检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法技术方案

本公开涉及检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法。一种利用传感器向分布式复杂事件处理引擎提供数据，监视轨道车和列车组运行参数，并检测其运行和状况的异常的系统。

System and method of detecting abnormal operation in train group and rail car

【技术实现步骤摘要】
检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法本申请是2014年12月24日提交的专利技术名称为“检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法”的中国专利申请201480076070.3的分案申请。相关申请本申请要求2013年12月24日提交的美国临时申请61/920700的优先权，该申请整体通过引用包含在本文中。
本专利技术涉及轨道车和列车安全管理的领域，尤其涉及不断收集和分析轨道车和列车组的运行参数以检测异常运行状况的系统和方法。
技术介绍
现有技术的列车组上的轴承和轮轨交互作用的监视主要是通过使用位于整个轨道系统内的路旁检测器管理的，所述检测器包括用于监视轨道车车轮轴承的温度的检测器，和通过监视车轮对轨道的冲击来识别受损车轮的车轮冲击负载检测器。这些检测器安装在铁路网中的固定点处。由于这些检测器的引入，这些方法向铁路运行者提供改善轨道车和列车组性能的信息。然而，这些检测器缺乏能够传送关于运行异常(比如轨道车出轨时、当不在检测器的范围中时的轴承和车轮的状况以及车轮损伤)的信息和数据的无线网络的益处。此外，这些现有方法不提供连续监视在路网中的任意位置处的资产的机制。铁路行业中的车轮损伤造成与轨道车车轮、轨道车体、轨道车组件、铁路轨道和铁路枕木相关的重大维护成本。平直滑动的车轮在车轮与轨道接触之处具有不平坦的部分。当车轮转动时，该部分产生异常的冲击模式，这会导致对车轮的进一步损伤、对轨道车的损伤和对铁轨(rail)和轨道(track)结构的损伤。然而，目前没有在一段铁轨上未安装车轮冲击负载检测器的情况下或者在检测器之间的区域中连续监视车轮轴承的温度或者轮轨交互作用的可靠系统。因而，理想的是提供一种实时车载监视轨道车和/或列车组的各种运行参数，和实时分析各种读数，以预测或及时检测异常运行状况的系统和方法。
技术实现思路
这里介绍的系统克服了用于轨道车和列车组的现有监视系统的缺陷。所述系统由提供分布式数据分析能力的组件的分级布置组成，所述分级数据分析能力能够在分级结构的各个层级上检测运行异常，并把数据、事件和报警流提供给中央点。在分级结构的最低层级，每个轨道车装备有多个无线传感器节点(称为“WSN”)，所述多个无线传感器节点被布置在由通常在同一轨道车上的通信管理单元(“CMU”)控制的网状网(这里称为基于轨道车的网状网)中。无线传感器节点收集关于轨道车的各种运行参数的数据，并且能够根据收集的数据，检测某些异常。当检测到异常运行数据时，可以发出报警，数据可被传送给位于轨道车上的通信管理单元。尽管在这里例示的实施例中使用网状网，不过可以使用其它种类的网络拓扑。位于每节轨道车上的通信管理单元也被布置在由一般位于机车中的加电无线网关控制的网状网中。这里一般称为基于列车的网状网。同样，尽管在这里例示的实施例中使用网状网，不过可以使用其它种类的网络拓扑。基于列车的无线网状网向加电主位置或控制点(比如机车或可以接入电源的资产)以及向铁路远程运行中心，传送列车组的长度，和传递关于轨道车的信息。附图说明结合附图，阅读本专利技术的具体实施方式，将更充分和全面地理解本专利技术，附图中：图1是装备有安装于其上，形成基于轨道车的网状网105的通信管理单元(CMU)101和多个无线传感器节点(WSN)104的轨道车103的示意图。图2是基于列车的网状网的示意图，所述基于列车的网状网具有都装备有CMU101和多个WSN104的两个轨道车103、只装备有CMU101(无WSN)的一个轨道车103、无CMU或WSN的一个轨道车103，和安装在机车108上的加电无线网关设备102。图3表示基于列车的网状网107，和向车下传送数据的各种装置。图4是可用于例如监视轴承温度和车轮加速度的第一种WSN104的分解图。图5是可用于例如监视轨道车体加速度，可包括用于监视温度的温度传感器(未图示)的第二种WSN104的分解图。图6表示安装在轨道车车轮轴承配件111上的图4的WSN104。图7是表示允许和禁止纵向冲击加速事件处理的状况的流程图。图8是表示允许和禁止垂向和横向摆动加速事件处理的状况的流程图。图9是表示允许和禁止脱轨监视事件处理的状况的流程图。图10是表示允许和禁止车轮损伤或垂向冲击事件处理的状况的流程图。图11是表示允许和禁止轴承温度事件处理的状况的流程图。图12是表示实现WSN104的数据分析部分的广义模型的体系结构图。图13是针对轨道车体事件的检测的图12中所示模型的具体实现。图14是针对车轮轴承事件的检测的图12中所示模型的另一种具体实现。具体实施方式这里使用的术语轨道车可以是单节轨道车103，参见图1，或者可由本领域的技术人员通常称为“级联对”、“3节车”、“5节车”等的永久连接的两个或更多节轨道车103组成。附图中表示成附图标记109(参见图2)的列车组被定义为连接的一组轨道车103和机车108。附图中表示成附图标记101的通信管理单元(“CMU”)优选位于轨道车103上，控制覆盖在轨道车103上的基于轨道车的网状网105(下面定义)，所述轨道车103可由永久连接在一起的一个或多个单独轨道车103组成。CMU101硬件优选包括处理器、电源(例如，电池、太阳能电池、能量采集器或内部发电能力)、全球导航卫星系统(GNSS)设备(比如全球定位系统(“GPS”)接收器)、Wi-Fi、卫星和/或蜂窝能力、用于维持基于轨道车的网状网105的无线通信能力、与基于列车的网状网107的无线通信，和可选的一个或多个传感器，包括(但不限于)加速度计404、陀螺仪或温度传感器406。CMU101利用开放式标准协议(比如IEEE2.4GHz802.15.4无线电标准)支持网状网结构中的一个或多个WSN104(下面定义)。另外，CMU101也是基于列车的网状网107的构件，基于列车的网状网107由列车组109中的所有启用的轨道车103的CMU101构成，由一般位于机车108上的加电无线网关102控制。CMU101从而支持4种功能：1)管理覆盖在轨道车103上的低功率的基于轨道车的网状网105；2)整合来自基于轨道车的网状网105中的一个或多个WSN104的数据，并对收集的数据应用逻辑，以产生给诸如机车108或远程铁路运行中心120之类的主位置(host)的报警；3)支持CMU101内的内置传感器，比如加速度计404，以监视轨道车103的具体属性，比如位置、速度和加速度，和提供所述数据的分析，以产生报警；和4)支持上行到主位置或控制点(比如机车108和/或车下的监视设备和远程铁路运行中心120)和下行到位于轨道车103上的一个或多个WSN104的双向通信。CMU101可以与网状网结构中的加电无线网关(如下定义的PWG102)无线通信，或者可被配置成通过有线连接(比如通过ECP(电子控制气压)制动系统)通信。本领域的技术人员会认识到GPS仅仅是全球导航卫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测列车组或轨道车的运行异常的系统，包括：/n安装在一个或多个轨道车上的一个或多个通信管理单元；/n位于所述一个或多个轨道车上的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于感测所述一个或多个轨道车的运行参数，所述传感器与所述一个或多个通信管理单元通信，其中所述通信管理单元执行以下功能：/ni)收集关于所述一个或多个轨道车运行参数的数据；/nii)关于指示异常运行状况的趋势或事件，分析所收集的数据；以及/niii)当检测到所述趋势或事件时，向远程接收器传送消息；/n加电无线网关，所述加电无线网关控制基于列车的无线网状网，所述基于列车的无线网状网包括所述加电无线网关和多个所述通信管理单元；以及/n与所述通信管理单元中的一个通信的一个或多个无线传感器节点，所述一个或多个传感器构成所述一个或多个无线传感器节点的一部分；/n其中，所述通信管理单元和所述无线传感器节点构成基于轨道车的网状网，所述基于轨道车的网状网由所述通信管理单元控制，并且/n其中基于列车的网状网是独立于基于轨道车的网状网而创建的，并且与所述基于轨道车的网状网相独立地工作，/n其中所述一个或多个无线传感器节点中的一个无线传感器节点包括：/n保护性机架；/n所述一个或多个传感器中的安装在所述保护性机架内的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成测量加速度；/n布置在所述保护性机架内的灌封材料，所述灌封材料用于通过吸收不想要的加速度来调整所述一个无线传感器节点；以及/n由上部滤垫和下部滤垫组成的机械滤波器，所述机械滤波器被配置成机械地过滤掉被认为是噪声的高频和低频类加速度，其中所述上部滤垫的硬度为70Shore A，所述下部滤垫的硬度为30Shore A，并且所述灌封材料的硬度为59Shore 00。/n...

【技术特征摘要】
20131224 US 61/920,7001.一种检测列车组或轨道车的运行异常的系统，包括：
安装在一个或多个轨道车上的一个或多个通信管理单元；
位于所述一个或多个轨道车上的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于感测所述一个或多个轨道车的运行参数，所述传感器与所述一个或多个通信管理单元通信，其中所述通信管理单元执行以下功能：
i)收集关于所述一个或多个轨道车运行参数的数据；
ii)关于指示异常运行状况的趋势或事件，分析所收集的数据；以及
iii)当检测到所述趋势或事件时，向远程接收器传送消息；
加电无线网关，所述加电无线网关控制基于列车的无线网状网，所述基于列车的无线网状网包括所述加电无线网关和多个所述通信管理单元；以及
与所述通信管理单元中的一个通信的一个或多个无线传感器节点，所述一个或多个传感器构成所述一个或多个无线传感器节点的一部分；
其中，所述通信管理单元和所述无线传感器节点构成基于轨道车的网状网，所述基于轨道车的网状网由所述通信管理单元控制，并且
其中基于列车的网状网是独立于基于轨道车的网状网而创建的，并且与所述基于轨道车的网状网相独立地工作，
其中所述一个或多个无线传感器节点中的一个无线传感器节点包括：
保护性机架；
所述一个或多个传感器中的安装在所述保护性机架内的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成测量加速度；
布置在所述保护性机架内的灌封材料，所述灌封材料用于通过吸收不想要的加速度来调整所述一个无线传感器节点；以及
由上部滤垫和下部滤垫组成的机械滤波器，所述机械滤波器被配置成机械地过滤掉被认为是噪声的高频和低频类加速度，其中所述上部滤垫的硬度为70ShoreA，所述下部滤垫的硬度为30ShoreA，并且所述灌封材料的硬度为59Shore00。


2.按照权利要求1所述的系统，
还包括被配置成相对于所述无线传感器节点将所述上部滤垫和下部滤垫固定就位的螺钉，以及
被配置成放置在所述机械滤波器的上部滤垫和下部滤垫的螺孔内的隔离物，
其中在长度上选择所述隔离物以控制归因于螺钉的紧固而作用于上部滤垫和下部滤垫的压缩力的大小。


3.按照权利要求2所述的系统，
其中每个所述无线传感器节点执行以下功能：
从一个或多个传感器收集数据；
对照一个或多个规则比较所述数据；以及
当所述规则中的至少一个被满足时，向所述通信管理单元发送消息。


4.按照权利要求3所述的系统，其中每个所述无线传感器节点执行以下功能：
a)从一个或多个传感器收集数据；和
b)定期把所收集的数据发送给所述通信管理单元。


5.按照权利要求3所述的系统，其中所述一个或多个规则是当被所收集的数据超过时导致报警消息被发送给所述通信管理单元的数值阈值。


6.按照权利要求3所述的系统，其中当从所述无线传感器节点之一收到报警消息时，所述通信管理单元执行以下功能：
a)等待以查看是否在预定一段时间内从一个或多个其它无线传感器节点收到相似消息，并且如果收到所述相似消息，那么断定发生了实际事件；和
b)把报告所述实际事件的发生的消息传送给远程接收器。


7.按照权利要求4所述的系统，其中当收到所述定期发送的数据时，所述通信管理单元执行以下功能：
a)把所述数据保存在数据库中；
b)关于趋势分析所保存的数据；以及
c)当检测到关心...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·勒菲弗，A·H·马丁，F·J·库珀，R·W·阿达美克，
申请(专利权)人：阿母斯替德铁路公司，
类型：发明
国别省市：美国;US