■ 劉 峰 申宇燕 盧萬平 延九磊

城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

■ 劉 峰 申宇燕 盧萬平 延九磊

在分析我國當(dāng)前城軌列車安全監(jiān)測現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、融合性、擴(kuò)展性、可靠性等設(shè)計(jì)原則，以及提升安全監(jiān)測系統(tǒng)可靠性的有效手段，以實(shí)際設(shè)計(jì)案例闡述城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備的基本監(jiān)測功能和獨(dú)立的智能監(jiān)測單元。設(shè)計(jì)方案中，在城軌列車上建立包含制動(dòng)、走行、防火、視頻等監(jiān)測功能的綜合性平臺(tái)，對城軌列車進(jìn)行實(shí)時(shí)在線綜合診斷，并通過車地?zé)o線通信將運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛妫罱K通過地面專家系統(tǒng)自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載、存儲(chǔ)、分析、挖掘與診斷。

城軌列車；安全監(jiān)測系統(tǒng)；可靠性；地面專家系統(tǒng)

近年來隨著公共交通對高效、便捷、安全等需求日益增強(qiáng)，我國城市軌道交通建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，城軌已成為人們?nèi)粘＿x擇的重要出行方式，其具有“大運(yùn)量、高密度、間隔短”的行車特點(diǎn)，容易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生，因此需對影響城軌運(yùn)行安全的事項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)防范。

1 城軌列車簡介

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通列車可分為A、B、C 3種型號，分別對應(yīng)3 m、2．8 m、2．6 m的列車寬度，最大載客數(shù)量分別為310、240、210人。選用A型或B型列車的軌道交通線路稱為地鐵；采用5～8節(jié)編組列車，選用C型列車的軌道交通線路稱為輕軌。

列車的車型和編組決定了車軸質(zhì)量和站臺(tái)長度，我國城市軌道交通車輛以A、B型為主，通常采用6節(jié)編組，編組依據(jù)線路不同可分為4動(dòng)2拖、3動(dòng)3拖等。城軌列車典型的4動(dòng)2拖編組形式見圖1，是Tc+Mp+M+M+Mp+Tc的編組形式（Tc為帶司機(jī)室的拖車，Mp為帶受電弓的動(dòng)車，M為不帶受電弓的動(dòng)車）。

2 城軌列車安全監(jiān)測現(xiàn)狀

目前，我國城軌列車因保障運(yùn)行安全的需要，配備了大量具備單一監(jiān)測功能的獨(dú)立安全監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備有制動(dòng)、走行部、防火、視頻等幾種類型[1-4]。其中制動(dòng)監(jiān)測，國內(nèi)應(yīng)用較多的為克諾爾公司生產(chǎn)的EP2002型空氣制動(dòng)系統(tǒng)和NABTESCO公司生產(chǎn)的HRA型空氣制動(dòng)系統(tǒng)；走行部僅實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)溫度的監(jiān)測，且部分線路采用溫度貼片的方法進(jìn)行人工檢查，而比較關(guān)鍵的走行部軸箱和軸承卻未引入實(shí)時(shí)監(jiān)測；部分城軌車輛安裝了防火監(jiān)測系統(tǒng)，主要是在電氣柜安裝煙感探頭，司機(jī)室和客室安裝溫感探頭；大部分城軌車輛安裝了視頻采集系統(tǒng)，其圖像采集范圍主要包括左右后視、司機(jī)室和客室等；個(gè)別線路還對受電弓、輪對幾何尺寸等內(nèi)容進(jìn)行了研究性的監(jiān)測，并未得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有城軌列車安全監(jiān)測設(shè)備見圖2。

圖1 城軌列車典型的4動(dòng)2拖編組形式

上述每種監(jiān)測設(shè)備只針對城軌列車的一個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測，多種獨(dú)立的監(jiān)測設(shè)備各自具備界面顯示、語音報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，導(dǎo)致行車過程中司機(jī)關(guān)注的內(nèi)容太多、且操作復(fù)雜，分散了司機(jī)的注意力，給正常行車帶來了不良影響。同時(shí)上述各種監(jiān)測設(shè)備存在著標(biāo)準(zhǔn)、功能、安裝、人機(jī)界面、維護(hù)管理等方面不統(tǒng)一，監(jiān)測內(nèi)容不全面，相互之間缺少信息交互，綜合診斷以及聯(lián)動(dòng)困難等缺點(diǎn)，難以納入規(guī)范化管理和信息處理網(wǎng)絡(luò)。

同時(shí)，由于缺乏統(tǒng)一的城軌列車車載安全監(jiān)測平臺(tái)及與之相配套的地面數(shù)據(jù)分析中心，無法從大量的車輛運(yùn)行信息中深入挖掘出有用的信息來指導(dǎo)維修和設(shè)備的管理。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，開展包括車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的城軌列車安全監(jiān)測統(tǒng)一平臺(tái)的研究工作勢在必行。

3 安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

通過考察運(yùn)營的實(shí)際需求，城軌列車運(yùn)行過程中關(guān)系到列車安全運(yùn)行的主要集中在以下方面：核心空氣制動(dòng)系統(tǒng)工作狀態(tài)如何，是否有異常制動(dòng)、緩解作用不良等故障發(fā)生；城軌列車走行部的動(dòng)態(tài)性能如何，軸溫監(jiān)測是否工作正常，是否有軸承超溫、輪對踏面擦傷等故障；電器設(shè)備短路、易燃易爆物品及吸煙等人為造成的火災(zāi)；車門故障、司機(jī)誤操作、旅客夾傷擠傷等造成的安全事故。

圖2 現(xiàn)有城軌列車安全監(jiān)測設(shè)備

基于上述問題，如何運(yùn)用技術(shù)手段體系化地解決城軌列車運(yùn)行安全問題，已經(jīng)成為運(yùn)用部門的關(guān)注重點(diǎn)。作為系統(tǒng)化的安全監(jiān)測系統(tǒng)，城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

3.1 系統(tǒng)性

系統(tǒng)應(yīng)該按照機(jī)械系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行層次劃分，各個(gè)層次之間統(tǒng)一考慮供電要求、系統(tǒng)時(shí)鐘要求、空間信息的一致性要求、信息層面的統(tǒng)一存儲(chǔ)與下載，遵循系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)原則。

系統(tǒng)應(yīng)由車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)組成。車載系統(tǒng)包括列車傳感網(wǎng)絡(luò)、列車級故障診斷以及車地?cái)?shù)據(jù)傳輸模塊；地面系統(tǒng)作為地面數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)故障診斷、隱患挖掘和安全應(yīng)急等。

3.2 安全性

安全性設(shè)計(jì)是指城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)本身在各個(gè)層面的各種狀況都不能影響列車的正常運(yùn)行。作為保障列車安全運(yùn)行的安全監(jiān)測設(shè)備，系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)通過各種設(shè)計(jì)的冗余架構(gòu)故障導(dǎo)向安全來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)過程充分考慮滿足以下2點(diǎn)：（1）系統(tǒng)本身的故障不影響列車的正常運(yùn)行；（2）系統(tǒng)本身的故障應(yīng)具備診斷、在線監(jiān)測與安全冗余的功能。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

通過利用智能傳感技術(shù)、通信技術(shù)和信息融合技術(shù)，對城軌列車的制動(dòng)、防火、走行部和視頻信息等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測與監(jiān)控，數(shù)據(jù)集中，信息共享，綜合分析，提前預(yù)警，為城軌列車的在途運(yùn)行提供安全監(jiān)控，減少行車事故的發(fā)生；為城軌列車地面檢修提供安全防范支持，合理指導(dǎo)檢修計(jì)劃和檢修作業(yè)的安排，降低維修成本。

城軌列車車載監(jiān)控裝置及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，能改善城軌列車運(yùn)輸生產(chǎn)的安全性，降低維修成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.4 融合性

應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就把系統(tǒng)融合設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)的原則之一來指導(dǎo)后續(xù)工作，如走行部的振動(dòng)性能與軸溫監(jiān)測的熱學(xué)性能是有事件發(fā)生的時(shí)間順序關(guān)系的；而通過視頻監(jiān)測與火災(zāi)監(jiān)測相融合，將火災(zāi)報(bào)警界面與視頻監(jiān)測界面聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)情況的直接預(yù)警，為城軌司機(jī)提供第一時(shí)間的報(bào)警與確認(rèn)信息。

通過融合機(jī)械系統(tǒng)的走行部工作狀態(tài)，熱學(xué)系統(tǒng)的軸溫狀態(tài)及火災(zāi)狀態(tài)，光學(xué)系統(tǒng)的圖像視頻等，將上述多學(xué)科系統(tǒng)在相同的時(shí)空坐標(biāo)基準(zhǔn)上，通過統(tǒng)一的平臺(tái)管理來實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)的協(xié)同與融合。

3.5 擴(kuò)展性

系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展和擴(kuò)容升級，通過采用開放的架構(gòu)，支持將來智能業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)諸如事件報(bào)警、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人臉識別等應(yīng)用。各監(jiān)測子系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便提供系統(tǒng)的后期維護(hù)和擴(kuò)容升級的條件，輕松應(yīng)對今后因應(yīng)用環(huán)境和管理要求變化帶來的新需求。

3.6 可靠性

可靠性工程[5]是以產(chǎn)品的可靠性為主要研究對象的一門新興學(xué)科，涵蓋了基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)許多領(lǐng)域。近年來，世界各發(fā)達(dá)國家已把可靠性工程和全面質(zhì)量管理緊密結(jié)合起來，大幅提高了產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的可靠性水平，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

系統(tǒng)的可靠性工程是為了達(dá)到產(chǎn)品可靠性要求而進(jìn)行的有關(guān)設(shè)計(jì)、管理、試驗(yàn)和制造等一系列工作的總和，它與產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的全部可靠性活動(dòng)有關(guān)?？煽啃栽O(shè)計(jì)分析是可靠性工程的基礎(chǔ)；可靠性管理是開展可靠性設(shè)計(jì)的技術(shù)管理保證和組織結(jié)構(gòu)保證；設(shè)計(jì)制造出的產(chǎn)品最終需要可靠性試驗(yàn)（包括實(shí)際運(yùn)用考核）來驗(yàn)證。

4 提升系統(tǒng)可靠性的手段

4.1 制造生產(chǎn)實(shí)行RAMS管理

在國標(biāo)GB/T 21562《軌道交通 可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性規(guī)范及示例》中，對軌道交通行業(yè)的產(chǎn)品不同生命周期階段的可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性（RAMS）管理給出了明確的要求。城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)的RAMS管理[6]應(yīng)借鑒該標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，具體需做到以下幾點(diǎn)：

（1）建立健全系統(tǒng)RAMS指標(biāo)體系。只有建立了統(tǒng)一的RAMS指標(biāo)定義、建模要求、指標(biāo)分配要求等，尤其是明確對故障的定義后，建立統(tǒng)一的RAMS指標(biāo)體系，才能滿足行業(yè)內(nèi)的采購、交流需求。

（2）把RAMS管理作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程。從組織結(jié)構(gòu)上看，RAMS工作涉及設(shè)計(jì)部門、制造商、協(xié)作工廠和運(yùn)營單位等；從企業(yè)內(nèi)外部來看，涉及到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、原材料供應(yīng)、儀表測試，乃至人事、行政等各部門；從技術(shù)上看，涉及到很多不同的技術(shù)領(lǐng)域和范疇；從時(shí)間順序來看，包括論證、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝、使用和維修等各階段；從產(chǎn)品形成來看，包括原材料、元器件、零部件到設(shè)備、系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)；從內(nèi)容上看，包括設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、教育和管理等各方面。在系統(tǒng)生命周期內(nèi)，RAMS活動(dòng)是一個(gè)整體，需全面規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，相互協(xié)調(diào)，各盡其職，要求制造商與用戶、企業(yè)不同技術(shù)部門、主機(jī)廠與協(xié)作廠等協(xié)同努力。

（3）強(qiáng)調(diào)人為因素。RAMS的各項(xiàng)活動(dòng)必須得到各級領(lǐng)導(dǎo)的重視，還需要企業(yè)全體人員協(xié)調(diào)配合。要加強(qiáng)RAMS培訓(xùn)，使得每個(gè)項(xiàng)目都有足夠的人力資源支撐RAMS工作的開展。

（4）重視RAMS評估。RAMS評估以信息為依據(jù)，應(yīng)加強(qiáng)信息管理，確保信息獲得的及時(shí)性、真實(shí)性、完整性和連續(xù)性。另外，還要重視RAMS的動(dòng)態(tài)過程，并進(jìn)行全過程跟蹤。

4.2 數(shù)據(jù)管理采用地面數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理貫穿了城軌列車的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)用、維修，直至報(bào)廢等生命周期各個(gè)階段，具體包含以下內(nèi)容：

（1）建設(shè)城軌列車的地面數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以及地鐵總公司的大數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算體系；

（2）建設(shè)城軌列車的健康管理系統(tǒng)、虛擬維修系統(tǒng)，以及手持作業(yè)終端。

（3）多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)采用統(tǒng)一的編碼體系，建立統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)，多個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流無縫鏈接。

以健康管理系統(tǒng)為例，輸入基礎(chǔ)庫中的物料編碼，可直接從履歷庫中索引到該物料的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)批次、裝配信息，從安全系統(tǒng)中索引到該物料的歷史故障、維修記錄等，并基于全路對該部件的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對其維護(hù)周期和使用生命進(jìn)行預(yù)測，有效防范安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生?；诖髷?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果還可反饋給部件的生產(chǎn)企業(yè)，幫助其在生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而使城軌列車整個(gè)鏈條的可靠性形成一個(gè)良性循環(huán)。

4.3 運(yùn)用維護(hù)采用計(jì)劃預(yù)防修體制

計(jì)劃預(yù)防修體制要求裝備及其零部件在即將磨損到限或損壞之前，要及時(shí)更換、修理，將維修工作做在故障發(fā)生之前，因此對于城軌列車設(shè)備的可靠性管理及預(yù)測顯得尤為重要。

設(shè)備從投入運(yùn)行到生命終止，其故障率通常符合浴盆曲線的規(guī)律，即在投入運(yùn)行的初期，設(shè)備故障率會(huì)經(jīng)歷一個(gè)從高至底逐步下降的過程，而后進(jìn)入一個(gè)平臺(tái)期，此期間設(shè)備運(yùn)行相對平穩(wěn)，各項(xiàng)功能穩(wěn)定可靠地發(fā)揮作用，當(dāng)設(shè)備接近其生命終止時(shí)，其故障率會(huì)逐步升高，此時(shí)對該設(shè)備的運(yùn)用維護(hù)成本將大幅增加，設(shè)備的安全性也隨之降低。掌握設(shè)備的生命曲線，在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行預(yù)防性維修和更換，將有助于提高經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、融合性、擴(kuò)展性以及可靠性等設(shè)計(jì)原則，決定了一個(gè)完整的系統(tǒng)應(yīng)具備基本的監(jiān)測功能和獨(dú)立的智能監(jiān)測單元。以下對一個(gè)實(shí)際的城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。該系統(tǒng)由司機(jī)室監(jiān)控屏、司機(jī)室監(jiān)測主機(jī)、客室監(jiān)測主機(jī)、監(jiān)測傳感器和天線組成，通過車廂網(wǎng)、列車網(wǎng)、車地通信網(wǎng)形成多角度、全方位的綜合性網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)與之配套的地面專家系統(tǒng)可完成對城軌車輛安全監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行全過程數(shù)據(jù)的下載、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和分析等。

5.1 智能監(jiān)測單元

系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本的智能監(jiān)測單元（見圖3）。

（1）制動(dòng)監(jiān)測：重點(diǎn)診斷異常制動(dòng)、異常緩解、停放制動(dòng)異常施加等故障，以降低制動(dòng)系統(tǒng)事故發(fā)生。

（2）走行部監(jiān)測：重點(diǎn)檢測走行部軸承和踏面的早期故障，以降低走行部故障發(fā)生。

（3）視頻監(jiān)測：采集和記錄路況圖像，乘務(wù)員可通過顯示屏觀察車后視以及車內(nèi)相關(guān)區(qū)域?qū)崟r(shí)視頻圖像。

（4）防火監(jiān)測：對司機(jī)室、客室和電氣柜火災(zāi)煙霧及高溫進(jìn)行監(jiān)測，便于火災(zāi)早期發(fā)現(xiàn)及處理。

（5）擴(kuò)展監(jiān)測：能根據(jù)線路及車型不同的需要可動(dòng)態(tài)增加額外監(jiān)測項(xiàng)點(diǎn)。

系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)，以中央處理平臺(tái)為核心，將城軌列車各個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測模塊的功能和信息集成到相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，便于實(shí)現(xiàn)集中、高效、便利的維護(hù)和管理。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和傳輸形式進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，建立對運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集、組織、存儲(chǔ)、傳輸、分析、查詢的綜合監(jiān)測診斷系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測項(xiàng)點(diǎn)信息的整合提供技術(shù)保障。各智能監(jiān)測單元在實(shí)際城軌列車的部署見圖4。

圖3 系統(tǒng)的智能監(jiān)測單元

5.2 層級架構(gòu)

系統(tǒng)的層級架構(gòu)見圖5。

（1）數(shù)據(jù)采集層：本層通過車載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括列車安全監(jiān)測和線路安全監(jiān)測，其中列車安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主要用于采集城軌列車的走行系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及安防與乘客異動(dòng)等數(shù)據(jù)信息。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層：本層通過車載系統(tǒng)的車地傳輸模塊來實(shí)現(xiàn)，由生產(chǎn)網(wǎng)和辦公網(wǎng)組成，分別用于傳輸不同權(quán)限的數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)層：本層為核心模塊，是建立車載系統(tǒng)和地面系統(tǒng)的橋梁。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)列車監(jiān)測數(shù)據(jù)、列車故障數(shù)據(jù)和客流檢測數(shù)據(jù)等信息；故障特征數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)列車發(fā)生故障時(shí)刻的故障特征數(shù)據(jù)，安全保障應(yīng)急預(yù)案的臨時(shí)數(shù)據(jù)等；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及維修計(jì)劃等。

（4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層：本層為地面數(shù)據(jù)中心的主要功能，包括列車關(guān)鍵設(shè)備在途故障檢測，列車在途隱患挖掘與評估預(yù)警，路網(wǎng)運(yùn)行安全應(yīng)急等。

（5）展示層：本層為地面數(shù)據(jù)中心的表達(dá)層面，可通過地面專家系統(tǒng)進(jìn)行展示。

5.3 信息傳輸機(jī)制

系統(tǒng)信息傳輸機(jī)制如下：在列車兩端司機(jī)室設(shè)置信息顯示終端，每個(gè)車廂設(shè)置監(jiān)測主機(jī)，在各個(gè)監(jiān)測項(xiàng)點(diǎn)設(shè)置傳感器。監(jiān)測主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測列車制動(dòng)、走行部和防火的運(yùn)行狀態(tài)，并對列車路況、左右后視、司機(jī)室進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，將監(jiān)測內(nèi)容及報(bào)警信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)，并通過信息顯示終端實(shí)時(shí)顯示。在始發(fā)站和終點(diǎn)站地面布置WLAN無線覆蓋，地面服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對到站車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)下載及轉(zhuǎn)儲(chǔ)。在運(yùn)用段設(shè)置數(shù)據(jù)分析服務(wù)器，通過地面分析軟件對過程數(shù)據(jù)和故障信息進(jìn)行分析和處理，生成故障報(bào)表及數(shù)據(jù)分析圖表等。信息傳輸機(jī)制架構(gòu)見圖6。

圖4 智能監(jiān)測單元部署示意圖

圖5 系統(tǒng)層級架構(gòu)

系統(tǒng)對列車運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控，對異常情況發(fā)生的具體部件進(jìn)行精確定位，對運(yùn)行過程中超出正?？刂浦笜?biāo)的數(shù)值進(jìn)行診斷和報(bào)警，并將診斷結(jié)果第一時(shí)間內(nèi)傳送至司機(jī)室信息顯示終端，確保城軌列車運(yùn)轉(zhuǎn)的安全高效。通過地面數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)（簡稱地面專家系統(tǒng)）對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為城軌車輛檢測人員提供檢修依據(jù)。

圖6 信息傳輸機(jī)制架構(gòu)

5.4 地面專家系統(tǒng)

地面專家系統(tǒng)是城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成之一。車載實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)將記錄的診斷事件報(bào)告和大量過程數(shù)據(jù)通過WLAN下載到地面專家系統(tǒng)后，地面專家系統(tǒng)對下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢回放、故障確認(rèn)、事件分析和統(tǒng)計(jì)分析，可對列車運(yùn)行過程中所發(fā)生的各種事件進(jìn)行詳細(xì)了解，以數(shù)據(jù)為佐證，為城軌車輛故障報(bào)警事件的定量分析提供有力依據(jù)。

地面專家系統(tǒng)將根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、故障案例等先驗(yàn)知識，將單車數(shù)據(jù)進(jìn)行自身歷史數(shù)據(jù)縱向?qū)Ρ?、多車之間同工況橫向比較、多子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)綜合判斷以及概率統(tǒng)計(jì)與方法，進(jìn)行智能推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。

地面專家系統(tǒng)可完成系統(tǒng)運(yùn)行全過程數(shù)據(jù)的下載、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和分析，并進(jìn)行多系統(tǒng)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)挖掘分析，從多角度、多維度全方位展示關(guān)鍵部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)與曲線，對車輛運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警進(jìn)行科學(xué)有效的定量分析[7]。地面專家系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖7。

圖7 地面專家系統(tǒng)功能架構(gòu)

地面專家系統(tǒng)可完成以下功能：

（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)展示：提供過程數(shù)據(jù)展示的用戶接口，并按照時(shí)間軸縱向?qū)Ρ?，監(jiān)測子系統(tǒng)橫向?qū)Ρ?，車廂間疊加等多角度、多維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

（2）報(bào)警及狀態(tài)評估：對制動(dòng)、轉(zhuǎn)向架、防火及視頻等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于運(yùn)行全過程數(shù)據(jù)融合分析，對車輛報(bào)警事件進(jìn)行科學(xué)有效的定量分析。通過建立專家系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)知識庫，對每次下載的數(shù)據(jù)經(jīng)過對比分析，在海量現(xiàn)場應(yīng)用案例中，提取規(guī)律性的應(yīng)用規(guī)則，形成在決策和檢修環(huán)節(jié)的閉環(huán)鏈路，自動(dòng)生成故障檢修通知單并提供檢修意見。

（3）派工維修處理：針對不同程度的報(bào)警信息，通過智能決策系統(tǒng)，對其定義、定位、解析、關(guān)聯(lián)描述及觸發(fā)規(guī)則進(jìn)行專家分析，對分析結(jié)果最終落實(shí)到具體的派工及維修指導(dǎo)意見上，目標(biāo)明確，層次清晰?？捎上到y(tǒng)根據(jù)規(guī)則庫自動(dòng)生成派工單或由管理人員生成手動(dòng)派工單。

（4）月度統(tǒng)計(jì)分析：對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、報(bào)警、下載情況、維護(hù)情況整合匯總，自動(dòng)化生成評估報(bào)表。

6 結(jié)束語

城軌列車安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循系統(tǒng)性、安全、經(jīng)濟(jì)性、融合性、擴(kuò)展性、可靠性等設(shè)計(jì)原則?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)原則，通過實(shí)際設(shè)計(jì)案例闡述系統(tǒng)應(yīng)具備的基本監(jiān)測功能和獨(dú)立的智能監(jiān)測單元。系統(tǒng)在城軌列車上建立安全監(jiān)控的綜合性統(tǒng)一平臺(tái)，對既有的運(yùn)用安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行融合，并為將來擴(kuò)展新的監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留空間；利用綜合平臺(tái)的優(yōu)勢，對城軌列車進(jìn)行安全狀態(tài)的綜合診斷；通過車地?zé)o線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控查詢、信息共享等；同時(shí)基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立綜合信息管理分析平臺(tái)，可自動(dòng)化地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載、存儲(chǔ)、處理和分析，對城軌車輛的調(diào)試和檢修具有指導(dǎo)性的作用。

研制具有監(jiān)測功能全面、高度模塊化、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)的城軌列車綜合安全監(jiān)測車載系統(tǒng)，以及可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載、存儲(chǔ)、處理和分析挖掘的地面系統(tǒng)，在運(yùn)行中實(shí)時(shí)監(jiān)測城軌車輛的當(dāng)前狀態(tài)，確保城軌車輛的行駛安全，能提高城軌運(yùn)輸生產(chǎn)的安全性，顯著提高城軌車輛維修的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。隨著工業(yè)4．0大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，未來如何開展從大量運(yùn)行數(shù)據(jù)中挖掘出有用的車輛運(yùn)行信息來指導(dǎo)維修和設(shè)備的管理維護(hù)，對城軌列車安全監(jiān)測的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。

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劉 峰：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，研究員，北京，100081

申宇燕：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，副研究員，北京，100081

盧萬平：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，工程師，北京，100081

延九磊：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，副研究員，北京，100081

責(zé)任編輯 盧敏

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1672-061X（2015）04-0063-07