大秦铁路列车5T系统信息融合技术的研究

闫 剑，岳建海，杨 贺

（北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京 100044）

大秦铁路列车5T系统信息融合技术的研究

闫 剑，岳建海，杨 贺

（北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京 100044）

铁路5T系统是中国铁路在面临客货混运、提速、重载的新形势下采取的保障车辆运行安全的重要手段。系统采用多种先进的动态检测技术、信息处理技术和网络技术实现对车辆运行状态的实时动态监测，但由于车辆部件的各类故障是相互影响、相互关联的，在实际应用中，存在着信息共享、集中监控、综合分析的强烈需求。本文通过对大秦铁路的实际调研，提出了一种建设5T系统信息融合的方法。

车辆；安全监控；5T系统；信息融合

随着经济的高速增长，铁路货车技术装备得到长足发展，其中，5T系统的持续列装[1]，对车辆运用过程隐形故障的动态检测，为安全运输起到了巨大的保障作用。对车辆运行故障和安全隐患进行预判报警，减轻了列检现场作业人员劳动强度和人员数量，提高了工作效率和发现故障的准确率，防范车辆故障隐患，确保了铁路货车的运行安全。

5T系统分别对铁路车辆主要构件和运行质量实时监测，但由于车辆部件的各类故障是相互影响、相互关联的，在实际应用中，存在着信息共享、集中监控、综合分析的强烈需求[4]。通过对5T系统信息资源有效的融合，实现相关信息的关联与交叉检索，对提高安全预警水平和故障分析能力等具有重要意义。

本文通过对大秦铁路的实际调研，提出了一种建设5T信息融合系统（以下简称系统）的方法。

1 5T系统简介

车辆轴温智能探测系统[5]（THDS，Trace Hotbox Detection System）：利用轨边的红外探头，对列车轴承温度进行动态监测，发现热轴故障，并通过配套故障智能跟踪装置，实现对热轴的精确跟踪和预报。

车辆运行品质轨边动态监测系统（TPDS，Truck Performance Detection System）：利用安装在正线上的轨道测试平台，动态监测通过列车轮轨相互作用连续的垂直力和横向力，重点防范脱轨事故发生。

车辆滚动轴承的轨边声学诊断系统（TADS，Trackside Acoustic Detection System）：利用轨边噪声阵列实时采集运行货车滚动轴承噪声，监测运行车辆滚动轴承的早期故障。

货车故障轨边图像监测系统（TFDS,Trouble of moving Freight car Detection System）：利用轨边高速摄像技术，实时在线监测通过的货车，采用图像智能识别和人机结合的方式，判别货车的常见故障。

客车运行安全监控系统（TCDS， Train Coach Detection System）：其作用是对客车运行安全关键部位进行实时监测和诊断，重点防范车热轴事故、火灾事故，走行部、制动部、供电及空调故障。

2 系统融合设计思路

系统以货车车辆为管理对象，以车号为唯一关联标识，融合5T信息资源，建立货车车辆安全监测信息的全局视图，为列检车间针对货车车辆的安全管理、检测和维修等业务应用系统提供及时、完整的5T融合信息服务。为保障铁路货车运行安全、提高故障车辆检测效率提供有效支撑。

3 系统融合流程设计

在为期两个月的调研过程中，结合大秦铁路5T系统现状和列检所5T信息融合应用需求，对5T信息（不包含客车运行安全监控系统TCDS）的采集、融合到服务整个过程细分为6个具体流程。

3.1 数据采集流程

数据采集是将5T的数据从不同的数据包中进行读取，然后进行解析。TA、TP、TF采用的是XMAL格式进行存储，可直接进行解析。TH采用原厂家自己封包的DATA文件格式，需要对其数据包进行解析。采集数据包是从5T中心站进行读取，读取方式采用监控文件目录。

3.2 数据转换流程

数据转换主要是对采集到的数据按以下4个标准进行处理：

（1）属性标准转换：对于数据标准属性，进行标识替换。

（2）事实数据：采用入库存储要求进行事实数据的转换。

（3）类型长度转换：对传输中数据类型以及长度进行变化。

（4）切分和组合转换：对于长数据，可以采用切分，分成不同的维度。

3.3 数据存储流程

3.3.1 入库原则

（1）事实数据只做入库，不做计算；属性数据，做维度标准化，做查询条件关键字。

（2）采用多冗余，预加工处理，在各个地方，对车辆来说为全数据。

3.3.2 入库方法

（1）原数据存储：接口得到各数据包，分类进行备份存储，采用日志式，即文本文件方式。

（2）日志文件存储：同时产生日志序列，写在单一的日志文件目录中，用于原数据的目录索引，方便进行查找；也可将日志表直接存入数据库进行保存。

（3）数据库存储：按4种类型进行入库存储，采用多表进行关联存储。维度分为时间、车辆、事故类型以及探测站。其中探测站存储为原数据存储。只是将文本文件的内容导入数据库中。数据库存储不分中心站、段局、列检等，将各需要的数据全部压入各自的本地数据库进行存储。

3.4 数据加工流程

（1）对车辆的各种数据进行加工处理：每次车辆通过检测站，得到事实数据后，将根据预加工后，以车辆为主线，在每个车辆信息后进行追加故障数据以及事实数据。其中故障数据要求保存24个月，事实数据保存3个月，超过时限，老数据由新数据进行替换，空间循环使用。

（2）视图处理：为了方便上层展示，可以对数据进行二次处理，达到快速读取的目的。

3.5 数据分发流程

存储与分发并行处理：

（1）根据各列检所查询到其所需检测站的数据。

（2）将根据车辆信息，通过目录索引，得到各车辆数据包文件，压缩打包。

（3）通过TCP或者WebService方式将数据包分发给列检所。

（4）列检所对数据进行解包，压入列检本地数据库。

3.6 数据展示流程

（1）各列检所得到分发数据后，由后台发起向前推送指令。

（2）前台页面采用5 s轮循处理或者采用单线程长连接，得到指令。

（3）调用后台的数据，展示在前台的页面中。

4 系统数据构架设计

以车号为唯一标识，依据地理位置、故障类型、组织机构等标准，对车辆的5T信息进行融合，系统数据架构的层级依次是列车信息、车辆信息、部件信息，如图1所示。

图1 系统数据构架图

5 系统信息融合的核心技术

5.1 采集和解析

5T信息融合最核心、最困难的问题就是要解决5T数据的采集和解析，为了保证5T信息融合效率，满足列检作业的实时性要求，系统根据5T系统的不同特点，利用最新的网页抓取技术和数据包解析算法来解决数据采集和解析的问题。

5.2 关联标识的选取

系统以车号为唯一关联标识，融合同一辆车在不同时间内的5T信息，为每一辆车建立一个5T信息融合全局视图，为故障车辆5T融合信息关联综合分析奠定必要基础。

5.3 故障车辆信息关联的综合分析

车辆部件的各类故障是相互影响、相互关联的，在对故障原因的判别中需要综合分析。系统利用经验模式，建立故障车辆5T信息关联分析数学模型，进行关联故障的智能分析，快速进行故障判断。

6 结束语

系统通过在列检所安装试运行，经列检作业的实践检验，满足列检作业对5T信息融合的应用需求，提高了故障车辆检测效率和故障分析水平。

[1]刘瑞扬. 建设地对车综合安全监控网络信息系统[J]. 铁路计算机应用，2005，14 （4）：18- 20 .

[2]刘瑞扬，王毓民. 铁路货车运行状态地面安全监测系统（TPDS）原理及应用[M] . 北京：中国铁道出版社，2005.

[3]刘瑞扬，王毓民. 铁路货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统（TADS）原理及应用[M]. 北京：中国铁道出版社，2005.

[4]陈伯施，刘瑞扬. 地对车安全监控体系5T系统信息整合与应用[M]. 北京：中国铁道出版社， 2006.

[5]陈 雷，赵长波.铁路货车信息化应用技术概论[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[6]李百泉，刘瑞扬，张 军. 货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统[J].中国铁路， 2006 （9）：35- 38.

[7]刘瑞扬.铁路货车运行故障动态图像监测系统（TFDS）原理及应用[J].中国铁路， 2005（5）：26-27.

[8]中华人民共和国铁道部.车辆轴温智能探测系统（THDS）设备检修维护管理规程[S]. 北京：中国铁道出版社，2009.

责任编辑 方 圆

Information fusion technology for 5T System of train in Datong-Qinhuangdao Line

YAN Jian, YUE Jianhai, YANG He
( School of Mechanical and Electronic Control Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China )

5T System(Trace Hotbox Detection System, Truck Performance Detection System, Trackside Acoustic Detection System, Trouble of moving Freight car Detection System, Train Coach Detection System) was the important means to guarantee the safe operation of the vehicle under the new situation of mixed passenger and freight transportation, speeding-up, overloaded. The System was used advanced motion detection technology, information processing technology and network technology to achieve real-time vehicle dynamic monitoring of running status. However, various types of failure of vehicle components were interacting and interrelated, in practical applications, there was a strong demand for information sharing, centralized monitoring and comprehensive analysis. Based on the actual research of Datong-Qinhuangdao Line, a set of building method of 5T information fusion was proposed.

vehicle; security monitoring; 5T system; information fusion

U266.2∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0052-03

2014-05-07

铁道部科技研究开发计划（2012J006-G）。

闫 剑，在读硕士研究生；岳建海，副教授。