基于数字孪生技术的铁路智能运维方法及装置与流程

本发明属于改造站信号系统调查，尤其涉及基于数字孪生技术的改造站信号系统现场调查方法及装置。

背景技术：

1、在高速铁路、城际铁路、市域铁路中，信号系统的物理架构比较复杂、运维组织规模庞大、控制制式繁多(例如ctcs-2、ctcs-2+ato、ctcs-3、ctcs-3+ato、iatc、cbtc等制式)，故障发生时难以精准定位，有时同一个问题会在不同的地方发生；例如，“强电弧烧绝缘节”现象，设计上，侧线股道区段及与股道相邻区段扼流变压器中心板之间连接线的断点应设置在侧线股道常用接车方向，这样可大概率降低“强电弧”对钢轨和轨道电路的影响；在车站建设(含改建、扩建、整体搬迁车站)完毕运营后，有时在不同的部位，极为类似“强电弧烧绝缘节”现象仍出现。为解决这个问题，需要经验丰富的信号设计专家，会同建设单位、运营单位、工务、电务器材生产厂家等单位去现场蹲点，趁着夜间高铁不运营的“天窗点”(按计划排班“垂停”，即一定里程范围内“垂直天窗”全部停电)或者由“异物飘落于铁路限界中、外部灾害”引起的抢修范围内的上道检查，信号设计专家，会同建设单位、运营单位、工务、电务器材生产厂家看出现故障部位、替换下来的钢轨绝缘，对设计方案、施工方案、施工日志、材料质量进行分析，并用轨道电路诊断设备仪器测量轨道电路技术参数，综合分析“强电弧烧绝缘节”现场产生的原因，并现场给出可选的解决方案。

2、因此，为节省人力、物力成本，缩短了从发现故障到故障检修完成的时间，有必要研究一种应对信号系统复杂故障的智能运维系统及装置。

技术实现思路

1、本发明的方法是通过对车载vobc接口数据采集列车状态位置信息、地面列车信号及传感器信息录入智能运维系统并云端存储，同时将全生命周期监控该设备的制造商、历史数据、设计资料信息也一并纳入数字孪生链接中，经智能运维系统进行“数字孪生虚拟化”，建立智能运维系统模型；故障发生后，用户能通过数字孪生用户界面从智能运维系统模型中调用故障点的具体位置信息和故障解决方案；待本次故障解决后，再次将本次故障解决的方案及发生故障的位置存储与数字孪生系统中，实现超前预警，对可能发生的故障点“预测性”维修和保养；智能运维系统各层级数据间传输通道主要基于有线光纤、北斗短报文、4g-lte、5g-r传输等方式，采用如socket、rtsp、sftp、mq等通信协议实现数据信息共享。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、基于数字孪生技术的铁路智能运维方法，包括如下步骤：

4、在铁路运营线路上设置若干物理监测机构，采集相关监测数据；并收集铁路运营线路相关信息；

5、基于获取的数据和信息对模型，建立三维可视化数字孪生系统模型；

6、利用三维可视化数字孪生系统模型对运维故障进行处理，处理时，应用hadoopetl工具对结构化、半结构化的数据处理，用流式计算etl工具进行实时数据处理；待本次故障解决后，再次将本次故障解决的方案及发生故障的位置存储与三维可视化数字孪生系统模型中；

7、对运维故障处理后的结果进行可视化处理，获得可视化结果。

8、进一步的，当所述运维故障为强电弧烧绝缘节时，通过三维可视化数字孪生系统模型获取位置信息为(hsinβ,h)，并获取轨道电路能量波动异常位置信息t(x,y)，则：

9、t(x,y)与(h/tanβ,r)比对，如一致，则提供故障点精确位置s(x,y)；

10、t(x,y)与(h/tanβ,r)不一致，但是n＝m，则系统未误报，提供故障点精确位置s(x,y)；

11、t(x,y)与(h/tanβ,r)不一致，但是n≠m，则需要人工介入，通过查看红外测温仪器传回的影像数据有没有明显电弧，看是否是系统误报，如是系统误报则忽略，如不是，则确定故障点精确位置(h/tanβ,r)；

12、其中，红外测温仪器测到的超过阈值的报警位置信息l，β为测温仪距离地面的仰角，h为测温仪距离热量集中处的垂直距离；r为车站中心的水平坐标值；n为下行咽喉信号机监测实用芯线的光纤传感器的编号；m为上行咽喉信号机监测实用芯线的光纤传感器的编号。

13、进一步的，在铁路运营线路上设置若干物理监测机构的方法为：

14、区间信号机械室外沿线路每个信号机xb1/xb2盒子中布置监测实用芯线的光纤传感器；车站内立以站中心为起点，每隔3000mm立一个高度值为7000mm的柱子，直至进站信号机处或站界标，车站中心的水平坐标值为r，柱子顶部布置红外成像仪；信号机械室内布置智能机器人、北斗卫星导航系统的差分站服务器。

15、进一步的，所述光纤传感器的布置位置为：车载设备的车-地通信单元与无线通信模块之间、列车控制接口与车辆主体的制动模块之间、列车控制接口与车辆主体的牵引模块之间、列车控制与车辆主体的车门接口之间、轨道电路读取器与轨道电路接收天线之间、测速测距处理器与测速测距单元之间、驾驶台ato启动按钮和ato单元间之间、驾驶台dmi和atp单元间之间。

16、进一步的，铁路运营线路相关信息包括信号设备的制造商信息及历史维护数据、建设单位竣工资料、北斗卫星及gis电子地图获取的信息、电务机械室智能机器人获取信息。

17、进一步的，建设单位竣工资料包括信号设备平面布置图、双线轨道及电缆径路图、室内信号设备布置图、联锁表、室内联锁竣工图纸；

18、所述北斗卫星实时监测信号机、道岔、轨道电路地理位置、运行状态信息；gis电子地图获取信号机、道岔、轨道电路地理位置信息；

19、电务机械室智能机器人记录室内组合架、轨道柜、移频柜、综合柜等信号设备机柜中设备的位置、状态信息并扫描为电子影像，且记录智能机器人定期巡检影像资料。

20、进一步的，对运维故障处理后的结果进行可视化处理，获得可视化结果的方法为：

21、运用虚拟现实技术，将数字孪生技术的成果进行了可视化，经由app和人工智能接口数字大屏展示。

22、基于数字孪生技术的铁路智能运维装置，包括：

23、信息收集模块，用于在铁路运营线路上设置若干物理监测机构，采集相关监测数据；并收集铁路运营线路相关信息；

24、三维可视化数字孪生系统模型建立模块，用于基于获取的数据和信息对模型，建立三维可视化数字孪生系统模型；

25、运维故障处理模块，用于利用三维可视化数字孪生系统模型对运维故障进行处理，处理时，应用hadoopetl工具对结构化、半结构化的数据处理，用流式计算etl工具进行实时数据处理；待本次故障解决后，再次将本次故障解决的方案及发生故障的位置存储与三维可视化数字孪生系统模型中；

26、可视化结果获取模块，用于对运维故障处理后的结果进行可视化处理，获得可视化结果。。

27、一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的基于数字孪生技术的铁路智能运维方法。

28、一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于数字孪生技术的铁路智能运维方法。

29、本发明的优点和积极效果是：

30、本发明能实现对信号系统复杂故障的精确定位、并给出故障点排除方案，预测性维修，提供人机交互平台，缩短了从发现故障到故障检修完成的时间。