一种轨道交通的车辆工况在线监测方法

专利名称：一种轨道交通的车辆工况在线监测方法
技术领域：
本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道交通的车辆工况在线监测方法。
背景技术：
随着城市的持续发展和社会的飞速进步，轨道交通步入了全面发展的阶段。而在 轨道交通技术领域中，轨道交通的车辆(或者列车)是一个重要而关键的组成部分，承担着 承载运送旅客的重要任务，每一个车辆运行状况、安全状况直接影响整条轨道线路的正常 运营。同时，车辆的速度越来越快、结构越来越复杂、功能越来越多样、自动化程度越来越 高，对车辆的可靠性、安全性提出了更高的要求。其中，轨道交通的车辆工况在线监测系统 能够采集车辆运行时关键部件的实时运行状况数据，其能预先得知车辆运行时的故障与状 态信息、或者能从运行状况数据中及时诊断车辆故障等等。因此，车辆工况在线监测系统对 提高轨道交通运行的安全性与可靠性有着重要作用。图1所示为现有技术的轨道交通的车辆工况检测系统示意图。如图1所示，对于 不同车型的车辆，其车况检测系统都类似，一般由部件检测子系统级和列车级(或车辆级) 检测系统组成。其中，部件检测子系统级包括如图1中所示的多个子系统，所示子系统检测 信息包括该车辆工况检测系统所应用的各种传感器信息、元器件信息和处理、计算、控制过 程中产生的中间变量信息等，通过子系统的分析处理，如发现不正常，产生故障信息经子系 统评估后储存在子系统内，一般故障信息包括故障点、故障时间、故障严重程度及一些相关 的故障环境数据(包括若干模拟量、数字量和开关量)等。子系统同时将有关信息(包括相 关的环境数据)传送给列车级检测系统，列车级检测系统收集部件子系统信息、部分列车 子系统状态信息及列车状态信息(列车级检测系统的各种传感器信息或列车级控制元器 件的状态信息)等，进行列车级诊断、评估，形成列车级诊断结果，在列车级的储存单元内 储存，并在司机室进行显示。对于车地之间有数据交换功能的车辆，所传递的信息一般是列 车级诊断故障信息；对于车地之间没有数据交换功能的车辆，故障信息不能发送到地面，只 能在车辆上进行存储。该实施例车况检测系统在实际应用中存在以下不足(1)列车级检 测系统收集各个部件子系统的比较详细的本系统的各种信息，如果出现大的故障信息，则 发送给列车控制系统，由列车控制系统进行列车控制或故障表示；(2)如果设有将列车故 障情况传输到地面的功能系统，也仅传送故障信息，地面维护者得到的是故障事件结果的 数据，没有预警功能；(3)列车的子级检测系统级只能处理反映一些相对初级直接或表象 的故障信息，高级较复杂或深层次级的故障信息分析需要在车辆退出运营(即离线)后再 进行深度故障诊断。诊断系统的故障数据及其环境参数或跟踪参数都是以数据库的形式存 在车载设备里，需待列车停止运营后、再下载到维修用故障分析系统中详细分析故障原因， 因此车辆工况检测的效率和智能化受到限制；(4)各个车辆的工况检测系统相对都是独立 的，车辆工况检测系统基本终止于车载，难以统一形成一个有效的、与轨道交通运营密切关 联的体系。
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为能够全程实时检测车辆工况、及时发现和有效解决车辆故障的问题、提高轨道 交通运行的可靠性和安全性，本专利提出了一种新的轨道交通的车辆监测方法。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，为能够及时有效地在线监测并解决车辆的故障、提 高轨道交通运行的可靠性和安全性。为解决以上技术问题，本发明提供一种轨道交通的车辆工况在线监测方法，其包 括以下步骤(1)车辆关键设备的状态数据采集；(2)状态数据同构化处理并统一编码发送；(3)状态数据初级评级处理、并进行初级信息分析处理；(4)状态数据车地无线通信传输；(5)状态数据次级评级处理、并进行区域级信息分析处理；(6)状态数据终级评级处理、并进行中心级信息分析处理。所述步骤(1)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的车辆工况数据采集模 块完成，所述步骤(2)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的复合传感器完成，所述 步骤(3)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的车载故障信息预处理器完成，所述步 骤(4)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的车地无线通信传输系统完成，所述步骤 (5)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的区域信息处理器完成，所述步骤(6)通过 轨道交通的车辆工况在线监测系统中的地面中心信息处理器完成。较佳地，在所述步骤(1)和步骤(2)之间还包括步骤(2a)状态数据的过滤或者修复处理。根据本发明所提供的车辆工况在线监测方法，其中，所述步骤(3)包括以下步骤(3a)判断状态数据是否大于第一阈值、小于或等于第二阈值，如果判断为“是”， 则判定为初级故障数据，进步步骤(3b)；如果判断为“否”，则判定为非初级故障数据，步骤 ⑵结束；(3b)根据初级故障数据作初级信息分析；(3c)初级故障信息处理；(3d)司机显示系统接收处理结果，排除初级故障。所述步骤(3c)中，信息处理的结果包括初级故障的类型、初级故障的排除方案。根据本发明所提供的车辆工况在线监测方法，其中，所述步骤(5)包括以下步骤(5a)判断状态数据是否大于第二阈值、小于或等于第三阈值，如果判断为“是”，则 判定为区域级故障数据，进入步骤(5b)；如果判断为“否”，则判定为非区域级故障数据，步 骤(5)结束；(5b)根据区域级故障数据作区域级信息分析；(5c)区域级故障信息处理；(5d)区域信息表示器接收信息处理结果，区域中心排除区域级故障。所述步骤(5c)中，信息处理的结果包括区域级故障的类型、区域级故障的排除方案。
根据本发明所提供的车辆工况在线监测方法，其中，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)判断状态数据是否大于第三阈值、小于或等于第四阈值，如果判断为“是”，则 判定为中心级故障数据，进入步骤(6b)；如果判断为“否”，则进一步判断是否大于第四阈 值，如果进一步判断为“是”，车辆退出运行系统进行维修，步骤(6)结束；(6b)根据中心级故障数据作中心级信息分析；(6c)中心级故障信息处理；(6d)轨道交通工况检测处理评估系统接收处理结果，排除中心级故障。所述步骤(6b)中，运用统计分析、数据挖掘或者数据融合技术，或者运用统计分 析、数据挖掘、数据融合技术的任意组合。所述步骤(6c)中，信息处理的结果包括中心级故障的类型、中心级故障的排除方案。本发明的另一目的之一是，为能够及时有效地在线监测并预警车辆的故障、进一 步提高轨道交通运行的可靠性和安全性，因此，作为较佳实施例，车辆工况在线监测方法还 包括步骤(a)数据库管理系统记录并更新相关数据；(b)判断车辆运行过程中的设备运行状况、并对车辆故障发生情况作出预警；所述步骤(a)、(b)是与所述步骤(3)、(4)、(5)和(6)并行进行。所述步骤(b)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的车辆状态智能判决器 完成。本发明的技术效果是，该发明提供的车辆工况监测方法可以应用于包括车辆工况 数据采集模块、复合传感器、车载故障信息预处理器、车地无线通信传输系统、区域信息处 理器以及地面中心信息处理系统的车辆工况监测系统中，其能够将车辆的故障分为初级、 区域级、中心级，状态数据可以通过车地无线通信传输系统发送给的地面，从而，初级故障 对应于车载的车载故障信息预处理器来分析处理，区域级对应地面的区域信息处理器来分 析处理，中心级对应地面的地面中心信息处理系统来分析处理。因此可以实现不同的故障 类型可以在最合适的地方及时有效解决，并实现车辆工况监测的智能化、网络化，最终能提 高轨道交通运行的可靠性和安全性。


图1是现有技术的轨道交通的车辆工况在线监测系统示意图；图2是本发明所提供的轨道交通的车辆工况在线监测系统实施例示意图；图3是车辆数据采集模块的结构实施例示意图；图4是本发明所提供的轨道交通的车辆工况在线监测系统又一实施例示意图。图5是本发明提供的轨道交通的车辆工况在线监测方法流程示意图；图6是提供状态数据初级评级处理、并进行初级信息分析处理的方法流程示意 图；图7是提供状态数据次级评级处理、并进行区域级信息分析处理的方法流程示意 图；图8是提供状态数据终级评级处理、并进行中心级信息分析处理的方法流程示意图；图9是本发明提供的轨道交通的车辆工况在线监测方法又一实施例流程示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步 的详细描述。该发明的基本原理是，通过对车辆关键部件的状态数据进行智能评级处理，将车 辆的故障分为初级(也即通过司机或地面遥控就可以解决的故障)、区域级(也即通过司机 和地面一定区域资源配合可以解决的故障)、中心级(也即通过司机和地面中心更多资源 配合才可以解决的故障)，对应将车辆工况在线监测系统主要分为车载、区域、中心和网络 通信传输系统传输网络四个部分；状态数据可以通过车地无线通信传输系统发送给地面， 从而可以实现不同的故障类型可以在最合适的地方及时有效解决，并实现监测系统的网络 化和在线化。基本过程为，通过对从每个车辆的关键部件上采集的状态数据进行统一数据 处理，然后，在车载级别，通过预处理辨识出可以通过车辆司机操作车载系统就能及时解决 的初级故障(例如可切换到备用设备的切换操作等)并将信息发送给司机信息显示系统提 示司机操作，以便及时解决初级故障；每个车辆通过网络通信传输系统的车地无线通信传 输系统与地面通信连接，从而能够把车辆部件的状态数据传输给地面，以进行高级监测处 理；区域信息处理器处理对信息进行处理，判断该区域(如车站区域)可以处理的车辆故障 并作出处理指示；地面中心信息处理系统地面中心信息处理器对整个工况系统的运行进行 监督，并负责完成整个系统区域中的、以上两个级别难以承担的故障内容的处理。同时，必 要时在中心级设置数据库管理系统和车辆状态智能判决器，根据数据库管理系统所存储的 历史数据以及当前数据、结合进行分析评判，对车辆作出故障预警。图2所示为本发明所提供的轨道交通的车辆工况在线监测系统实施例示意图。该 实施例中，工况监测系统应用于城市轨道交通的日常运营，其目的在于实时监测车辆(或 者列车)的运行状况，并及时指导解决车辆的故障问题，提高轨道交通运行的可靠性和安 全性。参考图2所示，该实施例轨道交通的车辆工况在线监测系统包括车辆数据采集模 块10、复合传感器21、车载工况信息预处理器22、司机信息显示系统23、车地无线通信传输 系统30、地面中心信息处理器51和区域信息处理器421、422。其中，车辆数据采集模块10 位于每个车辆系统上；复合传感器21、车载工况信息预处理器22、司机信息显示系统23位 于每个车载系统上，车载工况信息预处理器22与司机信息显示系统连接；地面中心信息处 理器51和区域信息处理器421、422位于地面系统中；车载系统中的复合传感器21、车载工 况信息预处理器22、司机信息显示系统23等设备同车载网络通信传输系统传输状态数据； 地面系统中的地面中心信息处理器51和区域信息处理器421、422等设备通过地面网络通 信传输系统52传输状态数据和命令。地面网络通信传输系统52、车地无线通信传输系统、 车载网络通信传输系统(图2中未示出)共同组成该工况在线监测系统的网络通信传输系 统。请参阅图2，车辆数据采集模块10用于实时采集车辆运行时的车辆关键部件状态 数据。车辆关键部件是对车辆运行的可靠性相对重要的设备，本领域技术人员可以根据每个车辆的具体情况、选择车辆上不同的部件作为车辆关键部件，通常情况下，以车辆运行过 程中能反应车辆运行工况的相对重要的部件作为车辆关键部件。在该实施例中，车辆关键 部件包括有牵引系统、制动系统、中控系统、辅逆系统、走行系统、列车网络系统、空调系统 和车门系统等，但应该理解到，车辆关键部件并不限于这些。同时应当理解到，一个车辆可 能有两个或者两个以上的车辆数据采集模块10。在该实施例中，车辆数据采集模块10具体 结构实例如图3所示。图3所示为车辆数据采集模块10的结构实例示意图。如图3所示，在该实例中，数 据采集的关键部件包括牵引系统、制动系统、中控系统、辅逆系统、空调系统和车门系统等， 每个关键部件直接对应与一个第一级传感器连接，第一级传感器采集每个关键部件的初始 状态数据，由于关键部件的多样性，导致采集到的数据表现形式的多样性，很可能是异构类 型的。然后，每个初级传感器采集的状态信息传输至复合传感器。可以看到，以上实施例是 分散采集方式，即从各个关键部件的传感器的网络直接采集系统设备运行状况数据。本领 域技术人员还可以理解到，还可以采用集中采集的模式，即从现有的车载诊断网络中“黑匣 子”采集车辆系统关键部件运行状况数据。继续如图2所示，复合传感器21接收车辆工况数据采集模块10传输过来的车辆 运行时的车辆关键部件状态数据，这些状态数据可以缓存于复合器的21的缓存区中，通过 复合传感器21中完成对模式不同的、格式各异、表示有别的异构化的数据进行同构化处 理，同构化后的数据便于进行分析处理，便于复接/分接和传输。然后复合传感器进一步进 行数据编码和传送处理。继续如图2所示，车载工况信息预处理器22接受到复合传感器21发送过来的状 态数据，该状态数据是经过复合传感器21同构化的、编码处理的。状态数据首先存储在车 载工况信息预处理器22中的缓存中，等待进行处理。车载工况信息预处理器22首先对状 态数据进行初级评级处理。由于数据的庞大性与复杂性，如果在车载工况信息预处理器22 中进行详细的数据评级、并进行完整的故障分析处理，那么对车载工况信息预处理器的要 求大大提高、其系统复杂性也将提高，并且，更重要的是，这些处理过程往往需要长时间的 等待，从而会有损车载工况信息预处理器22的信息处理分析的及时性。特别是对于那些能 通过司机操作等迅速解决的故障，是需要车载工况信息预处理器22马上作出判断指示的。 因此在这里，初级评级处理是指将状态数据中进行初级分类，基本上把通过司机操控就能 马上处理的故障的状态数据分类出来。例如电源接触不良、车门未关严实等初级故障。在 某一实例中，可以对状态数据评级为两类，当状态数据大于第一阈值、小于或等于第二阈值 时为初级故障数据；其它则为非初级故障数据。该第一阈值、第二阈值的具体选定，可以根 据不同车辆情况而设定，对于不关键部件的状态数据类型，也可以设定不同的第一阈值、第 二阈值。被评级处理后，初级故障数据被进一步作信息分析、以提取故障信息，在该信息分 析过程中，可以使用包括统计分析等数据处理过程，一般情况下，由于故障相对初级，信息 分析过程也相对简单快速。进一步，根据信息分析结果作出信息处理，例如，发出信息处理 指示给司机信息显示系统23、以便司机快速做出排除故障的相应操作。另外，也可以发出报 警信息的信息处理，报警指示(例如对应故障级别较低的蓝色报警)可以发送给车载故障 预处理器22中所包括的报警器。应当可以理解到，数据的初级评级并不限于本实例中的两 级分类的评级，根据具体情况需要，可以进行两级或者两级以上分类的评级处理。
继续如图2所示，复合传感器21的状态数据经过车载工况信息预处理器22后可 以进一步发送给车地无线通信传输系统30。一般情况，所有复合传感器21所传送过来的 数据都会再通过地无线通信传输系统30传输至地面。在该实施例中，地无线通信传输系统 30包括车载系统中的车载通信适配器31和地面系统的地面通信适配器32，另外还包括车 载收发器和地面收发器(图中未示出)。所述状态数据经过车载工况信息预处理器22发送 至车载通信适配器31，车载通信适配器31可以对状态数据进行为无线通信而实施的进一 步编码处理，同样地面通信适配器32可以对状态数据进行为无线通信而实施的相应解码 处理。其中33为车地无线通信传输信道。通过车地无线通信传输系统30可以将状态数据 及时发送至地面，以便于地面的其它系统进行及时信息分析处理。另外，多个车辆的状态数 据都可以通过车地无线通信传输系统30传输至地面，从而可以实现车辆工况在线监测系 统中的车载网络通信传输系统、地面网络通信传输系统、车地无线通信传输系统的网络一 体化。另外也可以理解到，从地面网络通信传输系统传输过来的一些指示命令等，也可以通 过车地无线通信传输系统30传输至车载网络通信传输系统。继续如图2所示，车地无线通信传输系统30的地面通信适配器32可以通过车载 网络通信传输系统52传输状态数据至区域信息处理器，该状态数据是经过复合传感器21 同构化并编码处理的。区域信息处理器用于分管某一个区域的区域级分析处理，例如，根据 具体情况，该区域可以定义为一个车站，也可以为定义为几个车站。状态数据首先存储在区 域信息处理器的缓存区中，等待数据处理。区域信息处理器首先对状态数据进行次级评级 处理。这里次级评级处理是相对初级评级处理来说的。区域信息处理器将执行相对车载工 况信息预处理器22更高级的信息分析处理，因此，区域信息处理器可以参考车载工况信息 预处理器22的数据初级评级结果进一步进行中级数据评级，将区域信息处理器可以处理 的故障信息所对应的状态数据分类出来。在某一实例中，可以对以上所述的非初级故障数 据进行进一步评级处理，当非初级故障数据大于第二阈值、小于或等于第三阈值时为区域 级故障数据；其它则为非区域级故障数据。该第二阈值、第三阈值的具体选定，可以根据不 同车辆情况而设定，对于不关键部件的状态数据，也可以设定不同的第二阈值、第三阈值。被次级评级处理后，区域级故障数据被进一步作信息分析、以提取故障信息，在该 信息分析过程中，可以使用包括数据挖掘、数据融合等数据处理过程，一般情况下，由于故 障相对为区域级，信息分析过程相对不会太复杂，因此区域级故障也可以得到及时解决。进 一步，根据信息分析结果作出信息处理，例如，发出信息故障排除处理指示(例如包括具体 故障类型、所对应故障的排除预处理方案)给所对应区域中的工作人员(例如车站工作人 员)、以便为故障车辆驶入车站进行故障排除前做好预先准备工作。在这里，区域级故障主 要是指那些初级故障之外的、能在车站等区域中心迅速解决定故障类型，例如，通过更换某 一小型零件可以解决的故障。应当可以理解到，具体的区域级故障可以根据区域中心的不 同的故障排除能力而定义。另外，区域信息处理器也可以发出报警信息的信息处理，报警指 示(例如仅高于蓝色报警的黄色报警)可以发送给区域信息处理器中所包括的、或者车载 中所包括的报警器。应当可以理解到，数据的区域级评级并不限于本实例中的两级分类的 评级，根据具体情况需要，可以进行两级或者两级以上分类的评级处理。在其它实例中，也 可以不参考车载工况信息预处理器的初级评级处理结果。在图2所示实施例中，示意性地给出了两个区域信息处理器，区域信息处理器一
9411和区域信息处理器二 422，应当可以理解，车辆工况在线监测系统可以设置两个或者更 多个区域信息处理器。在该实施例中，车辆工况在线监测系统还包括区域信息表示器，区域 信息表示器一 412、区域信息表示器二 422分别与区域信息处理器一 411和区域信息处理器 二 422连接，用于显示该区域的区域性信息处理器的处理结果。继续如图2所示，车地无线通信传输系统30的地面通信适配器32可以通过地面 网络通信传输系统52传输状态数据至地面中心信息处理器51，该状态数据是经过复合传 感器21同构化并编码处理的数据。地面中心信息处理器51是该车辆工况在线监测系统的 最高级别系统，其可以对整个车辆工况在线监测系统中的所有车辆进行故障分析、故障排 除以及故障预测等等。在该实施例中，地面中心信息处理器51与地面网络通信传输系统52 通信连接。地面网络通信传输系统52接收到地面通信适配器32发送过来的状态数据后， 可以在地面网络通信传输系统52中传输。例如在该实施例中，区域信息处理器也是与地面 网络通信传输系统52通信连接，地面网络通信传输系统52所接收到的状态数据可以发送 至区域信息处理器或者地面中心信息处理器51。状态数据可以首先存储在地面中心信息处 理器51的缓存区中，等待数据处理。地面中心信息处理器51首先对状态数据进行终级评 级处理。在这里，终级评级处理是相对次级评级处理、初级评级处理来说的。所有车载工况 信息预处理器21、区域信息处理器所不能分析排除的故障，将有可能通过在车辆状态监测 智能判决器51中得到分析排除。车辆状态监测智能判决器51将执行比区域信息处理器更 高级的信息分析处理，因此，地面中心信息处理器51可以参考区域信息处理器的数据次级 评级结果，以进一步进行终级数据评级、将地面中心信息处理器51可以处理的故障信息所 对应的数据分类出来。在某一实例中，可以对以上所述的非区域级故障数据进行进一步评 级处理，当非区域级故障数据小于第三阈值时为非中心级故障数据；当非区级故障数据大 于或等于第三阈值时为中心级故障数据。该第三阈值的具体选定，可以根据不同车辆情况 而设定，对于不关键部件的状态数据，也可以设定不同的第三阈值。终级评级处理后，中心级故障数据被进一步作信息分析、以提取故障信息，在该信 息分析过程中，可以使用包括数据分析、数据挖掘、数据融合等数据处理技术，由于故障相 对为中心级，信息分析过程相对复杂，因此信息分析的时间过程可能相对较长。进一步，根 据信息分析结果作出信息处理，该信息处理过程主要为根据信息分析结果判断具体关键 部件的具体故障类型，并给出相应故障类型的排除方案。例如，发出信息故障排除处理预方 案给地面中心的故障检测维修中心的工作人员(例如车站工作人员)、以便为故障车辆的 故障排除工作前做好预先准备。另外，如果对于某些故障类型，车辆状态监测智能判决器51 不能给出故障排除方案，也可以通过工作人员人工给出故障类型的排除方案。在该实施例 中，中心级故障一般为相对较大的、不经常发生的车辆故障，因此处理时间相对较长，但是 在该监测系统中，能充分应用地面中心信息处理器的故障分析处理能力，中心级故障能得 到统一有效地处理。同样应当可以理解到，具体的中心级故障可以根据地面中心信息处理 器51的不同的故障排除能力而定义。地面中心信息处理器51可以发出报警信息的信息处 理，报警指示(例如高于黄色报警的橙色报警)可以发送地面中心信息处理器51中所包括 的报警器。进一步，地面中心信息处理器51的数据终级评级处理中，还可以设定第四阈值对 中心级故障数据进行评级，如果中心级故障数据大于第四阈值，则车辆故障巨大，地面中心信息处理器51也无法进行故障排除，需要直接将车辆退出运行系统进行维修，例如返修车 间。这时，地面中心信息处理器51发出报警信息的信息处理，报警指示(例如最高级的红 色报警)可以发送地面中心信息处理器51中所包括的报警器。当然司机信息显示系统23 也可以接收地面中心信息处理器51、区域信息处理器的分析处理结果，以便于司机操作。另外，地面中心信息处理器51还与外部的轨道交通系统控制中心通信连接，可以 实现车辆工况在线监测系统和轨道交通系统控制中心之间的通信连接，以实现两者之间的 相互协调。在图2所示实施例中，只是示意性地表示出了一个车辆上的车辆工况数据采集模 块、复合传感器、车载工况信息预处理器、司机信息显示系统与地面中心的地面中心信息处 理器的连接关系，实际上，一个轨道交通系统包括多个运行车辆，对于整个轨道交通的车辆 工况在线监测系统，包括每个车辆上的车辆工况数据采集模块、复合传感器、司机信息显示 系统和车载工况信息预处理器，多个车辆上的车辆工况数据采集模块、复合传感器、司机信 息显示系统和车载工况信息预处理器都可以通过车地无线通信传输系统与一个地面中心 信息处理器、若干个区域信息处理器通信连接，多个车辆上的车辆工况数据采集模块、复合 传感器和车载工况信息预处理器与一个地面中心信息处理器、若干个区域信息处理器组合 在一起，形成网络体系的轨道交通车辆工况在线监测系统。图4所示本发明所提供的轨道交通的车辆工况在线监测系统的又一实施例示意 图。结合图2和图4所示，该实施例与图2所示实施例的主要区别在于，该车辆工况在线监 测系统还包括协议转换器53、轨道交通工况检测处理评估系统M、数据库管理系统55。地 面中心信息处理器51和数据库管理系统55均通过协议转换器53与地面网络通信传输系 统52通信连接。在该实施例中，结合数据库管理系统55和车辆状况智能判决器56，可以进 一步增强实现车辆工况在线监测系统的智能化功能，从而提供系统运行的可靠性。继续如图4所示，数据库管理系统55与地面网络通信传输系统52连接，其不仅仅 存储实时的车辆运行的实时数据，同时还存储历史运行的状态数据、所有故障数据。通过数 据库管理系统55，可以将历史每次各种类型故障所对应的所有状态数据归类出来，以便于 车辆状态智能判决器56对运行车辆的状态作出智能化的预判断。例如，如果某一车辆的实 时运行过程中，车辆状态智能判决器56接收到的某一关键部件的状态数据，车辆状态智能 判决器56对该状态数据的变化趋势作实时分析，发现该变化趋势与数据库管理系统55中 该车辆的该关键部件在某一故障发生时的状态数据变化趋势相同或者类似，这时，车辆状 态智能判决器56可以提前判断该车辆将会出现某一故障，从而发出信息命令至车站或者 司机信息显示系统，以提前采取措施、避免故障在车辆运行时发生。因此，该实施例中，在地 面中心信息处理器进行中心级故障分析处理的同时，车辆状态智能判决器56可以分析所 述数据库管理系统55中的数据、智能化地判断车辆运行过程中的设备运行状况、并对车辆 故障发生情况作出预警，有效地提高轨道运行系统的可靠性。在某一实施例中，结合图2所 示实施例所述，车辆状态智能判决器56和数据库管理系统55可以实现以下功能(1)实现 对车辆工况状态信息的后台处理，主要包括信息数据库管理、专家智能库、故障预测模型 与算法、时间序列模型与算法、基于GIS-E(地理信息)的车辆工况信息表示、应急处置预案 库、车辆维护管理业务联动处理等；( 接受集中采集的车辆工况的状态数据，对车辆工况 信息及时处理，并提取故障分析结果判断状态信息所对应的故障类型；(3)根据故障类型和现场处置预方案库，提取预处理方案信息；(4)根据故障类型，对继续紧急的故障，向车 辆发出控制命令。在该实施例中，数据库管理系统55优选以网络为中心的存储区域网络(Storage Area Network, SAN)存储，其具有海量数据存储、传输速度快、数据备份功能较强的特点，适 合于车辆工况在线监测系统的要求。继续如图4所示，由于必要时，与地面网络通信传输系统52连接的还有地铁供电 系统、信号系统(图中未示出)等等。因此，现有的地面网络通信传输系统不单单用来传输 车辆工况在线监测系统的状态数据，还传输其它数据类型。由于不同类型数据传输需的需 要，需要统一不同数据类型的协议、以便于能在地面网络通信传输系统52中传输。因此，在 地面网络通信传输系统52中所使用数据协议与车辆状态智能判决器56、数据库管理系统 55所使用数据协议不同时，需要通过分别在车辆状态智能判决器56、数据库管理系统55和 地面网络通信传输系统52之间设置协议转换器53。协议转换器53主要是用来处理车地无 线通信传输系统传输过来的状态数据的协议形式进行转换并适用于车辆状态智能判决器 56、或者数据库管理系统55，为车辆状态智能判决器56、数据库管理系统55的信息处理提 供方便。 继续请参阅图4，轨道交通工况检测处理评估系统M与地面中心信息处理器51通 信连接，轨道交通工况检测处理评估系统M为中心级故障的集中处理与排除的地方，其可 以接收地面中心信息处理器51的命令指示信息等，以作出相应的故障排除措施。同时地面 中心信息处理器51可以和数据库管理系统55交换数据。需要说明的是，车载网络通信传输系统在传输工况的状态数据时，并不限于以上 实施例中图示的箭头方向，地面网络通信传输系统在传输工况的状态数据时也不限于以上 实施例图示的箭头方向，例如，在其它实施例中，复合传感器发送的状态数据还可以直接发 送至车地无线通信传输系统。应当理解的是，该发明实施例中，根据排除故障的地点对故障类型作了初级(也 即车载级)、区域级、中心级三级分类，以智能地实现及时、有效解决车辆的故障，但是，本领 域技术人员可以根据轨道交通网络复杂程度的需要，对故障类型做进一步细分，例如，区域 级下设不同的子区域级，中心级下设置不同的中心级。这些等同变化的结构形式同样落入 本发明的保护范围。该发明进一步公开该轨道交通的车辆工况在线监测方法。图5所示为本发明提供的轨道交通的车辆工况在线监测方法流程示意图。结合图 2所示轨道交通的车辆工况在线监测系统，如图5所示，该轨道交通的车辆工况在线监测方 法主要包括以下步骤步骤S100，车辆关键部件的状态数据采集。在该步骤中，通过车辆工况数据采集模块实时采集车辆关键部件的状态数据。本 领域技术人员可以根据每个车辆的具体情况、选择车辆上不同的设备或系统作为车辆关键 部件，通常情况下，以车辆运行过程中能反应车辆运行工况的相对重要的设备作为车辆关 键部件。在该实施例中，车辆关键部件包括有牵引系统、制动系统、中控系统、辅逆系统、走 行系统、列车网络系统、空调系统和车门系统等，但应该理解到，车辆关键部件并不限于这 些。由于关键部件的多样性，形成模式不同的、格式各异、表示有别的异构化的数据存在，必
12须进行同构化处理后，才便于进行分析处理，便于复接/分接和传输。采集的状态信息然后 被直接传输至复合传感器21。以上实施例是分散采集方式，即从各个关键部件的传感器的 网络直接采集系统设备运行状况数据。本领域技术人员还可以理解到，还可以采用集中采 集的模式，即从现有的车载诊断网络中“黑匣子”采集车辆系统关键部件运行状况数据。步骤S210，状态数据同构化处理并统一编码发送。在该步骤中，通过复合传感器21中完成对异构数据进行同构化处理，同构化后的 数据具有相同的模式、格式和表示方法，便于进行分析处理，便于复接/分接和传输。然后 复合传感器进一步对同构化的数据进行编码处理，以便于数据传送和以后的数据信息处理。同时应当可以理解到，在步骤SlOO和步骤S210之间还可以包括以下步骤步骤 S201，状态数据的过滤或修复处理。这时由于噪音、车辆工况数据采集模块10传输错误等 偶然因素，很可能造成状态数据的错误，即某些少数的状态数据并不是真正反应了运行状 况(即工况)的数据。因此需要通过复合传感器对原始状态数据进行过滤处理或者修复处 理、以去除不反映工况的状态数据。步骤S220，状态数据初级评级处理、并进行初级信息分析处理。在该步骤中，通过车况监测系统中的车载工况信息预处理器完成，以发现并处理 通过司机操作等简单处理可以迅速排除的故障。在一实例中，如图6所示，提供状态数据初 级评级处理、并进行初级信息分析处理的方法流程示意图，步骤S220包括以下步骤步骤S211，判断状态数据是否大于第一阈值、小于或等于第二阈值。如果判断为 “是”，则进入步骤S2121 ；如果判断为“否”，则进入步骤S2122。该第一阈值、第二阈值的具 体选定，可以根据不同车辆情况而设定，对于不关键部件的状态数据类型，也可以设定不同 的第一阈值、第二阈值。在该实例中，第二阈值大于第一阈值。步骤S2121，判定为初级故障数据。在该实例中，初级故障数据是指通过司机操作 等简单处理可以迅速排除的故障所对应的关键部件的状态数据。步骤S2122中，判定为非初级故障数据。初级故障数据是指不能通过司机操作等 简单处理可以迅速排除的故障所对应的关键部件的状态数据，当然也包括正常的状态数 据。步骤S213，根据初级故障数据作初级信息分析。通过车载工况信息预处理器，可以 对初级故障数据解编码处理后作信息分析，例如，对初级故障数据作统计分析处理等。该分 析过程具有分析简单、速度快的特点，从而能够保证初级故障排除的实时性。步骤S214，初级故障信息处理。根据信息分析结果作出信息处理，例如，发出信息 处理的结果给司机信息显示系统，包括初级故障的类型、初级故障的排除方案等。另外，也 可以发出报警信息的信息处理，报警指示(例如对应故障级别较低的蓝色报警)可以发送 给车载故障预处理器22中所包括的报警器。步骤S215，司机显示系统接收处理结果，排除初级故障。步骤S300，车地无线通信传输状态数据。在该过程中，车载通信适配器31可以对 状态数据进行为无线通信而实施的进一步编码处理，同样地面通信适配器32可以对状态 数据进行为无线通信而实施例的相应解码处理。步骤S400状态数据次级评级处理、并进行区域级信息分析处理。
在该步骤中，通过车况监测系统中的区域信息处理器完成，以发现并处理区域信 息处理器可以处理的故障信息所对应的故障。在一实例中，如图7所示，提供状态数据次级 评级处理、并进行区域级信息分析处理的方法流程示意图，步骤S400包括以下步骤步骤S410，判断状态数据是否大于第二阈值、小于或等于第三阈值。如果判断为 “是”，则进入步骤S421 ；如果判断为“否”，则进入步骤S422。该第二阈值、第三阈值的具体 选定，可以根据不同车辆情况而设定，对于不关键部件的状态数据类型，也可以设定不同的 第二阈值、第三阈值。在该实例中，第三阈值大于第二阈值。步骤S421，判定为区域级故障数据。在该实例中，区域级故障数据是指通过区域信 息处理器可以处理的故障信息所对应的关键部件的状态数据。步骤S422中，判定为非区域级故障数据。区域级故障数据是指通过区域信息处理 器所不能处理的故障信息所对应的关键部件的状态数据，当然也包括正常的状态数据。步骤S430，区域级信息分析。通过区域信息处理器，可以对区域级故障数据解编码 处理后作信息分析，例如，对区域级故障数据作统计分析、数据挖掘、数据融合等。步骤S440，区域级故障信息处理。根据信息分析结果作出信息处理，例如，发出信 息处理指示给区域信息表示器，包括区域级故障的类型、故障排除方法等。另外，也可以发 出报警信息的信息处理，报警指示(例如仅高于蓝色报警的黄色报警)可以发送给区域信 息处理器中所包括的、或者车载中所包括的报警器。步骤S450，区域信息表示器接收信息处理结果，区域中心排除区域级故障。在这 里，区域级故障的排除主要是依靠车站工作人员以及相关特点设备来排除的。步骤S500状态数据终级评级处理、并进行中心级信息分析处理。在该步骤中，通过车况监测系统中的地面中心信息处理器50中的车辆状态智能 判决器56完成，以发现并处理区域信息处理器、车载工况信息预处理器都不能处理的故障 信息所对应的故障。在一实例中，如图8所示，提供状态数据终级评级处理、并进行中心级 信息分析处理的方法流程示意图，步骤S500包括以下步骤步骤S510，判断状态数据是否大于第三阈值、小于或等于第四阈值。如果判断为 “是”，则进入步骤S521 ；如果判断为“否”，则进入步骤S522。该第三阈值、第四阈值的具体 选定，可以根据不同车辆情况而设定，对于不关键部件的状态数据类型，也可以设定不同的 第三阈值、第四阈值。在该实例中，第四阈值大于第三阈值。步骤S521，判定为中心级故障数据。在该实例中，区域级故障数据是指通过地面中 心信息处理器50可以处理的故障信息所对应的关键部件的状态数据。步骤S522，状态数据是否大于第四阈值。如果判断为“是”，代表该状态数据为特 大型的故障所对应的状态数据，该故障是工况监测系统的地面中心信息处理器也不能处理 的故障，因此进入，步骤523，车辆退出运行系统进行维修。步骤S530，中心级信息分析。通过地面中心信息处理器50，可以对中心级故障数 据先解编码处理后作信息分析，例如，对中心级故障数据运用统计分析、数据挖掘或者数据 融合等技术来分析，亦或者运用统计分析、数据挖掘、数据融合技术的任意组合来做分析。步骤S540，中心级故障信息处理。根据信息分析结果作出信息处理，例如，发出信 息处理指示给轨道交通工况检测处理评估系统M (图4中所示)，其包括中心级故障的类 型、故障排除方法等。另外，也可以发出报警信息的信息处理，报警指示(例如高于黄色报警的橙色报警)可以发送给地面中心信息处理器51中、或者发送给车载系统中所包括的报
目命O步骤S550，轨道交通工况检测处理评估系统接收处理结果，排除中心级故障。至此，图5所示实施例的车辆工况监测方法完成。需要理解的是，该方法过程可以 不断地重复进行，从而对每个关键部件的状态数据进行监测。图9所示为本发明提供的轨道交通的车辆工况在线监测方法又一实施例流程示 意图。对比图5和图9所示实施例，该车辆工况在线监测方法还可以智能地对车辆将发生 的故障做出预警，因此该实施例中，还包括步骤S600和步骤S700。步骤S600，数据库管理系统记录并更新相关数据。在该步骤中，地面中心的数据库管理系统可以接收经步骤S210处理后由复合传 感器发送过来的数据，也可以分别接收步骤S220、步骤S400、步骤S500处理后发送过来的 数据。步骤S220处理后的数据由车辆工况信息预处理器经网络通信传输系统发送至数据 库管理系统；步骤S400处理后的数据由区域信息处理器经网络通信传输系统发送至数据 库管理系统；步骤S500处理后的数据由地面中心信息处理器经网络通信传输系统发送至 数据库管理系统。数据库管理系统可以记录实时工况的状态数据、故障数据等相关数据，并 将每次收集或者处理后的数据存储于数据库中成为历史数据，这些历史数据在后面的车辆 状态智能判决器的数据智能处理过程中，将作为数据基础。步骤S700，判断车辆运行过程中的设备运行状况、并对车辆故障发生情况作出预
Sfc目。在该步骤中，通过车辆状态智能判决器完成，车辆状态智能判决器和数据库管理 系统同样位于地面系统的中心。车辆状态智能判决器可以从数据库管理系统调取相关数 据，也或者可以从地面网络通信传输系统中接收状态数据。车辆状态智能判决器具有强大 的数据处理、评估功能并可以运行各种数据处理方法处理实时的工况状态数据。例如，车辆 状态智能判决器接收到的某一关键部件的状态数据，车辆状态智能判决器对该状态数据的 变化趋势作实时分析，发现该变化趋势与数据库管理系统中该车辆的该关键部件在某一故 障发生时的状态数据变化趋势相同或者类似，这时，车辆状态智能判决器可以提前判断该 车辆将会出现某一故障，从而发出信息命令至车站或者司机信息显示系统，以提前采取措 施、避免故障在车辆运行时发生。因此，通过该步骤，可以更好地实现在线监测，并更好地实 现监测系统的协同化、智能化，最终提高轨道交通运行的可靠性和安全性。需要说明的是，以上步骤S600和步骤S700是和步骤S220、步骤S300、步骤S400 和步骤S500并行进行的。需要进一步指出的是，该发明的车辆工况在线监测系统及其方法是基于轨道交通 而提出的，但应该理解到，该车辆工况在线监测系统及其方法可以适当变换用于其它任何 类似轨道交通的系统中。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应 当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
1.一种轨道交通的车辆工况在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤(1)车辆关键设备的状态数据采集；(2)状态数据同构化处理并统一编码发送；(3)状态数据初级评级处理、并进行初级信息分析处理；(4)状态数据车地无线通信传输；(5)状态数据次级评级处理、并进行区域级信息分析处理；(6)状态数据终级评级处理、并进行中心级信息分析处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)通过轨道交通的车辆工况在 线监测系统中的车辆工况数据采集模块完成，所述步骤( 通过轨道交通的车辆工况在线 监测系统中的复合传感器完成，所述步骤C3)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的 车载故障信息预处理器完成，所述步骤(4)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的车 地无线通信传输系统完成，所述步骤(5)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的区域 信息处理器完成，所述步骤(6)通过轨道交通的车辆工况在线监测系统中的地面中心信息 处理器完成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)和步骤( 之间还包括步骤(2a)状态数据的过滤或者修复处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C3)包括以下步骤(3a)判断状态数据是否大于第一阈值、小于或等于第二阈值，如果判断为“是”，则判定 为初级故障数据，进步步骤(3b)；如果判断为“否”，则判定为非初级故障数据，步骤(2)结 束；(3b)根据初级故障数据作初级信息分析；(3c)初级故障信息处理；(3d)司机显示系统接收处理结果，排除初级故障。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(3c)中，信息处理的结果包括初 级故障的类型、初级故障的排除方案。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤( 包括以下步骤(5a)判断状态数据是否大于第二阈值、小于或等于第三阈值，如果判断为“是”，则判 定为区域级故障数据，进入步骤(5b)；如果判断为“否”，则判定为非区域级故障数据，步骤 (5)结束；(5b)根据区域级故障数据作区域级信息分析；(5c)区域级故障信息处理；(5d)区域信息表示器接收信息处理结果，区域中心排除区域级故障。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(5c)中，信息处理的结果包括区 域级故障的类型、区域级故障的排除方案。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)包括以下步骤(6a)判断状态数据是否大于第三阈值、小于或等于第四阈值，如果判断为“是”，则判定 为中心级故障数据，进入步骤(6b)；如果判断为“否”，则进一步判断是否大于第四阈值，如 果进一步判断为“是”，车辆退出运行系统进行维修，步骤(6)结束；(6b)根据中心级故障数据作中心级信息分析； (6c)中心级故障信息处理；(6d)轨道交通工况检测处理评估系统接收处理结果，排除中心级故障。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(6b)中，运用统计分析、数据挖 掘或者数据融合技术，或者运用统计分析、数据挖掘、数据融合技术的任意组合。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(6c)中，信息处理的结果包括 中心级故障的类型、中心级故障的排除方案。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其特征在于还包括以下步骤(a)数据库管理系统记录并更新相关数据；(b)判断车辆运行过程中的设备运行状况、并对车辆故障发生情况作出预警； 所述步骤(a)、(b)是与所述步骤(3)、(4)、(5)和(6)并行进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)通过轨道交通的车辆工况 在线监测系统中的车辆状态智能判决器完成。
全文摘要
本发明提供一种轨道交通的车辆工况在线监测方法，属于轨道交通技术领域。该发明提供的车辆工况监测方法可以将车辆的故障分为初级、区域级、中心级，状态数据可以通过车地无线通信传输系统发送给的地面，从而，初级故障对应于车载的车载故障信息预处理器来分析处理，区域级对应地面的区域信息处理器来分析处理，中心级对应地面的地面中心信息处理系统来分析处理。因此可以实现不同的故障类型可以在最合适的地方及时有效解决，并实现车辆工况在线监测的智能化、网络化，最终能提高轨道交通运行的可靠性和安全性。
文档编号B61C17/00GK102139701SQ201010103938
公开日2011年8月3日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者董德存, 赵时旻 申请人:同济大学