一种轨旁轴温及电机温度检测方法及系统与流程

1.本发明涉及列车安全监测技术领域，具体涉及一种轨旁轴温及电机温度检测方法及系统。


背景技术：

2.随着轨道交通跨越式发展，地铁列车面临的运行的外部环境变得复杂和多样化，同时地铁车辆保有量与技术含量的不断提高，地铁车辆的维护工作量日益增大。车辆运维保障工作除了需要满足“安全性、可用性、可靠性”等要求外，还需兼顾经济性和支持性指标，对运维的效率、质量和技术提出了更高要求。随着既有列车运用年限增长，列车各动力部件故障频发，而车辆的维保仍然采用计划性检修等传统方式，侧重对车辆的日常检查与维护。这种以人工检查为主的计划性检查方式存在明显的缺点和安全隐患。人工检查容易出现漏检和错检，严重威胁地铁列车行车安全。因此，急需一种可以在不影响正常行车的情况下实时监测轴承、齿轮箱、电机温度状态并故障上报的系统，保障列车行驶安全，因此迅速推广具有智能化、标准化、数字化、信息化的温度探测系统，整体提高温度探测系统的技术水平，成为历史和技术发展的必然。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：传统轨旁轴温及电机温度检测以人工检查为主，存在明显的缺点和安全隐患，容易出现漏检和错检，严重威胁地铁列车行车安全；本发明目的在于提供一种轨旁轴温及电机温度检测方法及系统，对轴承端盖温度、齿轮箱端盖温度及电机温度进行实时监测，实现被监测部件的自动实时温度监测和故障诊断；极大地减少了检修人员投入，并提高了检修效率和检测准确率，对于保障地铁列车行车安全和提高运营经济效益具有重要的意义。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.本方案提供一种轨旁轴温及电机温度检测方法，包括：
6.采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；
7.对温度检测基础数据进行预处理；
8.将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。
9.本方案工作原理：传统轨旁轴温及电机温度检测以人工检查为主，存在明显的缺点和安全隐患，容易出现漏检和错检，严重威胁地铁列车行车安全；本发明目的在于提供一种轨旁轴温及电机温度检测方法，对轴承端盖温度、齿轮箱端盖温度及电机温度进行实时监测，实现被监测部件的自动实时温度监测和故障诊断；极大地减少了检修人员投入，并提高了检修效率和检测准确率，对于保障地铁列车行车安全和提高运营经济效益具有重要的意义。同时在进行温度检测的过程中实时监测车辆经过时周围环境温度，通过温度监测模
型为实际列车各部件温度值提供参考温度，使得最终温度分析结果更加准确可靠，降低系统误报、漏报可能性。
10.进一步优化方案为，还包括对温度监测模型输出的实时轨旁轴温及电机温度进行故障判断和分级预警。
11.进一步优化方案为，温度检测基础数据的采集方法包括：
12.获取来车信号；
13.以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；在列车信息匹配情形下开始采集环境温度数据和列车底部设备温度数据。
14.进一步优化方案为，所述预处理包括过程：
15.将环境温度数据与列车底部设备温度数据进行同步对齐，使同一时刻的环境温度数据与列车底部设备温度数据相互对应。
16.进一步优化方案为，所述来车信号的获取方法包括：
17.以列车的每个来车磁钢或离车磁钢作为触发信号，当在预设时间内触发信号的生成次数超过阈值时，生成来车信号。
18.本方案还提供一种轨旁轴温及电机温度检测系统，用于实现上述方案所述的轨旁轴温及电机温度检测方法，包括：
19.采集模块，用于采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；
20.预处理模块，用于对温度检测基础数据进行预处理；
21.实时检测模块，用于将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。
22.进一步优化方案为，所述采集模块包括轨旁设备和室内设备；
23.所述轨旁设备包括：环境温度监测设备、列车信息监测设备和列车部件光子探测设备；所述列车信息监测设备用于采集来车信号，并以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；轨边设备包括轴温光子探头和车底部件光子探头，以及车轮传感器、防护箱、磁钢、卡轨器、车号检测、环温箱等设备。
24.在列车信息匹配情形下触发环境温度监测设备开始采集环境温度数据，触发列车部件光子探测设备开始采集列车轴箱、车轮、电机和齿轮箱的温度；
25.所述室内设备包括轨边控制箱和探测主机；轨边控制箱用于接收轨边设备采集的数据并实时发送给探测主机；
26.所述探测主机用于基于温度检测基础数据获得实时轨旁轴温及电机温度。
27.进一步优化方案为，所述列车信息监测设备包括有源磁钢传感器和来车信号生成器，
28.当列车往来时，车轮压过有源磁钢传感器后产生一次触发信号，当在预设时间内触发信号的生成次数超过阈值时，来车信号生成器生成来车信号。
29.当列车往来时，车轮压过安装在轨道内侧的两个连续磁钢传感器，每个磁钢传感器产生一次触发信号；根据触发信号生成来车信号，该来车信号通过电缆传输到轨边控制箱，轨边控制箱将来车信号发送到室内数据分析处理设备，告知启动来车检测；双来车磁钢传感器检测的方案也有效减少了来车漏检的情况。其中磁钢传感器采用有源磁钢，有源磁
钢可以适用列车速度低于5公里以下信号较弱难以准确检测的低速行车情况，可以避免产生丢车导致的严重漏检问题。当车轮接近有源磁钢时，有源磁钢被触发后输出高电平脉冲信号，无需进行复杂的模数信号转换，可直接输出数字信号，大大简化了设计复杂度，并提高了磁钢传感器应用可靠性。
30.系统获取明确来车信号后，列车信息监测设备进入接车状态，当车轮压过车号触发磁钢传感器时，车号相机触发拍照，并将高清图像上传至车号采集软件进行解析，将得到的车号信息提取出来，完成过车状态信息采集。在地铁车辆实际运行条件下，实时准确地识别出标准过车信息、车辆位置信息、车号信息、图像信息，为车辆管理信息系统提供跟踪信息，满足列车在线安全监测系统中的其他子系统对车号进行识别的要求，使各子系统能够按照车号信息对检测数据进行跟踪、统计、分析。而且在系统工作过程中，不会对地铁车辆和地面安装的各类设备造成干扰，如地铁线路信号系统、无线车载系统、pis系统等，确保列车的正常运行。
31.当列车触发来车磁钢后，根据来车信号并打开车底探头箱保护门，列车经过车底轨边轴温、车底部件光子探头时，能够连续探测列车轴箱温度及车轮、电机、齿轮箱部件的温度，并将温度转化为电路模拟量，经由信号线缆传输到轨边控制箱，轨边控制箱经过ad采样输出温度采样值，最终上传到探测主机，对每趟列车轴承、齿轮箱、电机温度进行监测，并分析处理进行故障诊断和分级报警。
32.本方案使用的多元光子探头除具有普通光子探头适应车速范围大(适应0至360km/h)、非接触探测、可靠性高、故障率低等优点，更突出的是采用多敏感元的红外光子器件及配套电路，一个多元探头的探测目标的范围相当于4至8个普通光子探头，使轨边设备的部件数量、体积大大减小，能够在整体道床上安装。解决了普通单敏感元探头的体积大、部件多，不能安装在空间尺寸较小的整体道床上的技术问题。
33.轨旁设备实行轨边安装，可在列车安全限界范围内安装，不用对列车正常运行进行额外人工干预，当列车经过经过系统检测区域时，系统能够自动完成相关检测功能。
34.基于多元光子探头的车底部件温度探测，除具有普通光子探头优点外，它的探测范围大，能替代数个普通光子探头，可以大大减少了轨边探头设备的部署数量，更加适用于复杂的列车运行环境，另外它的信号调理电路设计高度集成化，简化了系统设计复杂度，提升了系统可靠性；
35.进一步优化方案为，还包括监控中心软件，用于对轨旁轴温及电机温度检测系统进行实时监测、对列车各测温点进行波形显示、过车实时显示、系统自检、车号匹配和温度标定。
36.进一步优化方案为，所述监控中心软件还根据温度故障维修库模型和检修规程输出列车检修计划，在审核批准的情形下完成检修工单下达。
37.探测主机采用高性能工控机作为信息处理平台，高速的数据处理能力和巨大的信息存储能力确保了探测站系统能够实时处理高速运行列车的轴距、车速、车号、轴温、磁头、热靶大门传感器等动态信息，为更准确测温、准确预报、提高热轴兑现率奠定基础。
38.基于图像识别技术的车号检测设备，采用面阵相机配合补光灯可有效采集各种车型侧面高清车号图片，车号检测设备可采用单点触发和连拍模式，相机拍摄角度和补光灯都可单独调节，可以适应更多的列车车底部件温度检测应用场合。
39.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
40.本发明提供的一种轨旁轴温及电机温度检测方法及系统，对轴承端盖温度、齿轮箱端盖温度及电机温度进行实时监测，实现被监测部件的自动实时温度监测和故障诊断；极大地减少了检修人员投入，并提高了检修效率和检测准确率，对于保障地铁列车行车安全和提高运营经济效益具有重要的意义。同时在进行温度检测的过程中实时监测车辆经过时周围环境温度，通过温度监测模型为实际列车各部件温度值提供参考温度，使得最终温度分析结果更加准确可靠，降低系统误报、漏报可能性。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
42.图1为轨旁轴温及电机温度检测方法流程示意图；
43.图2为实施例2轨旁轴温及电机温度检测系统的流程示意图；
44.图3为实施例2轨旁轴温及电机温度检测系统结构示意图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
46.实施例1
47.本实施例提供一种轨旁轴温及电机温度检测方法，如图1所示，包括：
48.采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；
49.对温度检测基础数据进行预处理；
50.将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。
51.还包括对温度监测模型输出的实时轨旁轴温及电机温度进行故障判断和分级预警。
52.温度检测基础数据的采集方法包括：
53.获取来车信号；
54.以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；在列车信息匹配情形下开始采集环境温度数据和列车底部设备温度数据。
55.所述预处理包括过程：
56.将环境温度数据与列车底部设备温度数据进行同步对齐，使同一时刻的环境温度数据与列车底部设备温度数据相互对应。
57.所述来车信号的获取方法包括：
58.以列车的每个来车磁钢或离车磁钢作为触发信号，当在预设时间内触发信号的生
成次数超过阈值时，生成来车信号。
59.实施例2
60.本实施例提供一种轨旁轴温及电机温度检测系统，用于实现上一实施例所述的轨旁轴温及电机温度检测方法，包括：
61.采集模块，用于采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；
62.预处理模块，用于对温度检测基础数据进行预处理；
63.实时检测模块，用于将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。
64.如图3所示，所述采集模块包括轨旁设备(轨边设备)和室内设备(探测站设备)；
65.所述轨旁设备包括：环境温度监测设备、列车信息监测设备和列车部件光子探测设备；所述列车信息监测设备用于采集来车信号，并以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；
66.在列车信息匹配情形下触发环境温度监测设备开始采集环境温度数据，触发列车部件光子探测设备开始采集列车轴箱、车轮、电机和齿轮箱的温度；
67.所述室内设备包括轨边控制箱和探测主机；轨边控制箱用于接收轨边设备采集的数据并实时发送给探测主机；
68.所述探测主机用于基于温度检测基础数据获得实时轨旁轴温及电机温度。
69.所述列车信息监测设备包括有源磁钢传感器和来车信号生成器，
70.当列车往来时，车轮压过有源磁钢传感器后产生一次触发信号，当在预设时间内触发信号的生成次数超过阈值时，来车信号生成器生成来车信号。
71.如图2所示，系统获取来车磁钢触发用于判断列车是否进入检测区，从而使得系统进入过车检测状态。磁钢部署在来车方向最前端，且与其他检测设备保持一定距离，从而确保列车到达检测区域时各个检测设备处于正常接车状态，采用卡轨器将来车磁钢固定在钢轨内侧，同时要求满足列车限界要求。
72.系统进入接车状态后，车号识别设备会被设置为硬触发模式，由车号触发磁钢传感器提供过车时触发信号；车号磁钢和图像采集相机、补光灯按照不同车型的车号位置确定相互位置，确保磁钢触发时，相机拍摄的视场范围能够完整的覆盖车侧车号位置，同时补光灯能够在晚上或其它黑暗的情况下提供光照，使得车号识别设备覆盖更多的应用工况。
73.车号拍照后会自动将图像数据经过光纤收发器传输到距离较远的室内车号工控机。车号工控机配置有车号分析软件，可实时将车号图片分析处理，给出准确的车号信息，并传输到探测站主机，告知系统来车的车型、车号信息。车号工控机采用标准机柜安装，工控机采用高性能x86架构处理器，自带至少有2路千兆以太网口，其中1路用于接收车号相机数据，另外1路与探测主机相连，实现车号数据实时上传。
74.环境温度监测设备为环温箱，环温箱安放在在遮阳通风处，确保获得真实的环境温度，减少环境引起的温度误差。环温箱通常为百叶箱结构，能够有效地通风和防雨。内置pt100铂电阻温度传感器，该传感器具有采集精度高、可靠性高、抗干扰性强、抗震性强等优点。
75.环温箱输出的温度电流信号经过信号电缆传输到室内轨边控制箱，轨边控制箱可
对信号进行零点校正、信号放大、滤波等处理，将处理后信号传递给探测站主机ad采集卡，由ad采集卡将模拟将模拟量转换为转换数字量，最终由探测站主机获取实时监测的环温数据。
76.轨边控制箱主要完成列车过车时各个传感器信号调理以及按照列车过车检测逻辑对轨边设备的工作状态进行控制；轨边控制箱包含了磁头信号处理板、温度信号调理板、内探轴温信号调理板和外探轴温信号调理板四个调理电路板，其中磁头信号处理板可将车轮触发脉冲信号转换为探测站主机ad采样卡输入脉冲信号，其它温度调理板可将温度模拟量转换为数字量；还包含了大门电机及热靶控制板和调制电机控制板，分别控制多元探头箱保护门开闭和直流电机正反转控制；
77.探测主机完成来车信号接收、温度标定、温度计算、热轴预报、系统自检状态展示数据分析、系统配置、远程通信等功能；探测站主机由工控机、ad采集卡、数字io卡组成，实现轨边设备控制、数据采集、数据处理和数据通信等功能；高速的数据处理能力和巨大的信息存储能力确保了探测站主机能够实时处理高速运行列车的轴距、车速、车号、轴温、磁头、热靶大门传感器等动态信息，为更准确测温、准确预报、提高热轴兑现率奠定基础。
78.根据来车信号轨边设备控制箱能够采集光子探头的输出信号及其它传感器的信号，并传送到探测站数据分析设备。
79.根据采集到的信号结合车型对输出波形进行智能识别和处理，计算部件温度，识别高温故障部件，进行热故障智能判断。
80.还包括监控中心软件，用于对轨旁轴温及电机温度检测系统进行实时监测、对列车各测温点进行波形显示、过车实时显示、系统自检、车号匹配和温度标定。监控中心软件采用微服务分布式架构，可在列车车辆段的监控中心电脑上通过web方式登录和访问；该软件结合车型对输出波形进行智能识别和处理，计算部件温度，识别高温故障部件，进行热故障智能判断。
81.监控中心软件的系统管理功能包括设备监测状态、用户管理、参数设置等内容，设备监测状态页面显示、探测站、轨边设备等硬件设备及各个软件模块的运行状态；用户管理页面可让系统管理员在该模块管理所有的用户，包括用户的增加、修改功能；参数设置页面可让管理员在此设置各个监测部件的告警阈值。
82.监控中心软件系统汇总展示每天内列车过检与未过检情况，对系统综合运行情况、列车各子部件温度运行状态进行展示，对温度实时报警和历史报警数据进行分类查询、统计和展示，全面反映系统检测情况和设备运行状态。
83.监控中心软件还根据温度故障维修库模型和检修规程输出列车检修计划，在审核批准的情形下完成检修工单下达。
84.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轨旁轴温及电机温度检测方法，其特征在于，包括：采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；对温度检测基础数据进行预处理；将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。2.根据权利要求1所述的一种轨旁轴温及电机温度检测方法，其特征在于，还包括对温度监测模型输出的实时轨旁轴温及电机温度进行故障判断和分级预警。3.根据权利要求1所述的一种轨旁轴温及电机温度检测方法，其特征在于，温度检测基础数据的采集方法包括：获取来车信号；以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；在列车信息匹配情形下开始采集环境温度数据和列车底部设备温度数据。4.根据权利要求1所述的一种轨旁轴温及电机温度检测方法，其特征在于，所述预处理包括过程：将环境温度数据与列车底部设备温度数据进行同步对齐，使同一时刻的环境温度数据与列车底部设备温度数据相互对应。5.根据权利要求3所述的一种轨旁轴温及电机温度检测方法，其特征在于，所述来车信号的获取方法包括：以列车的每个来车磁钢或离车磁钢作为触发信号，当在预设时间内触发信号的生成次数超过阈值时，生成来车信号。6.一种轨旁轴温及电机温度检测系统，其特征在于，用于实现权利要求1-5任意一项所述的轨旁轴温及电机温度检测方法，包括：采集模块，用于采集温度检测基础数据，所述基础数据包括：环境温度数据、列车信息数据和列车底部设备温度数据；预处理模块，用于对温度检测基础数据进行预处理；实时检测模块，用于将预处理后的温度检测基础数据输入温度监测模型中获得实时轨旁轴温及电机温度。7.根据权利要求6所述的一种轨旁轴温及电机温度检测系统，其特征在于，所述采集模块包括轨旁设备和室内设备；所述轨旁设备包括：环境温度监测设备、列车信息监测设备和列车部件光子探测设备；所述列车信息监测设备用于采集来车信号，并以来车信号作为触发信号开始采集列车信息数据并判断列车信息是否匹配；在列车信息匹配情形下触发环境温度监测设备开始采集环境温度数据，触发列车部件光子探测设备开始采集列车轴箱、车轮、电机和齿轮箱的温度；所述室内设备包括轨边控制箱和探测主机；轨边控制箱用于接收轨边设备采集的数据并实时发送给探测主机；所述探测主机用于基于温度检测基础数据获得实时轨旁轴温及电机温度。8.根据权利要求7所述的一种轨旁轴温及电机温度检测系统，其特征在于，所述列车信息监测设备包括有源磁钢传感器和来车信号生成器，
当列车往来时，车轮压过有源磁钢传感器后产生一次触发信号，当在预设时间内触发信号的生成次数超过阈值时，来车信号生成器生成来车信号。9.根据权利要求6所述的一种轨旁轴温及电机温度检测系统，其特征在于，还包括监控中心软件，用于对轨旁轴温及电机温度检测系统进行实时监测、对列车各测温点进行波形显示、过车实时显示、系统自检、车号匹配和温度标定。10.根据权利要求9所述的一种轨旁轴温及电机温度检测系统，其特征在于，所述监控中心软件还根据温度故障维修库模型和检修规程输出列车检修计划，在审核批准的情形下完成检修工单下达。

技术总结
本发明公开了一种轨旁轴温及电机温度检测方法及系统，对轴承端盖温度、齿轮箱端盖温度及电机温度进行实时监测，实现被监测部件的自动实时温度监测和故障诊断；极大地减少了检修人员投入，并提高了检修效率和检测准确率，对于保障地铁列车行车安全和提高运营经济效益具有重要的意义；同时在进行温度检测的过程中实时监测车辆经过时周围环境温度，通过温度监测模型为实际列车各部件温度值提供参考温度，使得最终温度分析结果更加准确可靠，降低系统误报、漏报可能性。漏报可能性。漏报可能性。


技术研发人员：王志云 张浩博 熊超 李恺 孙学术
受保护的技术使用者：广州运达智能科技有限公司
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/4/28