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1、. . . . 动车组运行故障信息远程智能分析判断系统（TIDS）研究与实践 列车网络控制系统 采购意向 主要简介CRH5型动车组列车网络控制系统（TCMS）可实现列车牵引、制动、供电、空调、门控、转向架等子系统和设备的实时监视和控制，并能自动识别列车编组。支持列车实时诊断技术，可实现车地间的数据交换。结合地面专家系统能对车载设备应用情况进行统计分析，提高维护作业效率，优化车辆布线，有利于减轻车辆自重。动车组运行故障信息远程智能分析判断系统（TIDS）技术评审鉴定意见2012年12月19日，铁路局科委组织专家对铁路局车辆处和康拓红外技术股份合作研制的动车组运行故障信息远程智能分析判断系统（TI
2、DS）进行了技术评审。鉴定委员会审查了该系统的研制报告、技术报告、测试报告、运用报告，并对安装在车辆段CRH5型动车组上的TIDS设备样机进行了现场测试。经鉴定委员会讨论，形成以下评审意见：1、 该系统由车载终端设备和地面数据中心两部分构成，可采集动车组运行信息，并利用无线GPRS模块，远程传输至地面数据中心，终端软件通过对采集数据进行分析、判断，实现数据智能处理、自动报警等功能。2、 TIDS车载终端设备实行模块化设计，机械设计合理，便于安装拆卸，应用方便，易于维护。3、 TIDS系统软件可对动车组运行故障数据进行分类存储、智能分析、判断、报警，可实现动车组运行状态信息和故障信息的实时显示，
3、并自动生成各类报表，系统软件设计易于数据挖掘研究和历史数据管理。综上，TIDS系统采用GPRS和Internet网络技术，实现CRH5型动车组运行数据传输的及时性、准确性、完整性，可有效提高动车组运用故障的处置效率。该系统设计合理，功能符合现场需要，技术达到国先进水平，填补了CRH5型动车组远程数据传输监控的空白。课题组提供的技术资料齐全，符合鉴定要求，同意通过技术鉴定，建议推广使用。建议：结合现场实际，进一步优化数据分析判断功能。研发动车组运行故障信息远程智能分析判断系统（简称TIDS），对动车组的安全状态与故障情况进行实时跟踪监控,动态采集动车组相关图片和文字信息,利用无线GPRS模块，实
4、现到远程地面站的传输。地面站设置有配套终端分析软件，通过接收GPRS数据，实时分析、判断动车运行状态，指导故障处理，实时采集动车运行过程中的各种信息。一、 国外现状 (一)、欧洲技术发展现状 上个世纪末，继欧洲铁路开放式系统互连网络(Railway open System interconnection network)即RoSin的框架下构建铁路开放式维护系统的项目RoMain之后，欧洲又开展了智能列车应用的集成通信系统(TrainCom)。 RoMain项目主要构建了一个系统框架，TrainCom项目则更多的是具体的实施与细节，其目标是： （1）通过车载网络（如符合IEC61375标准的列
5、车通信网络Train Communication Network，即TCN）、GSM无线连接和Internet网络技术的集成，开发出一个应用于铁路领域远程信息处理的通信系统，为车载设备提供无处不在的远程访问途径。 （2）标准化和互换性。具体是：(a)制定一个与TCN一致的试验规，并开发验证设备和子系统的互换性的自动测试台；(b)在所有的规中都将考虑应用的互换性，实现标准化；(c)为用于列车车载设备远程实时监视系统的维护支持系统开发其系统结构和一些基本部件。Adtranz公司在RoMain、TrainCom的框架和规下，基于其牵引传动与控制系统Mitrac开发了Mitrac CC Remote远
6、程检测、故障诊断与维护支持系统，并已装车应用。德国ICE高速列车通过参与欧洲RoMain和TrainCom项目，已经成功实现了对整个列车的全面诊断。 (二)、日本技术发展现状日本铁路的突出特点是动力分散型、编组相对固定的电动车组得到大量、普遍的运用。为了保证安全和降低维修成本，开展了列车、车辆和动车组的故障诊断研究。日本铁道综合技术研究所（TRTI）研究开发了在车辆转向架不解体情况下对车轴进行超声检测的自动检测仪、应用铁谱分析技术进行柴油机和电动车组齿轮装置不解体检测的方法，以及利用声发射、振动和声音在转向架不解体情况下进行轴承诊断的方法等。 知名的车载信息与控制系统有三菱的TIS和日立的AT
7、I。三菱的TIS到现在已经历了三代，即早期的MON（车辆监视系统，仅监视，不控制）、主流的TIS（列车信息系统，有监视和控制功能）和新一代的TIMS（列车信息管理系统，有监视、控制和信息管理功能）。TIMS具有对动车组中各个车辆、车辆的各种设备、甚至某些线路、器件的全面、详细的监视与诊断功能。 （三）、美国技术发展现状 90年代中期，TTCI开发了第一代轴承道旁声学监测系统，采用声传感器列技术和神经网络方法，诊断的准确率得到了在幅度提高，已经在北美、南非和澳大利亚铁路应用。 美国GE公司的RM&D远程监控与诊断系统经过十多年不断开发与完善，已在北美及全球大力推广，在航空、医疗、能源、及铁路系统
8、上被广泛采用，有近5万套GE产品上安装了RM&D。在铁路运输行业，全球有将近7000台燃列车安装了RM&D，仅北美地区就有将近3000台燃列车，并且这个数量目前还在增加。RM&D采用Internet网络实现对列车的远程监控与智能诊断，系统主要分为车载系统与地面信息处理系统两大部分。 （四）、中国技术发展现状 我国在列车和车辆状态检测、故障诊断及维护支持方面的工作应该始于上世纪80年代末或90年代初，燃列车研究所和株洲电力列车研究所在引进、消化GE燃列车微机控制技术和ABB的电力列车微机控制技术基础上，利用车载微机控制装置和司机台显示器，主要对牵引动力设备的少数参数进行监视、保护和信息显示。 2
9、000年5月“国家铁路智能运输系统工程技术研究中心”RITSC的组建标志着我国在此方面的研究进入了新的阶段。 2000年，铁路局、北方交通大学开展了针对燃列车的列车随车质量状态诊断记录装置研发项目。 2004年，原铁路分局、株洲电力列车研究所、交大、中南大学针对电力列车开发了列车运用状态实时监测系统。该系统由车载系统、车-地无线通信和地面处理组成。 2005年，铁道部相继颁布了铁路信息化总体规划，机务信息化专项规划，并制订了包含列车状态监测、故障诊断与维护支持容的机务信息化总体方案。该总体方案针对中国铁路的实际需求，具有技术基础，符合中国国情，对高速列车状态监测、故障诊断与智能维护支持系统的快
10、速、有序发展起到指导、规和巨大的推动作用。随着目前中国铁路动车组数量的不断攀升，动车组故障诊断变得非常重要，既要满足故障的实时性，也要满足故障报告的准确性，所以开发一套动车组运行故障信息远程智能判断分析系统变得非常重要。二、 主要研究容和技术关键问题 1主要研究容 动车组信息主要分为动态位置跟踪信息、基本状态信息和故障信息等。动态位置跟踪信息主要包括运行动车组的准确位置,如经纬度或线路公里标;基本状态信息主要有速度、牵引、制动、车门、轴温等安全相关信息,以及空调、卫生间等旅客服务设施状态信息等；故障信息进行远程传输、可获取的详细故障信息、其相关环境参数及现场画面,用于故障发生后支持车载故障的诊
11、断、分析、排除及动车组检修。 系统总体设计方案根据CRH3和CRH5型动车组列车网络控制系统工作原理,主要状态与报警信息和现场画面在网络上进行传输,报警信息全部汇聚到地面监测终端。研制TIDS系统，通过网络获取的有关牵引、制动、供电、空调、车门等子系统状态的实时运行数据，通过从数据库自动获取以故障代码为索引的实时故障数据，通过GPS功能模块获取列车位置信息，通过GPRS发送实时数据；研制手持图像采集仪，即时采集故障现场图片，并通过车载远程传输模块传送到地面；研制地面数据接收处理软件，用于数据的接收和对数据的智能判断分析，提供用户数据的查询使用平台。 2.技术关键问题 1）信息采集模块 信息采集
12、模块的中央处理器是电子设备的核心,使用传统的单片机已完全不能满足系统设计的大量数据运算处理、存储和发送的需求,考虑到技术通用性,选择工业级标准PC/104硬件架构,紧凑可靠,非常适合于空间有限的应用环境,而且PC/104接口设备较多,可扩展性好,即使系统完成设计后,仍可扩展或替换更多新的功能设备。选用PC/104工业级CPU,主频为400 MHz,板载存为512 MB,板载存储容量为1 GB,具备2路以太网接口与4路串口,并具备GPIO接口以扩展LED灯用于系统工作状态指示。 中央处理器采用linux嵌入式操作系统,系统本身运行核很小,部署时将使用的资源按实际硬件配置优化到最少,设计几个主要的
13、软件模块任务,必要时通过消息队列进行进程之间的通信,系统运行稳定,可以随时掉电而不会损坏系统本身。 2）便携式拍照模块 便携式拍照模块具备拍照、录像、数据存储、远程发送等功能。在动车司机或者乘务员发现不确定或者不易处理的列车故障时，通过拍照模块把现场的故障信息转化为图像或者视频的形式，通过无线传输至地面站，经过专家分析、判断进行相应处理。 3）实时无线传输 为了保证管理运用检修部门及时掌握动车组实际运行状态、避免和防止重大安全事故,在动车组运行过程中,以GPRS方式将少量必要的监测数据发送到地面。GPRS提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务,特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传
14、输,也适用于偶尔的大数据量传输。当发生车载受监控设备工作异常或故障报警时,自动启动报警实时发送机制,将此信息通过GPRS实时发送出去。信息容包含发生故障车次、列号、车号、故障发生时间、故障级别、故障代码、故障相关数据。当系统工作正常时,系统主机定时通过无线GPRS接口向地面发送各系统状态信息和GPS定位信息,信息容还包括列车的车次、车厢号、车号、时间、监测项类型、监测项状态。 4）数据存储处理与呈现 采用Oracle数据库对实时接收和全程记录的数据进行存储、处理、查询、回放、分析等。在处理各种故障的时候通过数据库历史数据的对照,对以前的故障情况有全面的了解,更有利于对动车组运行状态和设备质量进
15、行更深层次的跟踪和动态质量控制。数据呈现采用B/S(Browser/Server)结构即浏览器和服务器结构,是随着Internet技术的兴起,对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下,用户工作界面是通过WWW浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现,但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现,这样就大大简化了客户端电脑载荷,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本。一、概况目前，全路动车组运行故障信息的查询主要采取人工有线下载的方式，检修人员需要等待动车组入库检修时，在动车组上持计算机与动车组的MPU建立有线连接后，需要多次重复操作，才能下载全部车次动车组运行特征数据。操作繁琐、效率低下，缺乏远程诊断能力，实时性能差。通过研发该系统，主要实现以下功能：（1） CRH动车组运行状态信息的无线上传、远程采集； （2） CRH动车组运行状态信息的实时更新； （3） CRH动车组运行故障信息实时报警、故障即时处理办法指导； （4） CRH动车组运行故障信息的统计、分类、对比功能； （5） CRH动车组的历史故障信息查询、回放、分析功能。 二、主要研究容（）动车组
