王雪軍

(中車長(zhǎng)江車輛有限公司, 武漢 430212 )

信息化、自動(dòng)化和智能化技術(shù)日新月異發(fā)展，已成為機(jī)械裝備技術(shù)的發(fā)展方向，鐵路貨車是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾b備，加快鐵路信息化、自動(dòng)化和智能化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)鐵路發(fā)展的重要任務(wù)，鐵路貨車的全程實(shí)時(shí)智能化監(jiān)測(cè)也受到越來越多的關(guān)注。

北美等鐵路技術(shù)先進(jìn)國(guó)家在21世紀(jì)初已開始預(yù)研應(yīng)用IT技術(shù)改進(jìn)運(yùn)輸管理與服務(wù)、通訊與自動(dòng)控制、車輛安全性能參數(shù)監(jiān)測(cè)等信息化及自動(dòng)化、智能化新技術(shù)。澳洲及中東地區(qū)等國(guó)家漏斗車研究應(yīng)用了“機(jī)車集中供電和監(jiān)控”及“無線+有線傳輸”的車載轉(zhuǎn)向架軸溫、車輛脫軌、底門和頂蓋開閉狀態(tài)等安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)鐵路貨車信息化、自動(dòng)化。

現(xiàn)階段我國(guó)運(yùn)煤敞車等車型處于機(jī)械技術(shù)階段，離電氣化、信息化、智能化存在較大差距，不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、故障預(yù)測(cè)等大數(shù)據(jù)和信息化管理的要求。另外，采用地面5 s系統(tǒng)對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能實(shí)時(shí)即時(shí)定位、監(jiān)測(cè)，難以對(duì)車輛性能進(jìn)行科學(xué)診斷和正確預(yù)測(cè)。同時(shí)，鐵路貨車不具備供電能力，嚴(yán)重制約了信息化、自動(dòng)化和智能化技術(shù)的應(yīng)用。

文中提出一種鐵路貨車智能化監(jiān)測(cè)的初步方案，主要包括貨車車載監(jiān)控系統(tǒng)、車地?cái)?shù)據(jù)傳輸和地面信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)貨車的性能指標(biāo)和安全指標(biāo)等信息，為鐵路貨車車輛運(yùn)用、安全監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)、產(chǎn)品維修保養(yǎng)等提供技術(shù)支持。

1 車載監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

車輛運(yùn)行的狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)的變化，可直接反映車輛運(yùn)行的安全性能和故障狀況，因此，為了對(duì)車輛運(yùn)行的安全性能和故障狀況進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控，確保車輛運(yùn)行安全和性能正?？煽浚谲囕v上研究應(yīng)用狀態(tài)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括：

(1)空氣制動(dòng)系統(tǒng)主管、制動(dòng)缸和副風(fēng)缸壓力監(jiān)測(cè)裝置；

在車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)主管、制動(dòng)缸和副風(fēng)缸相應(yīng)位置裝用壓力傳感器，采用目前成熟的壓力傳感技術(shù)，隨車采集并監(jiān)測(cè)空氣制動(dòng)系統(tǒng)主管、制動(dòng)缸和副風(fēng)缸壓力參數(shù)變化信息，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺(tái)實(shí)時(shí)收集車載通訊終端傳遞的數(shù)據(jù)，并對(duì)傳來的數(shù)據(jù)和設(shè)定范圍進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)壓力值超過或降低到一定范圍時(shí)，信息平臺(tái)將信息推送到相關(guān)人員并發(fā)出報(bào)警，實(shí)現(xiàn)隨車即時(shí)識(shí)別和處理車輛空氣制動(dòng)系統(tǒng)的故障和安全狀況的功能。

(2)貨物質(zhì)量監(jiān)測(cè)

在轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架或構(gòu)架相應(yīng)位置裝用測(cè)重傳感裝置，采用成熟的變形感應(yīng)測(cè)重技術(shù)，隨車采集并監(jiān)測(cè)貨物總重和兩側(cè)貨物質(zhì)量偏差的變化信息，并通過無線技術(shù)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給車載通訊終端，實(shí)現(xiàn)隨車即時(shí)識(shí)別車輛卸貨口密封性能、底門鎖閉性能、傾覆穩(wěn)定安全性能等。地面信息平臺(tái)實(shí)時(shí)收集車載通訊終端傳遞的數(shù)據(jù)，并對(duì)傳來的數(shù)據(jù)和設(shè)定范圍進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)超載、偏載或載重持續(xù)降低到一定范圍時(shí)，信息平臺(tái)將信息推送到相關(guān)人員并發(fā)出報(bào)警。

(3)頂蓋開閉狀態(tài)監(jiān)控

在防塵活動(dòng)頂蓋裝置相應(yīng)位置裝用位置傳感器，采用目前成熟的位移傳感技術(shù)，隨車實(shí)時(shí)采集并監(jiān)測(cè)頂蓋開閉狀態(tài)信息，并通過無線技術(shù)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺(tái)實(shí)時(shí)收集車載通訊終端傳遞的數(shù)據(jù)，并與車輛運(yùn)行速度進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)隨車即時(shí)識(shí)別和處理頂蓋及開閉機(jī)構(gòu)的故障和安全狀況。

(4)底門開閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在車體的底門處相應(yīng)位置裝用位移傳感器，采用目前成熟的位移傳感技術(shù)，隨車實(shí)時(shí)采集并監(jiān)測(cè)底門開閉狀態(tài)信息，并通過無線技術(shù)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺(tái)實(shí)時(shí)收集車載通訊終端傳遞的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨車即時(shí)識(shí)別底門及開閉機(jī)構(gòu)的故障和安全狀況。

(5)轉(zhuǎn)向架軸溫監(jiān)測(cè)裝置

在轉(zhuǎn)向架軸承上部承載鞍相應(yīng)位置裝用溫度傳感器，隨車采集并監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向架軸承溫度變化信息，并通過無線技術(shù)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給車載通訊終端，地面信息平臺(tái)實(shí)時(shí)收集車載通訊終端傳遞的數(shù)據(jù)，并對(duì)傳來的數(shù)據(jù)和設(shè)定范圍進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)軸溫達(dá)到一定范圍時(shí)，信息平臺(tái)將信息推送到相關(guān)人員并發(fā)出報(bào)警?？杉磿r(shí)識(shí)別軸承及軸承與車軸連接部位的正常與安全狀況，實(shí)現(xiàn)隨車即時(shí)識(shí)別和處理軸承故障和安全狀態(tài)。

(6)GPS系統(tǒng)

在車體端部相應(yīng)位置安裝GPS系統(tǒng)，采用目前成熟的GPS定位技術(shù)及車輛運(yùn)行里程和速度傳感技術(shù)，隨車即時(shí)采集車輛位置、運(yùn)行里程和速度信息數(shù)據(jù)，充實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為制定科學(xué)合理的車輛運(yùn)用和維修計(jì)劃提供技術(shù)支撐，及時(shí)有效地對(duì)車輛進(jìn)行使用、維護(hù)和檢修，充分提高車輛運(yùn)用周轉(zhuǎn)率和運(yùn)營(yíng)效益。

(7)車載通訊終端

應(yīng)用具有防雷、防水、防塵和電磁干擾的車載通信終端設(shè)備，通過運(yùn)用加密技術(shù)，對(duì)車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和進(jìn)行車、地傳輸，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)信號(hào)多網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)切換，并降低車輛電能消耗和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 車地?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

貨車數(shù)量龐大，需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也巨大，考慮采用工業(yè)級(jí)4G無線通訊模塊，網(wǎng)絡(luò)通道采用移動(dòng)、聯(lián)通雙通道的傳輸方式，將車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心，見圖1。

3 地面信息平臺(tái)

充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，整合車輛全部信息化資源，構(gòu)建和應(yīng)用一體化信息平臺(tái)。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

地面數(shù)據(jù)中心通過3G/4G無線傳輸方式實(shí)時(shí)接收車輛車載監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息，通過終端接收大量原始狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的解析和分發(fā)。解析后的數(shù)據(jù)一路進(jìn)入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，完成對(duì)所有車輛數(shù)據(jù)的綜合管理，為離線建模和歷史數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)資源管理；另一路進(jìn)入計(jì)算服務(wù)引擎，該計(jì)算服務(wù)引擎通過調(diào)用模型庫(kù)中已經(jīng)生成的數(shù)據(jù)模型或統(tǒng)計(jì)信號(hào)分析模型形成對(duì)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的在線分析，其對(duì)異常狀態(tài)、故障診斷、狀態(tài)評(píng)估和故障預(yù)測(cè)的結(jié)果將直接分發(fā)，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)布至相關(guān)人員，見圖2。

圖2 鐵路貨車信息系統(tǒng)構(gòu)架

4 結(jié)束語

車載安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車載通訊終端及配套的一體化信息平臺(tái)等技術(shù)和產(chǎn)品，在鐵路貨車上推廣應(yīng)用，可大幅提升鐵路貨車的信息化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)水平，推動(dòng)鐵路貨車技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有里程碑的突破和發(fā)展。