CN109278794A - 列车轨道异常检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了列车轨道异常检测系统，包括：检测模块，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态检测数据；异常分析模块，包括比对单元和异常分析单元，比对单元用于将所述列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对；异常分析单元用于当所述列车轨道状态检测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态检测数据为异常；可视化预警模块，用于在确定所述列车轨道状态检测数据为异常之后，生成报警信息，并展示所述报警信息。

Description

列车轨道异常检测系统

技术领域

本发明涉及列车技术领域，具体涉及列车轨道异常检测系统。

背景技术

由于列车轨道状态的好坏会直接影响列车运行的安全性和平稳性，因此为了保证列车能够长时间处于良好的运行状态，定期对列车轨道状态进行检测是至关重要的。现有技术中采用人工检测的方式进行轨道检测。然而，人工检测速度慢且不能及时反馈检测结果，从而无法实时地处理问题，并且特殊位置的人工检测对检测人员的专业素养要求较高，人工成本高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供列车轨道异常检测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了列车轨道异常检测系统，包括：

检测模块，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态检测数据；

异常分析模块，包括比对单元和异常分析单元，比对单元用于将所述列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对；异常分析单元用于当所述列车轨道状态检测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态检测数据为异常；

可视化预警模块，用于在确定所述列车轨道状态检测数据为异常之后，生成报警信息，并展示所述报警信息，以使维护人员对异常的列车轨道进行修复。

其中，所述的检测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集列车轨道状态检测数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的列车轨道状态检测数据并发送至所述异常分析模块。

优选地，所述传感器节点包括超声波传感器和压力传感器，超声波传感器、压力传感器周期性地对其对应的列车轨道进行检测。

优选地，所述比对单元将超声波传感器采集的超声波信号与第一标定范围进行比对，所述第一标定范围用于表述超声波信号衰减范围；所述比对单元还将压力传感器采集的压力信息与第二标定范围进行比对，所述第二标定范围用于表述压力信息变化范围。

本发明的有益效果为：采用无线传感器网络实现了列车轨道状态检测数据的实时采集，通过将获取的列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对，来确定列车轨道的状态是否异常，若列车轨道状态检测数据超出标定范围，则确定列车轨道的状态信息为异常，能够及时地发现问题，实时性强，并且不需要人工参与检测，人工成本低。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的列车轨道异常检测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的异常分析模块的结构示意框图。

附图标记：

检测模块1、异常分析模块2、可视化预警模块3、比对单元10、异常分析单元20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本发明实施例提供了列车轨道异常检测系统，包括：

检测模块1，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态检测数据；

异常分析模块2，包括比对单元10和异常分析单元20，比对单元10用于将所述列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对；异常分析单元20用于当所述列车轨道状态检测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态检测数据为异常；

可视化预警模块3，用于在确定所述列车轨道状态检测数据为异常之后，生成报警信息，并展示所述报警信息，以使维护人员对异常的列车轨道进行修复。

其中，所述的检测模块1包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集列车轨道状态检测数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的列车轨道状态检测数据并发送至所述异常分析模块2。在一种优选实施的方式中，所述传感器节点包括超声波传感器和压力传感器，超声波传感器、压力传感器周期性地对其对应的列车轨道进行检测。进而，所述比对单元10将超声波传感器采集的超声波信号与第一标定范围进行比对，所述第一标定范围用于表述超声波信号衰减范围；所述比对单元10还将压力传感器采集的压力信息与第二标定范围进行比对，所述第二标定范围用于表述压力信息变化范围。

本发明上述实施例采用无线传感器网络实现了列车轨道状态检测数据的实时采集，通过将获取的列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对，来确定列车轨道的状态是否异常，若列车轨道状态检测数据超出标定范围，则确定列车轨道的状态信息为异常，能够及时地发现问题，实时性强，并且不需要人工参与检测，人工成本低。

在一种实施方式中，传感器节点获取到列车轨道状态检测数据后，将列车轨道状态检测数据传递至汇聚节点，包括：

(1)传感器节点与汇聚节点的距离不超过预设的距离下限W_min时，传感器节点直接将采集的列车轨道状态检测数据传递至汇聚节点；

(2)传感器节点与汇聚节点的距离超过预设的距离下限W_min时，传感器节点将采集的列车轨道状态检测数据通过多跳的形式传递至汇聚节点。

在一种优选实施的方式中，各传感器节点通过交换信息获取邻居节点标识及位置信息，其中邻居节点为在传感器节点传输范围内的其他传感器节点；传感器节点将采集的列车轨道状态检测数据通过多跳的形式传递至汇聚节点，包括：

(1)设定采集列车轨道状态检测数据的传感器节点为源节点，源节点确定其到汇聚节点的传输总跳数a；

(2)源节点生成数据包，数据包包括该源节点的标识、列车轨道状态检测数据包以及跳数计数器，该跳数计数器的初始值为源节点确定的传输总跳数，该列车轨道状态检测数据包包括源节点所采集的列车轨道状态检测数据；

(3)源节点在其邻居节点中随机选择一个邻居节点作为该跳的目的节点，将数据包发送至该跳的目的节点；

(4)目的节点接收到数据包后，更新该数据包，包括：将数据包中的跳数计数器的值减一，并将自身采集的列车轨道状态检测数据存入数据包中的列车轨道状态检测数据包；

(5)将目的节点作为下一跳的源节点，重复(3)、(4)，直至目的节点接收到的数据包中的跳数计数器的值为1；接收到的数据包中的跳数计数器的值为1的目的节点，将自身采集的列车轨道状态检测数据存入数据包中的列车轨道状态检测数据包后，将列车轨道状态检测数据包直接发送至汇聚节点。

其中，传输总跳数a的确定公式为：

式中，W_i,o为源节点i到汇聚节点的距离，W_b,o为网络中第b个传感器节点到汇聚节点的距离，H为网络中的传感器节点数量，为取整函数，表示对进行取整。

本实施例提出了传感器节点将采集的列车轨道状态检测数据通过多跳的形式传递至汇聚节点的路由机制，该路由机制根据源节点到汇聚节点的距离确定传输列车轨道状态检测数据的传输总跳数，并基于随机游走的方式确定下一跳的目的节点。通过该路由机制进行列车轨道状态检测数据的多跳传输，简单便捷，并且能够限制传输路径的长度，避免因随机游走的方式导致路径过长而带来无谓的能量消耗，节约列车轨道异常检测系统的数据采集成本。

在一种能够实现的方式中，若源节点与该目的节点的距离不超过协作距离下限W_p-min时，源节点直接将数据包发送至该跳的目的节点；若源节点与该目的节点的距离超过协作距离下限W_p-min时，源节点比较直接传输数据包方式的能耗和协作传输数据包方式的能耗，若直接传输数据包方式的能耗最低，源节点直接将数据包发送至该跳的目的节点，否则采用协作传输数据包方式将数据包发送至该跳的目的节点；其中源节点将数据包发送至该跳的目的节点时，按照下列公式计算协作距离下限W_p-min：

式中，T为监测区域面积，H为网络中的传感器节点数量，F为源节点的传输半径；

本实施例设定了源节点传输数据包至目的节点的具体传输机制，其中将源节点到目的节点的距离与协作距离下限进行比较，当距离高于协作距离下限时比较直接传输数据包方式的能耗和协作传输数据包方式的能耗，并始终选择能耗最低的传输模式进行数据包的传输。

本实施例相对于通过单一传输模式进行数据包传输的方式，更能够保障数据包传输的可靠性，而相对于只通过协作传输模式进行数据包传输的方式，由于始终选择能耗最低的传输模式进行数据包的传输，能够进一步降低列车轨道状态检测数据传输的能耗；本实施例进一步地给出了协作距离下限的计算公式，相对于主观地预设阈值的方式，协作距离下限的确定更加贴近实际情况。

在一种能够实现的方式中，源节点在获取邻居节点标识及位置信息后，计算各邻居节点的权值，并按照权值由大到小的顺序对各邻居节点列表进行排序，构建邻居节点列表；源节点采用协作传输数据包方式将数据包发送至该跳的目的节点，具体执行：源节点向邻居节点列表的前3个邻居节点广播协作消息，该前3个邻居节点收到协作消息后向源节点反馈协作确认消息，源节点选择最先反馈协作确认消息的邻居节点作为协作节点，将数据包发送至该协作节点，由该协作节点将数据包发送至该跳的目的节点；

本实施例中，源节点向邻居节点列表的前3个邻居节点广播协作消息，该前3个邻居节点收到协作消息后向源节点反馈协作确认消息，源节点选择最先反馈协作确认消息的邻居节点作为协作节点，将数据包发送至该协作节点，能够有效保障选出的协作节点可靠完成协作传输列车轨道状态检测数据的任务，且相对于随机选择协作节点的方式，更有益于节省协作传输列车轨道状态检测数据的能耗，从而进一步节约列车轨道异常检测系统的数据收集成本。

其中，设D_ij为源节点i的第j个邻居节点的权值，D_ij的计算公式为：

式中，G_j为所述第j个邻居节点的当前剩余能量，G_min为预设最小能量值，W_i,j为源节点i与其第j个邻居节点的距离，s₁为预设的能量权重因子，s₂为预设的距离权重因子。

本实施例设定了邻居节点的权值计算公式，由该计算公式可知，剩余能量越多、位置优势越大的邻居节点具有更大的权值。源节点事先按照权值从大到小的顺序对各邻居节点进行排列，避免在传输列车轨道状态检测数据阶段进行权值的计算而浪费时间。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.列车轨道异常检测系统，其特征是，包括：

检测模块，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态检测数据；

异常分析模块，包括比对单元和异常分析单元，比对单元用于将所述列车轨道状态检测数据与标定范围进行比对；异常分析单元用于当所述列车轨道状态检测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态检测数据为异常；

可视化预警模块，用于在确定所述列车轨道状态检测数据为异常之后，生成报警信息，并展示所述报警信息。

2.根据权利要求1所述的列车轨道异常检测系统，其特征是，所述的检测模块包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集列车轨道状态检测数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的列车轨道状态检测数据并发送至所述异常分析模块。

3.根据权利要求1所述的列车轨道异常检测系统，其特征是，所述传感器节点包括超声波传感器和压力传感器，超声波传感器、压力传感器周期性地对其对应的列车轨道进行检测。

4.根据权利要求3所述的列车轨道异常检测系统，其特征是，所述比对单元将超声波传感器采集的超声波信号与第一标定范围进行比对，所述第一标定范围用于表述超声波信号衰减范围；所述比对单元还将压力传感器采集的压力信息与第二标定范围进行比对，所述第二标定范围用于表述压力信息变化范围。

5.根据权利要求2所述的列车轨道异常检测系统，其特征是，传感器节点获取到列车轨道状态检测数据后，将列车轨道状态检测数据传递至汇聚节点，包括：

(1)传感器节点与汇聚节点的距离不超过预设的距离下限W_min时，传感器节点直接将采集的列车轨道状态检测数据传递至汇聚节点；

(2)传感器节点与汇聚节点的距离超过预设的距离下限W_min时，传感器节点将采集的列车轨道状态检测数据通过多跳的形式传递至汇聚节点。

6.根据权利要求5所述的列车轨道异常检测系统，其特征是，各传感器节点通过交换信息获取邻居节点标识及位置信息，其中邻居节点为在传感器节点传输范围内的其他传感器节点；传感器节点将采集的列车轨道状态检测数据通过多跳的形式传递至汇聚节点，包括：

(1)设定采集列车轨道状态检测数据的传感器节点为源节点，源节点确定其到汇聚节点的传输总跳数a；

(2)源节点生成数据包，数据包包括该源节点的标识、列车轨道状态检测数据包以及跳数计数器，该跳数计数器的初始值为源节点确定的传输总跳数，该列车轨道状态检测数据包包括源节点所采集的列车轨道状态检测数据；

(3)源节点在其邻居节点中随机选择一个邻居节点作为该跳的目的节点，将数据包发送至该跳的目的节点；

(4)目的节点接收到数据包后，更新该数据包，包括：将数据包中的跳数计数器的值减一，并将自身采集的列车轨道状态检测数据存入数据包中的列车轨道状态检测数据包；

(5)将目的节点作为下一跳的源节点，重复(3)、(4)，直至目的节点接收到的数据包中的跳数计数器的值为1；接收到的数据包中的跳数计数器的值为1的目的节点，将自身采集的列车轨道状态检测数据存入数据包中的列车轨道状态检测数据包后，将列车轨道状态检测数据包直接发送至汇聚节点。