加報(bào)警時(shí)刻制動(dòng)運(yùn)行曲線

從圖6可看出，8：58：38—5：58：44，停放缸壓力從545 kPa降到0，對(duì)應(yīng)操作應(yīng)該是司機(jī)關(guān)閉了B40．06塞門(mén)，即切除停放制動(dòng)缸作用，據(jù)司機(jī)描述切除后同時(shí)到車(chē)下對(duì)1、6軸卡鉗進(jìn)行了人工緩解作業(yè)，此時(shí)停放缸不再產(chǎn)生制動(dòng)作用。

9：14：10機(jī)車(chē)重新啟動(dòng)，9：14：44運(yùn)行速度為6 km/h，停放缸壓力為0，6A系統(tǒng)認(rèn)為滿足報(bào)警條件，即進(jìn)行報(bào)警“停放制動(dòng)異常施加”，其實(shí)此時(shí)停放缸已經(jīng)被切除，停放缸不具有任何制動(dòng)作用。

4.2 走行部超溫報(bào)警

2013年12月30日，HXD3C0609機(jī)車(chē)運(yùn)行至蘭考區(qū)間在22：12時(shí)6A系統(tǒng)報(bào)警：3軸2位升溫報(bào)警；22：16再次報(bào)警：3軸2位超溫報(bào)警（見(jiàn)圖7）。

HXD3C0609機(jī)車(chē)發(fā)生升溫報(bào)警產(chǎn)生機(jī)破事件后，司機(jī)依照6A系統(tǒng)提示實(shí)施常用制動(dòng)主動(dòng)停車(chē)，機(jī)車(chē)回庫(kù)后發(fā)現(xiàn)3軸車(chē)輪擦傷（見(jiàn)圖8，經(jīng)分析是3軸電機(jī)軸承抱死造成事故和報(bào)警），避免了危及機(jī)車(chē)行車(chē)安全的重大事故發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

提出了機(jī)車(chē)車(chē)載安全防護(hù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)CPP及六大安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等模塊功能進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，系統(tǒng)闡述首創(chuàng)國(guó)內(nèi)安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)的集成、獨(dú)創(chuàng)的無(wú)線重聯(lián)技術(shù)與主從機(jī)運(yùn)行模式、系統(tǒng)的地面數(shù)據(jù)中心建設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，并通過(guò)典型報(bào)警案例分析驗(yàn)證6A系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)的有效性。

圖6 停放制動(dòng)異常施加報(bào)警解除時(shí)刻制動(dòng)運(yùn)行曲線

圖8 3軸車(chē)輪擦傷

[1] 吳忠，宋紅霞．機(jī)車(chē)安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)[J]．電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2011，34(3)：57-60．

[2] 唐獻(xiàn)康，李均良．機(jī)車(chē)安全信息綜合監(jiān)測(cè)裝置的研制[J]．機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2000(4)：22-25．

[3] 黃采倫，樊曉平，陳特放．列車(chē)故障在線診斷技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，2006．

[4] 孫苑，李熙．基于MVB總線的機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007(4)：22-20．

劉 峰：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所/北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，研究員，北京，100081/ 100094

申宇燕：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所/北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，副研究員，北京，100081/ 100094

張瑞芳：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所/北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，副研究員，北京，100081/ 100094

延九磊：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所/北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，副研究員，北京，100081/ 100094

甘敦文：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所/北京縱橫機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)公司，副研究員，北京，100081/ 100094

責(zé)任編輯 高紅義

U268.2

A

1672-061X（2015）02-0017-05

鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2012J010-A）。

所獲獎(jiǎng)項(xiàng)：2014年度中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。