一种应用于牵引系统的健康管理系统的制作方法

1.本发明属于嵌入式网络设备技术领域，尤其涉及一种应用于牵引系统的健康管理系统。


背景技术：

2.在现代列车中，车辆mvb总线数据采集和车地无线传输功能已经完善稳定，同时在全国多个地方、多个车辆上得到了广泛应用。大数据建模与分析技术，在工业互联网、物联网领域已经渗透。
3.牵引作为动力系统，其安全性能在正线运行中
4.牵引系统的健康管理，基于无线传输的技术背景，将车辆牵引系统的运行时序数据实时采集汇总，并通过边缘机的边缘计算程序和大数据的机理建模程序，根据实际牵引系统工作原理等参数，最终形成对牵引系统全生命周期中的故障、健康，甚至是寿命进行预测、预警。
5.为保障牵引系统安全，需对相关设备进行计划修，然而大规模计划修耗费成本且无法精准定位到故障原因，通过健康管理系统中的健康、故障管理帮助轨道交通维保人员实现智能维保工作。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，包括如下步骤：
7.s1：实时采集车辆各牵引系统监测数据；
8.s2：基于机边算法程序对实时监测数据进行初步数据清洗；
9.s3：通过牵引系统的机理模型、生命周期动态模拟模型和健康评估模型，结合清洗后的数据对不同轴牵引力的均衡性分析，并通过与自身整体基准对比和与多车基准的对比，判断不同轴牵引力的健康状态，得到牵引系统的健康评分，进而完成对牵引系统的健康管理。
10.进一步地，牵引系统的机理模型根据行业标准对需要关注的变量进行阈值控制，并对系统进行跨系统的诊断。
11.进一步地，健康评分模型用于对不同的车轴的相同变量进行偏移度计算，然后对每个车轴的偏移度进行加权计算各轴的健康评分。
12.进一步地，生命周期动态模拟模型通过对列车衍生字段以及对单车、多车或多线路的指标进行检测分析。
13.进一步地，s3中，基于跑批分析结果制作有决策图谱，根据决策图谱中的指标的离散情况和偏离情况对多车健康程度进行比较，并判定为单轴过分异常或多轴均出现异常偏离。
14.进一步地，s2中，初步数据清洗具体为：对采集到的实时监测数据内容进行跟进解
析，并判断划分载客阶段数据和测试阶段数据，将两种阶段的数据传输至地面控制中心；地面控制中心将载客阶段的数据用于后续的跑批分析。
15.进一步地，s1中，数据采集包括t2g主机和地面主机，t2g主机具有断点续存功能，且t2g主机通过ftp通信协议接收和发送实时监测数据；地面主机搭建有地面服务器，地面服务器接收通过t2g主机传输的数据，并对载客阶段的数据进行跑批分析。
16.进一步地，当t2g主机与地面主机进行数据传输且传输未完成时，通过md5校验方式对数据完整性进行校验，传输完成后改为原文件后缀，存储文件格式为任意格式后缀。
17.进一步地，断点续存功能为：t2g主机实时发送接收的实时监测数据并在本地进行数据保存，当因网络断开导致的发送失败时，于网络恢复后从保存的本地文件中读取数据重新发送。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明结合了数字建模能力，将牵引系统的实时监测数据通过机理模型、生命周期动态模拟模型、生命周期动态模拟评分模型，判断不同轴牵引力的健康状态，得到牵引系统的健康评分，进而实现帮助轨道交通维保人员的智能维保工作。
附图说明
19.图1为本发明一种应用于牵引系统的健康管理系统的流程图。
20.图2为本发明一种应用于牵引系统的健康管理系统的数据流图。
21.图3为本发明一种应用于牵引系统的健康管理系统中健康评分模型的下钻分析图。
22.图4为本发明一种应用于牵引系统的健康管理系统的多车分析决策图。
具体实施方式
23.下面将结合示意图对本发明一种应用于牵引系统的健康管理系统进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果，因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
24.如图1和2所示，包括如下步骤：
25.1)：实时采集车辆各牵引系统监测数据；
26.2)：基于机边算法程序对实时监测数据进行数据筛选和初步的数据清洗；
27.3)：建立变量指标体系，并进行算法建模，基于牵引系统和清洗后的数据，所述地面控制中心进行数据跑批分析，计算出牵引系统的健康评分，进而完成对牵引系统的健康管理。
28.步骤1中，数据采集具体为：
29.非实时文件上传过程采用ftp通信协议，地面运维平台负责文件转发。t2g主机提供ftp服务器功能，接收牵引系统的数据文件存到指定目录。此外，t2g(erm)还提供离线数据有效性验证服务与断点续传功能。
30.地面服务器搭建ftp服务，t2g作为地面主机的客户端，在车辆回库时通过ftp上传文件到地面服务器。
31.后续地面服务器作为ftp客户端连接其他系统的ftp服务器，将文件上传上去。地面服务器程序既是t2g的ftp服务端，又是其他系统的ftp客户端。
32.t2g和地面在作为客户端上传文件时，传输未完成时，md5校验方式对文件完整性进行校验，传输完成后改为原文件后缀。存储文件格式为任意格式后缀。
33.mvb牵引系统数据，t2g实时发送，并在本地进行保存。若发送失败，可以在网络恢复后从文件中读取数据进行发送。地面服务器接收mvb数据并进行解析和处理。
34.步骤1和2中涉及的数据传输具体为：
35.列车t2g主机具备高可靠性实时通信。同一列车上的t2g主机具备高冗余设计，同时只会有一台t2g主机与地面服务器进行通信。任意一台t2g主机出现故障都不会影响列车数据可靠性的传输到地面服务器。当列车与控制中心网络异常时，t2g(erm)主机自动进行数据存储，待网络通信恢复后自动重传，即具备断点续传功能。此外，列车t2g(erm)主机与控制中心服务器通信采用aes128和md5加密算法，确保通信数据的安全可靠，不被非法获取与破解。
36.步骤2中，数据筛选为:
37.建立相关业务，针对不同的业务场景选择关键字段。
38.步骤2中，数据清洗为:
39.实时接收到的牵引系统监测数据，跟进解析出的数据内容，判断运行处于载客和测试阶段，将载客阶段的数据单独取出，用于后续的健康评估分析。
40.步骤3具体为：
41.列车牵引监测系统，根据每个牵引系统的监测数据，采用机理模型、生命周期动态模拟模型、生命周期动态模拟评分模型、个体表现评估的动态差异分析模型，以及arimax算法、神经网络模型、机器学习模型、基于概率理论的传统概率预测与评分模型等。
42.其中，机理模型主要是根据行业标准对需要关注的变量进行阈值控制，并对系统进行跨系统的诊断，如图3所示。
43.参考图4，生命周期动态模拟模型主要是通过对列车运行状态，牵引力状态，轴电机转速，轴电机温度，等构成的衍生字段，对单车或多车或多线路的指标进行检测分析。
44.健康评估模型主要是对不同的车轴的相同变量进行偏移度计算，然后对每个车轴的偏移度进行加权计算各轴的健康评分，针对不同评分有下钻图像分析。
45.本发明基于上述模型结合各算法，根据不同轴，不同车的牵引力、轴电机转速与轴电机温度等对牵引系统进行健康评估，并制作有决策图谱，根据决策图谱中指标的离散情况和偏离情况，对多车健康程度进行比较，并判定是单轴过分异常还是多轴均出现异常偏离，同时根据评估结果与阈值对比分析，给出相应的检修策略。
46.具体实施例：
47.在重庆捷运线上，通过采集每个车厢的牵引力状态，轴电机转速，轴电机温度等关键变量，对车辆的整体健康情况以及每节车厢的健康程度进行分析比较。考虑到每辆车的使用时长和行程的差异，通过车和车之间的整体关键指标的偏离度和离散度的比较，对每辆车的整体先有一个健康度的判断，然后对每辆车每个车厢每个轴进行一个健康度的对比，找到评分较低的车厢对应的轴，反馈给运维人员进行检查和确认。
48.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属
技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，包括如下步骤：s1：实时采集车辆各牵引系统监测数据；s2：基于机边算法程序对实时监测数据进行初步数据清洗；s3：通过牵引系统的机理模型、生命周期动态模拟模型和健康评估模型，结合清洗后的数据对不同轴牵引力的均衡性分析，并通过与自身整体基准对比和与多车基准的对比，判断不同轴牵引力的健康状态，得到牵引系统的健康评分，进而完成对牵引系统的健康管理。2.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述牵引系统的机理模型根据行业标准对需要关注的变量进行阈值控制，并对系统进行跨系统的诊断。3.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述健康评估模型用于对不同的车轴的相同变量进行偏移度计算，然后对每个车轴的偏移度进行加权计算各轴的健康评分。4.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述生命周期动态模拟模型通过对列车衍生字段以及对单车、多车或多线路的指标进行检测分析。5.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述s3中，基于跑批分析结果制作有决策图谱，根据所述决策图谱中的指标的离散情况和偏离情况对多车健康程度进行比较，并判定为单轴过分异常或多轴均出现异常偏离。6.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述s2中，所述初步数据清洗具体为：对采集到的实时监测数据内容进行跟进解析，并判断划分载客阶段数据和测试阶段数据，将两种阶段的数据传输至地面控制中心；所述地面控制中心将载客阶段的数据用于后续的跑批分析。7.根据权利要求1所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述s1中，数据采集包括t2g主机和地面主机，所述t2g主机具有断点续存功能，且所述t2g主机通过ftp通信协议接收和发送实时监测数据；所述地面主机搭建有地面服务器，所述地面服务器接收通过t2g主机传输的数据，并对载客阶段的数据进行跑批分析。8.根据权利要求7所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，当所述t2g主机与所述地面主机进行数据传输且传输未完成时，通过md5校验方式对数据完整性进行校验，传输完成后改为原文件后缀，存储文件格式为任意格式后缀。9.根据权利要求7所述的应用于牵引系统的健康管理系统，其特征在于，所述断点续存功能为：所述t2g主机实时发送接收的实时监测数据并在本地进行数据保存，当因网络断开导致的发送失败时，于网络恢复后从保存的本地文件中读取数据重新发送。

技术总结
本发明提供一种应用于牵引系统的健康管理系统，属于嵌入式网络设备技术领域，通过实时采集的车辆牵引系统在运行过程产生的各种监测数据，牵引系统离线数据文件定时回传，并在机边实现ETL工作，将数据结果通过车地无线传输到地面；牵引系统的健康管理，是保证车辆在行驶中对牵引力的异常进行识别，使其能够早发现、早分析，让牵引系统能够一直保持在健康状态。与现有技术相比，本发明具有稳定性时效性好、功能多样、数据智能化等优点。数据智能化等优点。数据智能化等优点。


技术研发人员：彭星辉 翁元 沈亮 叶雪瑗 张武浩
受保护的技术使用者：上海鸣啸信息科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/6