査小菲

摘 要：地鐵車輛智能化技術(shù)以全息化列車狀態(tài)感知和動(dòng)態(tài)數(shù)字化運(yùn)行環(huán)境為基礎(chǔ)，以信息智能處理與交互為支撐，具有自檢測(cè)、自診斷、自決策能力。通過(guò)對(duì)地鐵車輛走行部、車門、牽引/輔助、網(wǎng)絡(luò)等直接影響行車安全的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)“車-地”多通道無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心，結(jié)合專家診斷系統(tǒng)故障模型對(duì)比分析，從而給出系統(tǒng)預(yù)警和報(bào)警信息，為車輛運(yùn)營(yíng)管理人員提供直觀的車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)，關(guān)鍵設(shè)備的亞健康預(yù)警功能和智能檢修預(yù)報(bào)功能，最終也為實(shí)現(xiàn)地鐵車輛“狀態(tài)修”提供可行的參考方案。本文主要介紹該方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；智能化；數(shù)據(jù)采集；無(wú)線傳輸；狀態(tài)修；亞健康；智能檢修

中圖分類號(hào)：U266.256 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0037-04

1 研究的意義和目的

地鐵車輛作為運(yùn)送乘客的主要載體，對(duì)其自身的可靠性及維修保障工作提出了非常高的要求。要想滿足這些要求首要是及時(shí)掌握地鐵車輛的運(yùn)用狀態(tài)，然而目前車輛維修人工化程度較高，如列車運(yùn)行及故障數(shù)據(jù)是單獨(dú)存儲(chǔ)在列車監(jiān)控系統(tǒng)（TIMS）中，存在數(shù)據(jù)不全面的缺點(diǎn)，而且需人工下載查看、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需人工進(jìn)行測(cè)量和分析等。地鐵車輛智能化的概念應(yīng)運(yùn)而生，豐富的車輛數(shù)據(jù)智能化采集、傳輸和分析能夠大大節(jié)省人力成本，同時(shí)也提高列車安全性和可靠性。

根據(jù)某地鐵現(xiàn)有線路的建設(shè)和運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有地鐵車輛關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)警功能為研究目標(biāo)，搭建一個(gè)以車輛信息采集技術(shù)為基礎(chǔ)、多制式車地單向信息傳輸技術(shù)為途徑、地面組建數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析技術(shù)為終端的地鐵車輛智能化系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)本系統(tǒng)，更加全面、更加系統(tǒng)的掌控車輛運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到在線故障預(yù)警、合理采取應(yīng)急措施，車輛關(guān)鍵部件的檢修方式實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)修”，節(jié)省車輛運(yùn)營(yíng)人力成本，同時(shí)也提高列車安全性和可靠性。

2 總體方案

智能化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能決策與評(píng)價(jià)技術(shù)和面向服務(wù)架構(gòu)技術(shù)，系統(tǒng)總體方案架構(gòu)見(jiàn)圖1。系統(tǒng)主要分硬件改造和軟件功能調(diào)試兩部分，硬件改造包括對(duì)車門控制器、走形部軸端、齒輪箱、車載以太網(wǎng)設(shè)備改造，以及在車輛段庫(kù)內(nèi)EWLM波導(dǎo)管天線、多格式數(shù)據(jù)分析服務(wù)器布置、前臺(tái)顯示工作站等設(shè)備改造。軟件功能調(diào)試包括車載設(shè)備數(shù)據(jù)采集功能、車地?zé)o線多模式單向傳輸功能、地面服務(wù)器數(shù)據(jù)挖掘、建模、健康分析和智能決策評(píng)判功能、以及面向服務(wù)構(gòu)架的智能化分析平臺(tái)安全性、穩(wěn)定性功能驗(yàn)證。

列車將采集的列車數(shù)據(jù)（TCMS數(shù)據(jù)、事件記錄儀數(shù)據(jù)、新增車門狀態(tài)數(shù)據(jù)、新增走行部診斷數(shù)據(jù)等）通過(guò)車載無(wú)線傳輸通道發(fā)送到地面專家分析服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析、故障等級(jí)分類、統(tǒng)計(jì)和健康評(píng)估。

3 車載數(shù)據(jù)采集

3.1 車門智能診斷系統(tǒng)

目前地鐵車輛門控器只能輸出已產(chǎn)生的顯性故障結(jié)果，缺乏故障發(fā)生前的異常工作狀態(tài)的分析判斷。門控器故障信息通過(guò)MVB總線上傳給車輛TCMS并在司機(jī)室的屏幕上顯示、還可以通過(guò)門控器的LED指示燈顯示。故障數(shù)據(jù)只能在列車入庫(kù)后人工下載，維護(hù)人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)逐個(gè)門進(jìn)行日常檢查和簡(jiǎn)單故障判斷。

車門智能診斷系統(tǒng)通過(guò)更換智能門控器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)、門控器（電信號(hào)采集）以及鎖閉機(jī)構(gòu)的動(dòng)作情況和工作參數(shù)，并通過(guò)車載以太網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳地面服務(wù)器，通過(guò)系統(tǒng)的故障規(guī)則知識(shí)庫(kù)智能化判斷當(dāng)前的車門是否產(chǎn)生了故障或進(jìn)入亞健康狀態(tài)，車門系統(tǒng)架構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系見(jiàn)圖2。在門系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)入故障時(shí)就提前檢修和排除亞健康問(wèn)題，大大降低故障的發(fā)生率，尤其是大大減少無(wú)法電動(dòng)關(guān)門、開(kāi)不到位、三秒不解鎖等常見(jiàn)故障，有效的提高了門系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。一旦判斷該門系統(tǒng)存在故障或進(jìn)入亞健康狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)推送信息（包含問(wèn)題現(xiàn)象、原因和解決方案）給對(duì)應(yīng)的維修人員，通知該人員及時(shí)處理問(wèn)題，降低了地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中突發(fā)故障產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)成本。

3.2 走行部智能診斷系統(tǒng)

走行部智能診斷系統(tǒng)是一種走行部安全監(jiān)測(cè)裝備，通過(guò)安裝在走行部關(guān)鍵部件上的復(fù)合傳感器，傳感器安裝位置見(jiàn)圖3，同時(shí)監(jiān)測(cè)沖擊、振動(dòng)、溫度3個(gè)物理量，并通過(guò)基于廣義共振與共振解調(diào)的故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)走行部關(guān)鍵部件（軸箱軸承、齒輪箱軸承、齒輪、車輛踏面、鋼軌）的車載在線實(shí)時(shí)診斷，對(duì)于故障實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警和分級(jí)報(bào)警，準(zhǔn)確指導(dǎo)車輛的運(yùn)用和維修。另外還能對(duì)軌道波磨區(qū)段進(jìn)行分析及精確定位，為軌道的及時(shí)打磨提供依據(jù)，且能實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警，系統(tǒng)邏輯關(guān)系見(jiàn)圖4。

3.3 關(guān)鍵空開(kāi)、控制繼電器動(dòng)作次數(shù)

各系統(tǒng)供電空開(kāi)、控制繼電器吸合動(dòng)作次數(shù)通過(guò)TCMS進(jìn)行記錄，結(jié)合繼電器產(chǎn)品說(shuō)明中的使用壽命，為繼電器的預(yù)防性維修提供指導(dǎo)。

3.4 TCMS數(shù)據(jù)

地鐵車輛列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)事件記錄儀記錄收集的車輛各子系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)和事件數(shù)據(jù)下傳、分析及顯示。

4 車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

車載數(shù)據(jù)通過(guò)列車新增的一套以太網(wǎng)進(jìn)行采集，主要由列車各子系統(tǒng)智能化檢測(cè)設(shè)備、以太網(wǎng)交換機(jī)、數(shù)據(jù)記錄儀、網(wǎng)絡(luò)智能控制單元、認(rèn)證智能控制器、車載無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊及車載天線組成，列車級(jí)骨干網(wǎng)為千兆以太網(wǎng)，各車廂為百兆以太網(wǎng)。車載以太網(wǎng)的拓?fù)鋱D5所示。

車各車廂的子系統(tǒng)智能化設(shè)備與本車以太網(wǎng)交換機(jī)相連，并按照協(xié)議傳送本系統(tǒng)相關(guān)狀態(tài)信息和故障信息等，再通過(guò)各車廂的以太網(wǎng)交換機(jī)將整列車的信息數(shù)據(jù)由認(rèn)證智能控制單元，經(jīng)車載無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊和天線傳輸?shù)降孛娣?wù)器。

5 車載數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)

列車在正線主要對(duì)TCMS故障數(shù)據(jù)、車門診斷數(shù)據(jù)、走行部診斷數(shù)據(jù)等進(jìn)行傳輸，此數(shù)據(jù)量較小故采用3G/4G公用通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行車地?zé)o線數(shù)據(jù)傳輸。列車將搜集的數(shù)據(jù)通過(guò)車載無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與地面的以太網(wǎng)交換機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)列車與地面之間的車地?zé)o線數(shù)傳，將列車信息至指定地面管理服務(wù)器，并由車輛故障信息管理服務(wù)器完成故障的分類、統(tǒng)計(jì)和評(píng)估。

列車在庫(kù)內(nèi)要傳輸事件記錄儀數(shù)據(jù)，事件記錄儀數(shù)據(jù)量較大，故采用穩(wěn)定可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速度快的波導(dǎo)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，見(jiàn)圖6。

6 面向服務(wù)的地面專家分析系統(tǒng)

地面專家分析系統(tǒng)主要由地面服務(wù)器、地面信號(hào)接收裝置和客戶端組成，具體見(jiàn)圖7。地面信息收裝置收到的列車下傳的數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器中“故障建模對(duì)比、健康分析和智能決策評(píng)判”服務(wù)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)?？蛻舳擞?jì)算機(jī)通過(guò)安裝好的應(yīng)用軟件可對(duì)地面服務(wù)器存儲(chǔ)的列車數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢并分析數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)圖7，圖8。

7 結(jié)語(yǔ)

目前某地鐵已經(jīng)完成1列車的智能化車載設(shè)備及地面設(shè)備安裝及應(yīng)用，對(duì)指導(dǎo)車輛運(yùn)行和維修、提高地鐵運(yùn)營(yíng)的可靠性和安全性有巨大的幫助，同時(shí)也對(duì)后期新線建設(shè)有著十分重大的指導(dǎo)意義。

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