动车组智能监控关键技术研究

2020-01-01刘倡

数字通信世界 2020年8期

刘倡

（中国铁路武汉局集团有限公司调度所，湖北武汉 430000）

0 引言

在最近几十年，高速运行的动车组列车建设项目在世界多个国家都获得了广泛的发展，舒适、便捷的动车组列车不仅能够促进地域经济的发展与建设，而且还丰富了轨道交通的内涵。高速铁路相对于其他运输方式来说，具有运行速度快、安全性能高、运输能力大、占用土地资源少、能耗低等相关优势，是当前重要的交通工具和交通形式之一。科学技术的发展推动了智能监控技术的进步，智能监控技术在动车组列车中的应用使得人们的出行更加安全和便捷，可以有效减少事故的发生，保证高速铁路列车能够持续稳定的通行。

1 动车组智能监控系统概述

动车组智能监控系统区别于一般的视频监控，以数字化视频监控为基础，是一种更加高端可靠的视频监控系统的应用，可以识别不同的物体和载体，有效发现列车运行中的故障问题和异常问题，并能够通过最佳的方式和最快的速度向相关人员报告有用信息，从而能够帮助安全管理人员快速处理相关危机，最大限度的避免风险问题的发生。动车组智能监控系统相对于其他的视频监控技术来说，具有全天候可靠监控、数字化、网络化、精确度高、响应速度快等相关优势。动车组智能监控系统能够有效解放人力，减少普通视频监控系统对安全管理人员的要求，可以对监控画面进行实时的分析和监控，通过摄像机和行为分析服务器等嵌入式的设备中的智能视频模块不间断地进行监控画面的分析。其次，动车组智能监控关键技术的应用能够明显提升响应速度，可以快速识别可疑活动，比如可疑物体及敏感区域不当闯入等相关事项。安全人员可以在安全威胁发生之前，并能够通过监控技术所提供的内容做好提前准备工作，避免安全威胁对列车组正常通行所带来的影响和危机，有效处置由于人为因素所造成的延误问题和安全问题，保证列车通行的可靠性、安全性和持续性。另外，动车组智能监控技术中的前端设备具有强大的集成式的图像处理能力，可以应用高级智能算法精确定义安全威胁的特性，有效降低漏报和误报发生的概率，减少冗余数据量[1]。

2 监控设备简介

2.1 红外线轴温设备

红外线轴温设备属于一种高温测量的智能检测设备，热轴预测精度比较高。红外线轴温检测设备甚至可以达到360km/h的速度对车辆轴箱的具体温度进行监控。它可以监控车辆的方位，然后与AEI相结合完成车辆的轴承监控。在网络应用程序的基础上，它可以有效地监控以及防止热切轴故障的出现。

2.2 高速摄像设备

高速摄像机可以监视EMU的具体状态。在EMU运行过程中，如果遇到一些故障，则可以在高速摄像机的基础上监视EMU的侧面以及底部图像。监视容易产生裂纹以及损坏的零件，比如：联轴器以及基本的制动装置等，并利用自动图像采集以及识别技术自动的对异常情况进行报警。这种方法将会使得工作效率得到提高，节省时间，并大大的提高汽车维修的质量。这样可以保证维修人员的工作更加的放松，进而提升工作热情，保障动车组的安全运行。

2.3 机械监控设备

在动车组运行的过程中，各种胎面都非常容易遭受损坏，比如：剥离，摩擦以及偏心等，这些都会对某些零件造成损坏。因此，始终监控EMU的具体运行是非常必要的。我们通常会利用动态监测系统来对动车组的运行进行监控。当工作条件比较恶劣时，系统会发出警报，提醒员工采取必要的防护以及维护措施，这样就会使得脱轨事件的发生几率大大的降低。不同的严重程度，系统将会对其实施分级报警，这样可以降低人员的工作量，提升工作效率。其他的一些监控系统也可以及时的了解检测到的具体数据，从而掌握动车组的运行状态，强化安全措施，保障动车组的安全行驶。

2.4 声学诊断设备

科学技术一直在非常迅速的发展，这样就使得技术的应用更加广泛。声学诊断设备主要利用声学诊断技术来捕获以及分析车辆轴承的具体振动以及声音，以对轴承故障进行监控。声学诊断设备利用轴承信号频率，车速以及能量等具体接受情况来完成轴承的综合性分析，从而采取针对性的预防措施，并使得动车组的行驶安全性得到提高。

3 智能监控的主要功能

3.1 三维信息收集功能

当激光照射到被测物时，三维图像获取模块可以利用3D成像定律对被测物的具体三维信息进行测量。其主要用于对火车底部的可见部分进行扫描，包含：车身底部以及中间连接部分。

3.2 关键部位的多角度检测功能

在关键部件的多角度检测功能当中，系统可以使用六轴机械臂，完全的模拟人类手臂进行操作，把关键部件的具体检测模块扩展到转向架当中，甚至可以达到无法移动的位置，然后利用手动检测完成监控。并从多个角度对关键部位实施捕获以及扫描，最终形成完整化的三维图像信息，并利用特定的识别算法完成关键部位故障的具体监控。

3.3 图像故障自动识别功能

该系统主要是使用图像比较来完成动车组故障的监控，即对同一个动车组的当前三维图与最近的三维模型实施比较以及分析，这样可以获取动车组相同部位的具体图像变化信息。对图像信息的变化进行判断，最终达到检测火车故障的目的。为了使得准确性得到提高，系统还会使用标准模型实施再次的比较。比较之后，还会参考TEDS或者其他的系统数据记录，以使得故障判断的准确性得到提高。

4 动车组智能监控关键技术

动车组智能监控系统具有高清、智能、移动、云监控四大特征，高铁监控系统主要包括前端监控设备、后端设备中心、中间传输系统、视频监控中心等相关部分组成。前端监控设备主要包括宽动态网络枪型摄像机、日夜型枪型网络摄像机、红外热成像云台摄像机等相关设备组成。前端监控设备的应用可以提升摄像头的分辨率，获得更好的视觉效果，而且能够针对不同的业务场景进行深入分析，充分发挥高清设备的监控优势。动车组智能监控系统传输部分采取密集型光波线路，能够有效提升带宽，降低传统监控光纤网络布置的费用，同时也能够保证高清视频码率传输的带宽要求。智能监控系统的后端设备中心应用了冗余备份机制，双备份的形式可以有效提高系统的可靠性和安全性，从架构上避免中心设备发生异常而无法正常使用的问题和弊端。

视频监控中心可以通过计算机网络系统对监控图像进行实时的浏览，并对以往的监控记录进行查询。值班人员可以通过PC机随时随地的观察关键区域是否存在异常情况，从而能够帮助工作人员及时作出有效反馈，保证动车组列车运行时的人们的生命财产安全。动车组智能技术的应用可以减少人力资源的投入，自动对各种业务场景进行可靠分析，并在整个视频监控方案当中应用多种智能分析功能，包括物体滞留报警、移动监测报警、移动路径报警、突然出现报警、物体移走报警等相关功能。业务操作人员可以不需要像以往一样枯燥而繁杂的盯屏幕，智能系统通过自动识别、自动反馈，可以帮助业务人员作出快速准确的决定。动车组智能视频监控系统中的控制中心监控子系统主要包括视频监控主机、视频终端、视频解码主机、交换机、大屏幕、控制主机台以及光纤收发器等相关部分组成。视频监控主机可以实时有效地切换各车站或者各区间的高清晰视频信号，能够有效控制摄像机的位置以及记录任务，完成高清晰度的视频录像以及普通视频编码和解码等相关功能。控制中心具有对动车组沿线各摄像机的优先控制权，可以根据需要和实际情况设置数字监控终端的权限，实现对各信号系统的录像控制以及切换等。车站监控子系统主要包括解码器、车站监控、终端交换机、硬盘录像机、光纤收发器、存储阵列等相关设备，传输子系统可以通过视频线缆数据往系统传输系统无线网络，实现数据和信息从前端设备传递到后端设备。高铁视频监控系统的网络化实现了将原有的系统结构从集总式转向为集散式，采取模块化、标准化以及系统化的设计，完成硬件和软件的构造，使得系统设备的配置具有组态灵活、开放性好、通用性强、数据处理便捷、控制功能优异、人机界面友好等相关优势，使得系统的维修和调试更加的简单和方便，容错率高，能够系统全面的对高铁运行情况进行监督和管理，保证高铁运行的持续性与稳定性。