一种铁路货物运输状态预警方法及系统与流程

本发明涉及铁路运输，具体涉及一种铁路货物运输状态预警方法及系统。

背景技术：

1、铁路货物运输状态预警是指在铁路货物运输过程中，通过先进的监测技术和数据分析手段，实时跟踪和评估货物的运输状态。一旦检测到异常情况，如货物延误、温度变化、震动异常等，系统会立即发出预警通知，提示相关人员采取相应的措施。但是，在现代铁路货物运输系统中，传统的货物监控和管理方法通常依赖于定期检查和手动记录，缺乏对货物状态的实时监控和快速响应能力。这导致在运输过程中难以及时发现和处理货物异常状态、运输延误和潜在风险，无法有效优化列车行驶速度和停靠位置，增加了运输的复杂性和不确定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铁路货物运输状态预警方法及系统，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁路货物运输状态预警方法，包括以下步骤：

3、s1：在货物上安装若干传感器，用于实时监测，获取货物的实时状态数据，对实时状态数据进行加密，将加密后的数据通过无线传输网络实时传送到控制中心和机车司机的设备上；

4、s2：控制中心的计算系统对传输来的数据进行实时分析，根据列车运行计划和当前货物状态，计算出最佳的行驶速度和停靠位置；

5、s3：根据分析结果生成相应的信号指令，通过信号灯、标志和通信设备发送给机车司机，对信号传输和执行中的异常情况和列车响应指令的准确性进行综合分析，评估信号指令传输的实时性；

6、s4：根据评估结果将信号指令传输的实时性进行等级划分，将信号指令传输的实时性划分为高实时性传输，中实时性传输和低实时性传输，并对低实时性传输指令进行自动纠正；

7、s5：当信号指令的传输过程为中实时性传输时，对中实时性传输过程出现信号指令传输故障的风险性进行预测预警，并根据预测结果调整信号指令传输路径，以提高货物状态信息传输的准确性。

8、在一个优选的实施方式中，s2中，通过感器实时获取列车的当前位置x(t)和时间t，则列车的实时速度v(t)的计算表达式为：v(t)=；

9、为了避免列车之间的碰撞，计算列车的安全距离dsafe，获取列车的最大制动距离为dbrake，并设置安全裕量δd：dsafe=dbrake+δd；根据当前货物状态和列车的运行计划，计算出最佳行驶速度vopt(t)，获取实时的列车的目标速度为vtarget且当前速度为v(t)，根据货物状态限速信息vlimitv和列车的加速度能力a计算出最佳行驶速度vopt(t)，具体的计算表达式为：其中，δt是时间间隔；

10、列车位置xstop停靠时，根据当前列车的位置x(t)、速度v(t)和制动加速度abrake，计算出最佳的制动时间tbrake和位置xbrake，计算表达式为：tbrake=；列车在xbrake开始制动，以确保在xstop停靠；

11、根据计算结果，生成相应的信号指令s(t)，包括行驶速度和停靠位置：s(t)={vopt(t),xbrake}。

12、在一个优选的实施方式中，对信号传输和执行中的异常情况进行分析生成冗余路径切换异常指数，则冗余路径切换异常指数的获取方法为：

13、建立系统的状态集合s={s0,s1,s2,…,st,…,sn}，t=1、2、...、n，n为大于0的正整数；以及建立系统采取的动作集合a={a0,a1,…,at,…,am}，t=1、2、...、m，m为大于0的正整数；计算转移概率 p(s'∣s,a)，即在状态s下采取动作a转移到状态s'的概率，p(s'|s, a) =pr(st+1=s'∣st=s,at=a)；以及计算奖励函数r(s,a)，即在状态s下采取动作a的即时奖励；

14、获取状态s的值函数v(s)，即在状态s下开始的长期期望奖励，v(s)=[r(s,a)+γ]；其中，γ是折扣因子，为最大化的动作a，为后续状态s'的值函数，表示在状态s'下的长期期望奖励；计算冗余路径切换异常指数，具体的计算表达式为：p；式中，为冗余路径切换异常指数，表示切换后的正常状态。

15、在一个优选的实施方式中，对信号传输和执行中的异常情况进行分析生成冗余路径切换异常指数，则冗余路径切换异常指数的获取方法为：

16、收集列车响应指令的时间序列数据，表示列车对指令的响应效率，将时间序列数据；为每个数据点定义权重，权重序列为，且=1，计算每个时间点的加权移动平均值，将加权移动平均值标记为wmat，具体的计算表达式为：wmat=；为第个数据点的权重，为时间点的响应频率，n为窗口大小，表示用于计算移动平均的时间点数量；

17、计算实际响应数据与加权移动平均值之间的差异，即计算响应效率波动指数，具体的计算表达式为：；式中，为响应效率波动指数，为时间点t的实际响应频率。

18、在一个优选的实施方式中，将冗余路径切换异常指数以及响应效率波动指数进行归一化处理，通过归一化处理后的冗余路径切换异常指数以及响应效率波动指数计算信号指令传输的实时性系数。

19、在一个优选的实施方式中，根据评估结果将信号指令传输的实时性进行等级划分，具体为：

20、将获取到的信号指令传输的实时性系数与梯度标准阈值进行比较，梯度标准阈值包括第一标准阈值和第二标准阈值，且第一标准阈值小于第二标准阈值，将信号指令传输的实时性系数分别与第一标准阈值和第二标准阈值进行对比；

21、若信号指令传输的实时性系数大于第二标准阈值，将信号指令传输的实时性划分为高实时性传输；

22、若信号指令传输的实时性系数大于等于第一标准阈值且小于等于第二标准阈值，将信号指令传输的实时性划分为中实时性传输；

23、若信号指令传输的实时性系数小于第一标准阈值，将信号指令传输的实时性划分为低实时性传输，并对低实时性传输指令进行自动纠正。

24、在一个优选的实施方式中，s5中，当信号指令的传输过程为中实时性传输时，即在固定时间段内生成的信号指令传输的实时性系数大于等于第一标准阈值且小于等于第二标准阈值，将后续固定时间段内生成的信号指令传输的实时性系数进行收集，并建立相应的数据集合d，d=；其中，、、...、为固定时间段内的时间点，n为大于0的正整数；

25、提取固定时间段内的实时性系数的特征，特征向量x包含提取的特征：x={x1,x2,…,xm}；

26、使用历史数据训练机器学习模型，输入特征向量x，输出预测的风险概率prisk；

27、对新的数据集合进行特征提取，输入训练好的模型，预测中实时性传输过程出现信号指令传输故障的风险概率prisk；

28、预测公式为：prisk=f(x)；其中，f是训练好的风险性预测模型；

29、根据预测的风险概率prisk进行决策。

30、在一个优选的实施方式中，s6中，将获取到的风险概率与风险概率参考阈值进行比较，若风险概率大于等于风险概率参考阈值，此时生成预警信号，则调整信号指令传输路径；若风险概率小于风险概率参考阈值，此时不生成预警信号，无需进行调整。

31、本发明还提供了一种铁路货物运输状态预警系统，包括数据获取模块、数据处理模块、实时性评估模块，实时性划分模块以及路径调整模块；

32、数据获取模块：在货物上安装若干传感器，用于实时监测，获取列车和货物的实时状态数据，对实时状态数据进行加密，将加密后的数据通过无线传输网络实时传送到控制中心和机车司机的设备上；

33、数据处理模块：控制中心的计算系统对传输来的数据进行实时分析，根据列车运行计划和当前货物状态，计算出最佳的行驶速度和停靠位置；

34、实时性评估模块：根据分析结果生成相应的信号指令，通过信号灯、标志和通信设备发送给机车司机，对信号传输和执行中的异常情况和列车响应指令的准确性进行综合分析，评估信号指令传输的实时性；

35、实时性划分模块：根据评估结果将信号指令传输的实时性进行等级划分，将信号指令传输的实时性划分为高实时性传输，中实时性传输和低实时性传输，并对低实时性传输指令进行自动纠正；

36、路径调整模块：当信号指令的传输过程为中实时性传输时，对中实时性传输过程出现信号指令传输故障的风险性进行预测预警，并根据预测结果调整信号指令传输路径，以提高货物状态信息传输的准确性。

37、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

38、1、本发明通过安装在货物上的传感器能够实时获取货物的状态数据，并通过无线网络将加密后的数据传输到控制中心和机车司机的设备上。控制中心利用实时数据分析，计算出最佳行驶速度和停靠位置，并生成相应的信号指令，确保运输过程中的安全性和高效性。此外，通过评估信号指令传输的实时性，对低实时性指令进行自动纠正，对中实时性传输过程进行风险预测预警，进一步提高了系统的可靠性。

39、2、本发明通过实时监控和数据分析，可以及时发现和处理货物异常状态、运输延误等问题，优化运输计划，减少运输风险，确保货物的安全和运输效率的提升。不仅提高了铁路货物运输系统的响应速度和准确性，还通过智能化管理降低了运营成本，提升了整体运输效益。