基于传感器的铁路货车检修信息管理系统_胡志伟.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期控制理论与应用Control Theory and ApplicationsTechniques ofAutomation&Applications基于传感器的铁路货车检修信息管理系统胡志伟（国能铁路装备有限责任公司榆林车辆维修公司，陕西 神木 719316）摘要:为了更加有效管理检修信息，设计基于传感器的铁路货车检修信息管理系统，利用传感器采集检修信息，采用小波神经网络融合检修信息，网关将融合检修信息传输至网络层，网络层对检修信息进行分组传输；通过应用层对检修车间驾车计划信息、设备点检信息与检修进度监控信息进行管理，实验结果表明系统可有效采集铁路货车检修信息，并融合多传感器信息，不同信息维度时，可有效管理驾车计划信息与设备点检信息，帮助检修人员清楚了解铁路货车详细信息以及每天设备点检情况。关键词:铁路货车检修;传感器信息融合；小波神经网络中图分类号：TP391；TP212文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0033-05Railway Freight Car Maintenance Information ManagementSystem Based on SensorHU Zhi-wei(Yulin Branch of China Energy Railway Equipment Company Limited,Shenmu 719316 China)Abstract:In order to manage the maintenance information more effectively,a railway freight car maintenance information management sys-tem based on sensor is designed.The sensor is used to collect the maintenance information,and the wavelet neural network isused to fuse the maintenance information.The gateway transmits the fused maintenance information to the network layer,whichtransmits the maintenance information in groups.Through the application layer,the driving plan information,equipment spotcheck information and maintenance progress monitoring information of the maintenance workshop are managed.The experimen-tal results show that the system can effectively collect the maintenance information of railway freight cars and reasonably inte-grate multi-sensor information.When different information dimensions,it can effectively manage the driving plan informationand equipment spot check information,help the maintenance personnel clearly understand the details of railway freight cars andthe daily equipment spot inspection.Keywords:railway freight car sensor information fusion;wavelet neural network收稿日期:2022-02-22DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0033-05.1引言为适应铁路现代化建设进程，满足铁路货车检修装备需求，铁路公司需要对车间进行升级改造1。铁路货车检修信息管理系统可以保障和提高检修质量及效率，降低人为因素对检修质量的影响。有学者以单元管理为核心思想，设计检修信息管理系统，该系统可有效管理检修信息，加快管理工作效率2；有学者设计检修信息管理系统，利用GPRS传输检修信息，提升信息传输速度，该系统可有效管理检修信息，为列车维护提供技术支撑3。但它们无法实时精准的采集检修过程信息，导致所管理的检修信息无法为列车检修提供帮助4-6。传感器动态地感知并提供系统所需的各种原始信息，可以实时对信息进行连续、快速、精确的判断处理，为此设计基于传感器的铁路货车检修信息管理系统，有效管理检修信息。2基于传感器的铁路货车检修信息管理系统利用传感器采集铁路货车检修过程中的相关信息，选择具备动态性与开放性等特点的网络接口，实现系统信息的实时交互，铁路货车检修信息管理系统的总体架构如图1所示。(1)信息采集层包含传感器、Zigbee模块、传感器信息融合中心与网关四部分，传感器采集铁路货车检修相关信息；利用SPI接口连接Zigbee盲节点与电子标签，通过协调器解调与解码采集信息，并传输至Zigbee参考节点协调器7-8；传感器信息融合中心利用小波神经网络融合铁路货车检修信息；网关具备提供通信接口的作用，用于实现底层信息发送与应用层指令接收；(2)网络层是管理网络管理，实现检修信息分组传输，为管理系统提供高效、可靠、经济的服务；(3)应用层的检修进度监控信息管理模块调用检修进度监控相关信息，了解铁路货车目前的运行状态、检修任务、检修内容明细、检修进度与三层平台供断电状态；33控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications检修实绩统计信息管理模块通过调用检修实绩相关信息，了解检修班组多维度的检修实绩，为管理人员提供有效的检修决策数据9；三层平台登顶信息管理模块负责实时记录每股道三层平台的供断电信息，管理登顶卡，便于查询登顶卡使用情况，为供断电决策提供辅助支持，降低安全隐患；人脸识别认证信息管理模块通过人脸识别技术，完成工作人员的认证管理，并设置操作权限，避免违规操作；故障检修溯源信息管理模块找到铁路货车故障发生的原因，避免日后类似故障事件发生；货车运行质量追踪信息管理模块负责自动分析与汇总铁路货车运行相关信息，为检修质量评估提供有效的数据支持。图1铁路货车检修信息管理系统的总体架构2.1采集铁路货车检修信息的传感器利用多个传感器采集铁路货车检修信息，传感器结构如图2所示。传感器采集并存储铁路货车检修过程中的温度与压力等相关信息10；读写器的作用是读取电子标签内的信息，通过中间件将读取的信息经由控制器传输至数据库内，有效存储采集的铁路货车检修相关信息。2.2铁路货车检修信息的多传感器信息融合利用小波神经网络融合传感器采集的铁路货车检修信息。传感器i与j采集的铁路货车检修信息xi和xj间差值的绝对值是绝对距离=|xi-xj|，两者的融合程度zij为：(1)式中，wij是xi和xj的融合权重。图2传感器结构图多个传感器采集的铁路货车检修信息的融合度矩阵是Z；i的一致融合度ui(t)如下：(2)式中，时间是t；一致性系数是；传感器数量是m。i的分布均衡度和可信度系数分别为：(3)(4)式中，是修正系数。铁路货车检修信息融合结果可信度g为：(5)小波神经网络融合铁路货车检修信息步骤为：(1)通过小波技术分层处理多个传感器采集的铁路货车检修信息，去除铁路货车检修信息内部噪声，获取每层的低频系数与高频系数；(2)阈值处理高频系数，通过小波神经网络优化低频系数，得到优化后的低频系数；(3)通过高频系数重构优化后的低频系数；(4)求解每段时间铁路货车检修信息的C与u，利用C与u按照式(5)求解传感器的可信度，依据可信度，融合多个传感器采集的铁路货车检修信息，获取最终的融合结果。34自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期控制理论与应用Control Theory and ApplicationsTechniques ofAutomation&Applications2.3铁路货车检修工序信息图3车钩缓冲装置检修工序铁路货车中车钩缓冲装置至关重要，直接影响铁路货车运行安全，因此，需要对其进行检修，车钩缓冲装置检修工序如图3所示，主要工序的功能为：(1)架车计划通过共享方式获取驾车计划，共享当日架车车型、车号、股道、台位等信息；(2)钩缓收入根据架车信息核实和HMIS车辆履历信息接口，自动下载钩缓装置详细信息，完善钩缓装置信息；(3)钩缓分解指在成套钩缓装置分解机工位对钩缓装置进行分解，利用移动设备对电子标签进行扫描识别，进行信息核对，分解这些部件并送至配件检修车间进行检修；(4)缓冲器检修通过缓冲器上的电子标签进行信息核对及共享，通过手持机扫描电子标签，对检查信息进行录入，信息管理系统根据外观检查录入信息结合缓冲器基本信息，自动判定报废信息，供检查者确认，确认组装工序；(5)钩体检修是在钩体检修流水线上，通过钩体上的电子标签，进行信息核对与共享，自动判定报废情况，录入检查结果，自动生成检修记录，实时共享，需要报废的，自动生成报废记录；(6)钩体加修是提取钩体基本信息进行核对，录入钩体加修情况，自动生成加修记录，实时共享；(7)钩体与钩舌组装通过手持机扫描钩体与钩舌电子标签，提取相应信息进行核对，自动判定组装条件，判定组装结果，核实组装形成组装记录；(8)三态试验是通过手持机扫描钩体电子标签，自动调取组装信息，选择试验者进行分工，列出已经分工的组装记录，录入三态试验结果；(9)钩尾框检修是在钩尾框检修流水线上，通过电子标签进行数据提取与共享，自动核对基本信息，对钩尾框进行电子标签绑定，根据信息初步判定报废情况，供工作者核对；(10)钩缓支出是通过叉车将钩缓装置运送到架车车间，提取钩缓装置基本信息进行核对，选取架车计划中的车辆，进行钩缓装置上车确认。(11)验收管理是通提取各部件所有工序流程，查看加修记录，进行全局检修质量跟踪，防止漏修、漏检；返工管理是通过使用操作返工实现调整工序，涉及到各个工序工位，需要填写返工原因等信息；(12)设备管理利用设备台帐维护设备基本信息，采用点检项维护实现设备点检内容等信息维护，自动生成设备点检记录卡，根据设备点检情况，自动生成设备点检、运转记录卡。3实验结果与分析以某铁路公司的铁路货车检修车间为实验对象，安装20个传感器，在智慧化控制中心工作台上设服务器、工业微机、显示器、鼠标等硬件，服务器可储存2个月摄像资料。利用本文系统对检修车间检修信息进行管理，验证系统有效性。实验仪器型号如表1所示。表1实验仪器型号实验仪器传感器服务器显示器鼠标型号华众自动化AUZ-PU-l45浪潮英信NF8260M6德特康FPD-220W英菲克PW2H采集该检修车间中铁路货车检修信息，以压力信息为例，采集结果如图4所示。分析图4可知，系统中的3个传感器，均可有效采集铁路货车车钩缓冲装置检修过程中的压力信息。实验证明系统可有效采集铁路货车检修信息。图4压力信息采集结果依旧以车钩缓冲装置检修中压力信息融合结果如图35控制理论与应用Control Theory and Applications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications5所示。分析图5可知，系统可有效融合多个传感器采集的车钩缓冲装置检修的压力信息，各个传感器采集的压力信息均不相同，且差距