用于监视火车的运行状况的系统

摘要

一种用于监视铁路车辆的运行状况的系统(1)，该系统(1)包括车载装置(10)和地面装置(20)，车载装置(10)包含地理位置装置、多个传感器和至少一个成形模块，该至少一个成形模块被用于对所述传感器中的一个或更多传送的原始测量信号进行成形以生成至少一个格式化信号，地面装置(20)包含计算机，该计算机能够对所述至少一个格式化信号进行分析以生成与轨道和/或轨道车辆有关的至少一个标识符，所述标识符使得能够检测损坏并监视损坏的变化，从而对轨道和/或轨道车辆的维护进行优化。计算机是损坏模块，该损坏模块能够根据所述至少一个格式化信号和所监视的损坏类型的模型来计算所述损坏标识符。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视火车的运行状况的系统。

背景技术

对于火车尺寸的制定是以与火车所要运行的状况有关的假设为基础的。例如，针对火车考虑的任务情况、火车将要行驶的铁路轨道的质量、输送的乘客数量、行驶距离、当穿过隧道或者有其他火车经过时的气流冲击影响等将被考虑在内。

这些假设是在火车的运行阶段之前很久所定义的，以使得实际的运行状况能够与这些初始的假设不同。

此外，欧洲人对任务情况进行扩展的期望、轨道的逐渐劣化、新的火车行驶线路的开放、更高的占用率等导致火车的实际运行与最初制定的假设具有很大差异。

这些偏差对于火车的老化具有直接的影响，并且因此对火车的维护和质保期具有直接的影响，这两者均涉及安全和合同义务。

因而有必要建立知识库，以使得能够监视火车或更普遍地一队火车的实际运行状况，从而保证设备的寿命并使得能够可靠地设计新的火车。

H.Tsunashima等人在2011年的CBM(CoalBedMethane，煤层气)会议上的文章“JapaneseRailwayConditionMonitoringOfTracksUsingIn-ServiceVehicle”(使用服役车辆的轨道的日本铁路状况监视)公开了一种用于监视铁路轨道的状况的系统。火车配备有各种传感器，各种传感器例如使得能够根据火车的车体的竖直加速度和横向加速度来对轨道的不规则进行检测(通过使用陀螺仪测量车体的滚转角(rollangle)以区分轨道的不规则和地面的不规则)，或者例如根据在客舱内测量到的噪声以及对频谱峰值的计算来检测铁路起伏。火车还配备有一系统，该系统包括GPS卫星定位装置，该卫星定位装置能够实现在地理地图上的火车的定位算法，从而识别火车的精确位置并由此识别车载传感器检测到的缺陷的精确位置。

文件US8,504,225B2公开了一种对在已知轨道上运行的铁路车辆的组件的剩余寿命进行确定的方法。火车配备有各种传感器，各种传感器使得能够在火车正常运行过程中采集测量值。尤其是，火车配备有卫星定位装置，该卫星定位装置使得能够从地理上标记由车载传感器采集的测量值。这些测量值紧接着被发送到地面上的远程处理单元，远程处理单元能够将随时间推移接收到的测量值聚集并由此对火车的组件的剩余寿命的数值进行更新。

发明内容

本发明旨在提出一种改进的监视系统。

为此，本发明涉及一种用于监视铁路车辆的运行状况的系统，包括车载装置和地面装置，车载装置包含地理位置装置、多个传感器和至少一个成形模块，该至少一个成形模块被用于对一个或更多所述传感器传送的原始测量信号进行成形以生成至少一个格式化信号，地面装置包含计算机，该计算机能够对所述至少一个格式化信号进行分析以生成与轨道和/或轨道车辆有关的至少一个标识符，所述标识符使得能够检测损坏并监视损坏的变化，从而对轨道和/或轨道车辆的维护进行优化，其特征在于，该计算机是损坏模块，该损坏模块能够根据所述至少一个格式化信号和所监视损坏类型的模型来计算所述损坏标识符。

根据本发明的其他有利方面，该方法包括以下特征中的一个或更多个，所述特征可被单独地或根据所有技术上的可能组合进行考虑：

-地面装置包括损坏变化模块，该损坏变化模块能够根据在损坏计算机的输出端处获得的损坏标识符值来计算所述标识符的变化。

-地面装置包括减少模块，该减少模块使用事件矩阵并将所述至少一个格式化信号作为输入，损坏模块使用所述矩阵作为输入。

-监督模块能够在任何时刻将所述损坏模块计算的损坏的值和/或所述损坏变化模块计算损坏变化的值与告警阈值相比较，并且当超过所述告警阈值时，监督模块能够生成告警。

-系统包括数据库，该数据库存储损坏和/或损坏变化，损坏和/或损坏变化较优地基于时间和/或地理位置被标记。

附图说明

通过以下仅作为非限定性示例提供并参照附图进行的描述将更好地理解本发明，其中：

图1为根据本发明的系统的硬件架构的示意图；

图2为图1的系统的车载装置的示意图；以及

图3为图1的系统完成的处理的图示。

具体实施方式

总的来说，根据本发明的监视系统1包括车载装置10和地面装置20，车载装置10收集的数据通过无线电通信基础设施6被传送到地面装置20。

通过已知方式，通信基础设施6包括在车队中的每列火车上的传输模块11，传输模块11能够与基站7建立无线通信，基站7转而被连接到有线网络8。地面装置20同样被连接到网络8。

车载装置10包括地理定位装置和多个测量装置，多个测量装置被耦接到多个传感器上以便得到数个相关物理特性的实时连续的测量值。这些物理特性被地理定位并且被发送到地面装置。

地面装置20使得能够对这些物理特性的测量值进行实时处理，这些物理特性对于用以评估损坏和损坏变化标识符的中长期监视而言并且对于用以检测异常事件的短期监视而言是相关的。

如图2中所示，对于一队火车中的每列火车2而言，车载装置10包括多个传感器12。传感器可以是冗余的。根据传感器与对火车2的特定组件、铁路轨道3或悬链(图中未示出)等的瞬时运行状况进行测量的相关性来选择传感器。该选择能够来自于第一次测试活动，这使得能够从广泛的可能的传感器中挑选一组传感器。

如图2中所示，传感器能够是加速计12.1、轨道光学监视装置12.2、电流测量传感器12.3、加速计12.4、铁路表面成像装置12.5、加速计12.6、轨道间焊件成像装置12.7、摄像机12.8、激光器系统12.9等。

车载装置10包括数个模块14，模块14用于对各个传感器12传送的原始信号进行成形。模块14使得能够通过使用数学函数将数个引入的原始信号进行关联，从而生成格式化信号以作为输出，正如下文中所述，该格式化信号能够被地面装置20的模块直接利用。

例如在图2中，模块14.1使得能够生成与铁路轨道的瞬时状况对应的格式化信号。该信号是根据传感器12.1和12.2传送的原始信号来制作的。

还例如，模块14.2使得能够生成与铁路表面的瞬时状况对应的格式化信号。该信号是根据传感器12.3至12.5传送的原始信号来制作的。

还例如，模块14.3使得能够生成与两段连续轨道之间的焊件的瞬时状况对应的格式化信号。该信号是根据传感器12.6和12.7传送的原始信号来制作的。

还例如，模块14.4使得能够生成与两段连续轨道之间的焊件的瞬时膨胀状况对应的格式化信号。该信号也是根据传感器12.6和12.7传送的原始信号来制作的。

还例如，模块14使得能够生成与悬链的瞬时状况对应的格式化信号。该信号是根据传感器12.8和12.9传送的原始信号来制作的。

这些格式化信号经由无线电通信接口6被发送到地面装置20。

有利地，每个模块14包括缓冲存储器，缓冲存储器使得能够在可配置时间窗口内记录引入的信号。该窗口例如具有数个小时的时长，以使得能够例如在车载/地面通信中断的情况下恢复原始信号的处理。

车载装置10还包括GPS卫星定位模块13，从而能够从地理上标记由各个模块14在每一时刻传送的格式化信号。

如图1中所示，地面装置20例如由中央计算机22组成。

该中央计算机22能够执行各种软件模块24以实现图3中所示的方法。

因此，中央计算机22包括用于实时减少数据流的模块24.1，模块24.1使得能够大幅减少与来自特定火车2的车载装置10的格式化信号对应的数据量。

为此，模块24.1能够基于幅度来解释格式化信号。更具体地，模块24.1使用事件矩阵M，事件矩阵M是具有N列Ci的方阵。例如，矩阵M是64×64矩阵。列Ci对应于特定的格式化信号，列Ci的每个元素mi,j与相应的格式化信号的、具有最大幅度的间隔dj相关联。元素mi,j的值等于与列Ci相关联的、最大幅度位于间隔dj中的格式化信号的事件数量。事件矩阵M使得能够针对每种格式化信号类型对不同形式的格式化信号进行解释。矩阵M将被用于由计算机70对组件进行的中长期监视，计算机70能够计算对所监视的火车产生影响的损坏D。

中央计算机22包括检测针对短期监视的异常事件E的模块24.2。异常事件E被定义为所给的格式化信号超过幅度阈值。操作人员在配置监视系统的过程中通过用户界面预先定义该阈值。有利地，该阈值取决于火车沿轨道相对于预定义原点的位置。通过为沿轨道已知存在故障的位置间隔定义高阈值并且为其他位置定义低阈值，能够检测轨道上出现的新的故障。

中央计算机包括模块24.3，模块24.3根据由火车2的卫星定位模块13传送的瞬时位置P以及要求火车行驶的铁路网络的一组地图来识别当前时刻火车2行驶的轨道。

中央计算机22包括损坏模块24.4，损坏模块24.4能够根据事件矩阵M的当前值以及火车的地理位置和轨道识别信息来计算与可能影响到所监视的组件的机械损坏相关的特性D，事件矩阵M由模块24.1保持更新，火车的地理位置和轨道识别信息由模块24.3保持更新。为此，模块24.4使用所监视的组件的疲劳模型。该模型是基于所监视的损坏的类型从可能模型目录中选择的，所监视的损坏的类型包括穿过隧道造成的损坏、露天横渡等。

中央计算机22包括损坏变化模块24.5，损坏变化模块24.5能够根据模块24.4的输出端处的损坏特性D的多个值来计算损坏D的变化，该损坏D的变化与火车行驶的时间或距离有关或者是针对给定的轨道或轨道情况。

中央计算机22包括人机界面，人机界面使得操作人员能够与系统交互，例如为损坏或损坏变化定义告警阈值，以及为限定异常事件或者初始化事件矩阵M来定义阈值。

中央计算机22包括监督模块26，监督模块26能够在每一时刻将损坏D的值或损坏变化ΔD的值与告警阈值相比较。如果超过该告警阈值，模块26能够生成维护告警。

最后，地面装置包括数据库23以记录：

-由损坏计算模块24.4和变化计算模块计算的各种损坏D：绝对损坏、相对损坏、每条轨道的损坏等等；

-损坏随行驶距离或时间或其他参数的首次以及任何后续变化。这使得能够对恶化速率进行表征，并因而为存在问题的轨道车辆和/或轨道的下一次维护阶段做准备，以及可选地检测恶化的加速度以要求推进维护阶段，从而进行快速干预以确保安全性。

系统计算的标识符的相关性比火车独自行驶的里程更高。

系统使得能够对短期事件(造成应力异常的局部轨道设施缺陷、高速经过另一火车、轨道移动等)和长期事件(轨道和设备的老化)进行分析。

通过使用这些标识符，尤其通过采用与对应于轨道应力标识符的标识符相关的任务情况，能够对火车的寿命和/或维护间隔进行优化。

此外，获得网络的轨道质量的真实数据以维护轨道。

因此，该监视使得能够对一队火车的维护进行优化，并且对轨道上出现的使得乘客舒适度和火车的寿命异常变差的故障进行检测。

此外，建造者能够具有与设备的质保期有关的目标信息。合同质保期因而能够遵循运行条款，运行条款能够受到根据本发明的系统的监视。

当数据库丰富时，有可能随着时间的推移来限定更加现实的运行场景，以用于对未来的产品进行制定。