铁路货车智能化的初步设计

2019-01-29王雪军

铁道机车车辆 2018年6期

王雪军

(中车长江车辆有限公司, 武汉 430212 )

信息化、自动化和智能化技术日新月异发展，已成为机械装备技术的发展方向，铁路货车是铁路运输的重要装备，加快铁路信息化、自动化和智能化建设是实现我国铁路发展的重要任务，铁路货车的全程实时智能化监测也受到越来越多的关注。

北美等铁路技术先进国家在21世纪初已开始预研应用IT技术改进运输管理与服务、通讯与自动控制、车辆安全性能参数监测等信息化及自动化、智能化新技术。澳洲及中东地区等国家漏斗车研究应用了“机车集中供电和监控”及“无线+有线传输”的车载转向架轴温、车辆脱轨、底门和顶盖开闭状态等安全监测技术，以实现铁路货车信息化、自动化。

现阶段我国运煤敞车等车型处于机械技术阶段，离电气化、信息化、智能化存在较大差距，不能适应物联网、故障预测等大数据和信息化管理的要求。另外，采用地面5 s系统对车辆运行状态进行监测，不能实时即时定位、监测，难以对车辆性能进行科学诊断和正确预测。同时，铁路货车不具备供电能力，严重制约了信息化、自动化和智能化技术的应用。

文中提出一种铁路货车智能化监测的初步方案，主要包括货车车载监控系统、车地数据传输和地面信息平台，实现远程实时监测货车的性能指标和安全指标等信息，为铁路货车车辆运用、安全监控、故障预测、产品维修保养等提供技术支持。

1 车载监控系统的构成

车辆运行的状态及相关参数的变化，可直接反映车辆运行的安全性能和故障状况，因此，为了对车辆运行的安全性能和故障状况进行即时监控，确保车辆运行安全和性能正常可靠，在车辆上研究应用状态和安全监测系统，主要包括：

(1)空气制动系统主管、制动缸和副风缸压力监测装置；

在车辆空气制动系统主管、制动缸和副风缸相应位置装用压力传感器，采用目前成熟的压力传感技术，随车采集并监测空气制动系统主管、制动缸和副风缸压力参数变化信息，并实时将数据传递给车载通讯终端，地面信息平台实时收集车载通讯终端传递的数据，并对传来的数据和设定范围进行对比，当压力值超过或降低到一定范围时，信息平台将信息推送到相关人员并发出报警，实现随车即时识别和处理车辆空气制动系统的故障和安全状况的功能。

(2)货物质量监测

在转向架摇枕、侧架或构架相应位置装用测重传感装置，采用成熟的变形感应测重技术，随车采集并监测货物总重和两侧货物质量偏差的变化信息，并通过无线技术实时将数据传递给车载通讯终端，实现随车即时识别车辆卸货口密封性能、底门锁闭性能、倾覆稳定安全性能等。地面信息平台实时收集车载通讯终端传递的数据，并对传来的数据和设定范围进行对比，当超载、偏载或载重持续降低到一定范围时，信息平台将信息推送到相关人员并发出报警。

(3)顶盖开闭状态监控

在防尘活动顶盖装置相应位置装用位置传感器，采用目前成熟的位移传感技术，随车实时采集并监测顶盖开闭状态信息，并通过无线技术实时将数据传递给车载通讯终端，地面信息平台实时收集车载通讯终端传递的数据，并与车辆运行速度进行对比，实现随车即时识别和处理顶盖及开闭机构的故障和安全状况。

(4)底门开闭状态监测

在车体的底门处相应位置装用位移传感器，采用目前成熟的位移传感技术，随车实时采集并监测底门开闭状态信息，并通过无线技术实时将数据传递给车载通讯终端，地面信息平台实时收集车载通讯终端传递的数据，实现随车即时识别底门及开闭机构的故障和安全状况。

(5)转向架轴温监测装置

在转向架轴承上部承载鞍相应位置装用温度传感器，随车采集并监测转向架轴承温度变化信息，并通过无线技术实时将数据传递给车载通讯终端，地面信息平台实时收集车载通讯终端传递的数据，并对传来的数据和设定范围进行对比，当轴温达到一定范围时，信息平台将信息推送到相关人员并发出报警。可即时识别轴承及轴承与车轴连接部位的正常与安全状况，实现随车即时识别和处理轴承故障和安全状态。

(6)GPS系统

在车体端部相应位置安装GPS系统，采用目前成熟的GPS定位技术及车辆运行里程和速度传感技术，随车即时采集车辆位置、运行里程和速度信息数据，充实基础数据库，为制定科学合理的车辆运用和维修计划提供技术支撑，及时有效地对车辆进行使用、维护和检修，充分提高车辆运用周转率和运营效益。

(7)车载通讯终端

应用具有防雷、防水、防尘和电磁干扰的车载通信终端设备，通过运用加密技术，对车辆数据进行实时采集和进行车、地传输，实现移动信号多网络自动切换，并降低车辆电能消耗和监测数据通过互联网传输存在的安全风险。

2 车地数据传输系统

货车数量庞大，需传输的数据量也巨大，考虑采用工业级4G无线通讯模块，网络通道采用移动、联通双通道的传输方式，将车载监测系统采集的数据传输到地面数据中心，见图1。

3 地面信息平台

充分发挥互联网、大数据、人工智能等先进信息技术优势，整合车辆全部信息化资源，构建和应用一体化信息平台。

图1 数据传输示意图

地面数据中心通过3G/4G无线传输方式实时接收车辆车载监控系统的关键状态监测信息，通过终端接收大量原始状态监测数据，并通过数据处理系统实现对状态监测数据的解析和分发。解析后的数据一路进入数据管理子系统，完成对所有车辆数据的综合管理，为离线建模和历史数据分析提供数据资源管理；另一路进入计算服务引擎，该计算服务引擎通过调用模型库中已经生成的数据模型或统计信号分析模型形成对车辆状态监测数据的在线分析，其对异常状态、故障诊断、状态评估和故障预测的结果将直接分发，将数据分析结果发布至相关人员，见图2。