蔚建軍 上海鐵路局上海動車段

動車組TEDS系統(tǒng)運用實踐與思考

蔚建軍 上海鐵路局上海動車段

上海鐵路局動車組TEDS監(jiān)控系統(tǒng)從2014年3月運用至今，使得管內(nèi)動車組運行動態(tài)狀況得到了實時探測和監(jiān)控，有效防止和減少了諸多危及行車安全的車輛設(shè)備故障，取得了預(yù)期效果。但在實際運用中,TEDS系統(tǒng)仍存在一些問題，限制了作用的發(fā)揮，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn),以發(fā)揮更好的安全保障作用。

動車組；TEDS；監(jiān)控系統(tǒng)

1 系統(tǒng)介紹

動車組運行故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng) (Trouble of moving EMU Detection System)簡稱TEDS系統(tǒng)，是基于貨列TFDS、客車TVDS系統(tǒng)技術(shù)研制的行車安全裝備，利用高速相機(jī)對運行動車組車體底部、側(cè)下部進(jìn)行拍攝，采用高速圖像采集、控制、智能檢測、車輛部件和車號識別、異常預(yù)警、低通道圖像處理和傳輸?shù)燃夹g(shù)，以自動識別和人工判定結(jié)合的方式，及時發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部位故障。該系統(tǒng)符合中國鐵路總公司對在線檢測監(jiān)控技術(shù)的要求，滿足動車組運行速度高、密度大的需要，是保障高鐵運行安全的重要裝備。

1.1 數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)架

系統(tǒng)由探測站設(shè)備、動車段和路局監(jiān)控中心設(shè)備、總公司查詢中心設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備組成。探測站采集到的車體底部、側(cè)部裙板、連接裝置、轉(zhuǎn)向架等可視部位圖像信息存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器，經(jīng)調(diào)整處理傳輸至段監(jiān)控中心，由分析人員根據(jù)報警信息結(jié)合原始圖片判定動車組關(guān)鍵部件故障。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）圖像采集。利用線陣、矩陣相機(jī)對動車組轉(zhuǎn)向架制動裝置、傳動裝置、牽引裝置、輪軸、車鉤裝置、底部電務(wù)車載設(shè)備和側(cè)部裙板、轉(zhuǎn)向架及軸箱、車端連接部等可視部位進(jìn)行高速連續(xù)拍攝，獲得高清大數(shù)據(jù)圖像。

（2）3D成像技術(shù)。系統(tǒng)利用FPGA技術(shù)，對線陣相機(jī)采集圖像進(jìn)行建模、分析處理獲得圖像3D數(shù)據(jù)，形成可視部件的3D數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)可視部件的多角度查看。

（3）圖像自動識別報警。采用多種模式識別技術(shù)、決策融合技術(shù)、異常圖像檢測等技術(shù)，對TEDS的大數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行高速處理、分析，與標(biāo)準(zhǔn)圖庫實時識別、比對，完成異常圖像位置的自動鎖定和報警，實現(xiàn)按部位、類型的分析和統(tǒng)計。

2 運用實踐

上海動車段TEDS監(jiān)控中心設(shè)置60個作業(yè)終端，擔(dān)負(fù)著我局上海、南京、徐州、合肥、杭州、溫州等地區(qū)的19套TEDS設(shè)備的監(jiān)控、預(yù)報和分析處理任務(wù)。

2.1 運用探索

根據(jù)監(jiān)控中心人員配備、動車組實際運行和監(jiān)控分析作業(yè)特點，建立了包車制作業(yè)模式，總結(jié)了一套針對轉(zhuǎn)向架、裙底板、輪對等動車組重要部件的“M型”、“C型”、“Z型”等監(jiān)控作業(yè)方法，提高了監(jiān)控分析作業(yè)準(zhǔn)確性和效率，使得動車組可視故障發(fā)現(xiàn)率明顯提升。結(jié)合我局運用實際，制定了設(shè)備保養(yǎng)、定置管理的“九不準(zhǔn)，六必須”規(guī)定，完善了《TEDS監(jiān)控中心監(jiān)控作業(yè)管理獎勵和考核辦法》，調(diào)動了分析人員的積極性，使得設(shè)備運用管理有序可控。

2.2 故障處置優(yōu)化

為提高動車組故障處置速度，確保關(guān)鍵重點部位故障不漏判，對TEDS監(jiān)控故障處置流程進(jìn)行優(yōu)化，故障判定采取設(shè)備自動報警和人工確認(rèn)結(jié)合的方式，TEDS作業(yè)人員對故障報警及重點關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)控分析，判斷為可能影響動車組運行安全的真實故障，由作業(yè)組長確認(rèn)，根據(jù)故障情況向路局動車調(diào)度報告，同時填報“TEDS預(yù)報故障通知/處置單”，由動車調(diào)度通知列車調(diào)度員，采取限速運行或立即、前方站停車檢查等措施時。執(zhí)行以來，不斷總結(jié)、優(yōu)化，編制了動車組TEDS監(jiān)控作業(yè)指導(dǎo)書，規(guī)范了作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、信息傳遞流程。

3 運用成果

2015 年，TEDS監(jiān)控中心共完成185 281列監(jiān)控分析工作，日均完成515列，完成故障報警分析共計17 181 670條，日均完成47 726條，共發(fā)現(xiàn)各類故障946件，故障包括軸端螺栓丟失、傳感器管卡螺栓丟失、吸污口或注水口蓋板未關(guān)閉、底板螺栓丟失、各類滲油或漏油、降噪層脫落、放松鐵絲斷、走形部卡異物等，通過不斷總結(jié)和積累，制作了典型案例（見圖1）。

案例1：2015年1月29日，蚌埠南至徐州東的D7692次, 6：19途經(jīng)徐州東上行1探測站,發(fā)現(xiàn)全列冰雪覆蓋嚴(yán)重，并及時進(jìn)行應(yīng)對處理。

案例2：2015年04月19日,上海虹橋至天津西的G212次,11：41經(jīng)徐州東上行2探測站,發(fā)現(xiàn)07車運行方向右側(cè)停放制動緩解閥拉桿搭扣脫落。

案例3：2015年3月22日，天津西至長沙南的D292/3次，途經(jīng)徐州東下行1探測站，發(fā)現(xiàn)2車左側(cè)排污口蓋板未關(guān)閉到位。

案例4：2015年11月27日,漢口至上海虹橋的D3054/1次，途經(jīng)上海虹橋下行探測站,發(fā)現(xiàn)07車1軸聯(lián)軸節(jié)與齒輪箱連接處疑似漏油。后經(jīng)確認(rèn)漏油。

案例5：2015年12月25日,北京南至上海虹橋的G13次，途經(jīng)上海虹橋下行探測站，發(fā)現(xiàn)01車右側(cè)轉(zhuǎn)向架上方裙板丟失。

圖1 典型案例示意圖

4 問題探索及解決方案建議

4.1 存在問題

TEDS系統(tǒng)運用中也暴露出故障誤報率高、硬件配置及軟件功能設(shè)計方面等諸多問題。

（1）硬件故障多。2015年以來影響TEDS監(jiān)控設(shè)備故障共計發(fā)生170件，日均故障0.57件，其中無過車信息故障39件，無車組號故障15件、通道無圖故障74件，軟件等故障42件，對日常監(jiān)控分析作業(yè)造成極大的干擾。

（2）誤報率高。表現(xiàn)在故障報警數(shù)高、誤報率高，2015年10月1日-22日，日均過車785標(biāo)準(zhǔn)組，日均報警數(shù)為81 429條，每人日均作業(yè)量為40組、確認(rèn)故障5 089條，其中判斷為真實故障報警的僅2條，準(zhǔn)確率僅為0.0025%，遠(yuǎn)未達(dá)到鐵總每組200條故障報警要求。

（3）圖像傳輸時間長。個別探測站的帶寬不足，圖像傳輸超過5 min，因系統(tǒng)識別軟件不夠完善，造成總作業(yè)時間過長。2015年3月份以來，TEDS探測設(shè)備圖像傳輸平均時間9 min12 s，識別平均時間6 min18 s，尚未達(dá)到鐵總規(guī)定的總作業(yè)時間10 min完的要求。

（4）受外界環(huán)境影響大。雨天、早晨起霧、冰雪天氣時，經(jīng)常會造成設(shè)備無圖、圖片模糊、黑圖和白圖等圖像問題。2015年以來發(fā)生的圖像質(zhì)量故障74起，其中因天氣原因占90%，造成設(shè)備無法正常識別故障。

（5）應(yīng)急處置有待完善。表現(xiàn)在對突發(fā)情況處置措施不完善，5月19日、5月20日南京南京滬下行探測站突然停電,主服務(wù)器無法實現(xiàn)運程重啟，影響動車組的監(jiān)控分析。

4.2 解決方案建議

（1）優(yōu)化自動報警功能。針對動車組運用實際，根據(jù)不同部件出現(xiàn)故障的概率，調(diào)整裙板、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)等對關(guān)鍵重點部件的報警參數(shù)，整合參數(shù)差異，統(tǒng)一技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，優(yōu)化自動報警程序，采用簡易視窗操作監(jiān)控分析圖像，提高分析作業(yè)效率。

（2）提高系統(tǒng)可靠性。自動分析比對的標(biāo)準(zhǔn)圖像是采用該動車組上一次通過本探測站的圖像，容易受外界光線干擾，誤報率較高，建議優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)圖像和比對方案，對故障率較高部件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，將報警故障分級甄別，形成真假故障的數(shù)據(jù)庫，提高真實故障的判斷能力。

（3）對軌邊設(shè)備升級優(yōu)化，如增加相機(jī)鏡頭自動清洗裝置，減少雨水等雜物侵?jǐn)_，優(yōu)化遠(yuǎn)程重啟功能，提高供電和運行環(huán)境的可靠性，降低斷電、環(huán)溫過高等情況引起的突發(fā)問題，減少天窗維修次數(shù)，提高設(shè)備運行的可靠性。

（4）完善運用管理。完善運用應(yīng)急機(jī)制，探索制定數(shù)據(jù)傳輸遲緩、報警信息不完整、圖像模糊等狀況時的應(yīng)對措施。繼續(xù)收集TEDS分析作業(yè)過程的優(yōu)化建議，不斷修訂完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)指導(dǎo)書，制定崗位職責(zé)和分析管理辦法，促進(jìn)分析作業(yè)判斷能力整體提高。

5 運用技術(shù)展望

多層次、全方位的安全卡控，是動車組安全運行的屏障，根據(jù)十三五規(guī)劃和中國高鐵未來的發(fā)展趨勢，動車組TEDS運用和發(fā)展有著廣泛前景和未來。

5.1 3D識別技術(shù)持續(xù)發(fā)展

現(xiàn)階段TEDS-3D識別技術(shù)仍然停留在輔助的階段，主要識別仍然使用2D識別，識別技術(shù)對圖片質(zhì)量要求高，產(chǎn)生誤報較多，同時螺栓串出等故障，通過2D圖片不易發(fā)現(xiàn)，因此3D識別技術(shù)將成為未來的主流識別技術(shù)，提高動車組故障判別的準(zhǔn)確性。

5.2 大數(shù)據(jù)的整合運用

目前TEDS設(shè)備僅收集到的是該探測站的過車基礎(chǔ)信息與圖像信息，判斷故障的方式比較單一，綜合預(yù)防故障能力較弱。發(fā)展趨勢為TEDS可以與TADS等其他動車組檢測設(shè)備的檢測信息相互整合、相互輔助，根據(jù)多種檢測數(shù)據(jù)并結(jié)合大數(shù)據(jù)中和分析總結(jié)規(guī)律，實現(xiàn)故障提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)防。

5.3 通信技術(shù)的提升

現(xiàn)有TEDS專用網(wǎng)絡(luò)僅有8 Mb,帶寬過小，抑制住了多種技術(shù)的實現(xiàn)及發(fā)展，若TEDS專用網(wǎng)絡(luò)提升至100 Mb/1 000 Mb,即可實現(xiàn)如下功能：

（1）可以實現(xiàn)上個探測站與下個探測站的識別對比，進(jìn)而可以觀察到列車運行一段距離或一段時間后發(fā)生的變化，對故障預(yù)防有重大的意義。

（2）軌旁機(jī)房內(nèi)設(shè)備可以集中建設(shè)在監(jiān)控中心，方便設(shè)備維護(hù)，并且設(shè)備發(fā)生故障時可以及時處理。

5.4 作業(yè)方式的變革

現(xiàn)階段作業(yè)方式為分析員發(fā)現(xiàn)故障后通知組長確認(rèn)，組長上報路局調(diào)度員，路局調(diào)度員通知列車司機(jī)做出相應(yīng)的操作，此過程需要經(jīng)過多人轉(zhuǎn)述匯報，容易造成消息轉(zhuǎn)述錯誤并且響應(yīng)時間較長。

無線通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，當(dāng)帶寬達(dá)到100 Mb后，可以利用列車到站停車的時間，將TEDS采集到的圖片上傳至隨車機(jī)械師的手持設(shè)備中，隨車機(jī)械師可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況立即做出應(yīng)急處理，減少中間轉(zhuǎn)述環(huán)節(jié)。

5.5 分布式計算的運用

當(dāng)TEDS專用網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到100 Mb/1 000 Mb后，可以充分利用分布式計算優(yōu)勢，可以大量減少識別機(jī)的數(shù)量，充分利用每臺機(jī)器的性能，減少硬件成本的投入。

5.6 AR技術(shù)的引進(jìn)

3D采集技術(shù)已成功進(jìn)入TEDS設(shè)備，但采集后的圖片主要用于3D識別，分析員仍然查看2D圖片作業(yè)，出現(xiàn)2D圖片不清晰時，手動切入到3D模式查看局部圖像。

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)出現(xiàn)后，如果未來可以引進(jìn)到TEDS設(shè)備，就可以實現(xiàn)分析人員“置身”于現(xiàn)場，從不同角度觀察列車的效果。

現(xiàn)階段TEDS識別主要以模板對比識別技術(shù)為主，如果模板不夠準(zhǔn)確或者圖片干擾信息較多直接影響識別效果。如果未來以深度學(xué)習(xí)技術(shù)作為主要識別技術(shù)，即可有效避免這類問題，同時識別的準(zhǔn)確率可能會超過人工發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確率。

5.7 TEDS全覆蓋建議

為確保動車組運行安全，應(yīng)按照TEDS設(shè)備可安裝在160 km/h以下的線路要求，本著始發(fā)、中轉(zhuǎn)（站折）動車組不探測的原則進(jìn)行布點，根據(jù)管內(nèi)線路布局，我局還應(yīng)在徐州東站鄭徐上下行、南京南站寧安上下行、滬蓉上行、上海虹橋滬寧上下行、杭州東寧杭上行、滬昆上行新建TEDS探測站9套，實現(xiàn)動車組全覆蓋探測，進(jìn)一步提高動車組運行安全。

[1]中國鐵路總公司運輸局.《動車組運行故障圖像檢測系統(tǒng)（TEDS）設(shè)備暫行技術(shù)條件》.2013（76）.

[2]中國鐵路總公司.鐵路動車組運用維修規(guī)程.北京.中國鐵道出版社, 2012.

責(zé)任編輯：王華 傅佩喜

來稿日期：2016-08-03