地鐵列車車載信號設(shè)備數(shù)據(jù)采集及智能預(yù)警系統(tǒng)

甘覲溪

摘要：中國城市的快速發(fā)展，城市公共交通系統(tǒng)也在逐漸發(fā)生著改變，城軌運輸逐漸成為我國城市市民出行的重要方式。而在城軌列車運行的過程中，其承載信號是保證地鐵車正常運行的重要因素，其為地鐵列車的運行提供對應(yīng)的控制和管理信息。對于當前的地鐵車載信號維護和管理工作，其主要是通過RCM維修方式實現(xiàn)，這一技術(shù)在多個行業(yè)中都有應(yīng)用，且維修安全性較高，維護費用較低，是大部分企業(yè)對設(shè)備維修的主要方式。通過RCM維修模式，其能夠?qū)Φ罔F行業(yè)中的各個模塊進行充分的利用，保證設(shè)備維護的不斷優(yōu)化，從而保障地鐵車載信號的正常運行。

關(guān)鍵詞：地鐵列車車載信號設(shè)備 數(shù)據(jù)采集 智能預(yù)警系統(tǒng)

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展普及，地鐵車輛的性能、安全等問題受到軌道交通管理部門越來越多的重視。為了實現(xiàn)對故障和事故進行科學分析和取證，需要一個完整的、實時的列車行車事件記錄。地鐵列車信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（俗稱“黑匣子”）正是為解決上述問題而被廣泛采用的。目前，數(shù)據(jù)記錄儀主要為瑞士SecheronHaslerGroup公司的TELOC系列產(chǎn)品和德國DEUTAW-erkeGmhH公司的REDBOX系列產(chǎn)品。德國DEVAT公司設(shè)計的KWR6事件記錄儀，是基于新車輛的開發(fā)，采用列車網(wǎng)絡(luò)控制原理對車輛的各個信號進行采集，在硬件和軟件的開發(fā)上成本很大，弊端在于不適用于已有車輛的改造。我國內(nèi)燃、電力機車，動車組及高鐵上已普遍應(yīng)用數(shù)據(jù)記錄儀，但城市軌道交通車輛上安裝數(shù)據(jù)記錄儀是直到20世紀90年代才提出的新概念。為了滿足日常的維護工作需求，更好的還原設(shè)備在事故中的運行狀態(tài)，急需對車載信號數(shù)據(jù)采集及智能預(yù)警系統(tǒng)進行自主設(shè)計和研發(fā)。

1主要功能

1）列車ATP和ATO數(shù)據(jù)記錄采集傳輸。結(jié)合列控車載設(shè)備的工作原理，在完全不影響列控車載設(shè)備工作的前提下，實現(xiàn)ATP和ATO內(nèi)部數(shù)據(jù)訪問、記錄，并根據(jù)實際使用的需求，將采集到的數(shù)據(jù)，一方面通過傳送給智能數(shù)據(jù)處理模塊;另一方面，通過數(shù)據(jù)存儲模塊，記錄實時采集的數(shù)據(jù)到硬件平臺本身存儲，并且根據(jù)需要，可以將數(shù)據(jù)拷貝到移動存儲設(shè)備進行拷貝保存。2）數(shù)據(jù)處理解析。根據(jù)實時使用車輛base進行數(shù)據(jù)解析，將車輛數(shù)據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)內(nèi)容例如：進路地圖、軌道狀態(tài)、TSR等分類進行本地存儲，并區(qū)別存儲ATO和ATP數(shù)據(jù)，方便維護人員根據(jù)需要查看不同類型數(shù)據(jù)。3）歷史數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。歷史數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計功能主要由系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄模塊和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計模塊實現(xiàn)。數(shù)據(jù)記錄模塊記錄的歷史數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要進行自由的拼接，將需要進行分析的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計模塊中，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的顯示、統(tǒng)計和查詢功能。數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計模塊能夠?qū)?dǎo)入的各參數(shù)歷史狀態(tài)信息以文字或圖表的方式進行顯示，如同上述支持多形式的圖表顯示，對于特定歷史數(shù)據(jù)，能夠通過設(shè)置區(qū)段或時間范圍進行查詢和數(shù)據(jù)導(dǎo)出。4）智能分析預(yù)警。智能分析預(yù)警模塊對歷史故障數(shù)據(jù)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行聚類，能夠根據(jù)評估模型生成相關(guān)參數(shù)的預(yù)警閾值和故障判斷方法，進行實時預(yù)警。

2應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著信息化技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，地鐵信號系統(tǒng)的集成度和自動化程度逐漸提高、功能日益強大，提高了列車運行效率、減輕了運營人員的工作強度。與此同時，由于系統(tǒng)集成度和復(fù)雜度的增加，信號系統(tǒng)的故障也對正常運行造成了更大的影響。如何對信號系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，如何減少故障所產(chǎn)生的影響，是提高信號系統(tǒng)運營維護質(zhì)量的一個重點課題。受制于維護工作的人力資源和技術(shù)手段，目前的日常維護基本上圍繞著設(shè)備的機械故障進行。對于電氣故障，以事后修為主。涉及功能方面的電氣故障發(fā)生后，由于沒有定位故障的可靠手段，一般會采取分散有關(guān)部件進一步定位故障的方式來確定故障部件。對于設(shè)備的電氣性能下降，通常會在發(fā)生2次故障后，才能定位故障部件并進行更換。為減少信號系統(tǒng)故障對運營造成的負面影響，就必須要做到“事前修”，也就是在部件性能下降到一定程度后就進行更換。信號系統(tǒng)的日志信息是判斷其運行狀態(tài)和故障原因的重要手段。各廠商的信號設(shè)備都對此作了大量工作，目前主流信號廠商都已實現(xiàn)日志的在線存儲與報警。維護人員結(jié)合報警信息對故障時段的日志進行分析，可以基本實現(xiàn)故障原因的分析與定位。但是，由于日志的信息太過龐大，以目前維修人員的人力資源而言，僅能實現(xiàn)對出現(xiàn)故障的列車進行日志下載與分析，且人工分析嚴重依賴個人的經(jīng)驗和細致程度。依靠人工對日志進行分析、歸類和推理來實現(xiàn)故障預(yù)警是不可靠的。

3優(yōu)化措施

3.1性能指標的跟蹤與比對

對于信號系統(tǒng)的傳感器，根據(jù)其工作特點可以繪制出變化曲線。通過對單個設(shè)備不同時間的曲線對比、多個同類設(shè)備的曲線對比，可得出其性能變化趨勢。具體處理原理如下：通過對日志信息中的測速報文、ATP處理報文和應(yīng)答器接收報文的綜合處理和分析，可以得出測速電機（OPG）、測速雷達、車載應(yīng)答器傳輸單元（BTM）天線的工作狀態(tài)，根據(jù)它們之間的偏差，可確定傳感器的性能下降幅度并給出預(yù)警。

3.2地鐵車載信號維護優(yōu)化措施

對于地鐵車載信號設(shè)備的維護措施，其可以通過計劃預(yù)修制度和全員生產(chǎn)維修等不同制度進行優(yōu)化改善。如計劃預(yù)修制度，這一制度是地鐵交通中最早的設(shè)備維修制度模式，其對設(shè)備的維護工作起到了非常重要的作用。對于這一制度，其是通過對設(shè)備進行計劃性的管理來保證設(shè)備的正常運行，通過對設(shè)備運行中可能出現(xiàn)的問題進行提前預(yù)想，從而制定對應(yīng)的預(yù)防措施，保證設(shè)備能夠正常運行。對于這一制度的執(zhí)行，其需要對修理周期和修理復(fù)雜系數(shù)進行重點關(guān)注，這兩項系數(shù)是判斷設(shè)備出現(xiàn)故障以及故障位置等的重要內(nèi)容。另外則是全員生產(chǎn)維修制度，這一制度是根據(jù)日本地鐵車載信號設(shè)備維修模式改善而來，其主要內(nèi)容包括對設(shè)備的各項效率進行最高目標確定以及全公司各部門之間的通力配合等。

4結(jié)語

總之，地鐵列車車載信號設(shè)備數(shù)據(jù)采集及智能預(yù)警系統(tǒng)，打破了國外廠商對國內(nèi)地鐵車載信號設(shè)備數(shù)據(jù)記錄儀的壟斷，實現(xiàn)車輛信號數(shù)據(jù)的可視化監(jiān)控，具有信號數(shù)據(jù)的快速查詢及統(tǒng)計分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對超出范圍的參數(shù)進行報警提醒，同時實現(xiàn)一定程序上的自動預(yù)警，為維護人員的維護提供可靠依據(jù)。在上海地鐵3、4號線的實車運行測試中，達到了設(shè)計標準和應(yīng)用標準，在數(shù)據(jù)永久存儲、數(shù)據(jù)在線及離線分析、故障智能預(yù)警等方面實現(xiàn)了良好的應(yīng)用，為城市軌道交通的監(jiān)控和維護提供了有力的支持和保障。

參考文獻：

[1]趙時昱，蔡國強，賈利民，等.基于數(shù)據(jù)融合的軌道交通車載故障智能診斷系統(tǒng)[J].智能系統(tǒng)學報，2008，12（3）：76-79.

（作者單位：蘭州軌道交通有限公司）