一种铁路智慧货车系统的制作方法

1.本发明属于铁路运输和铁路机车车辆技术领域，涉及一种铁路智慧货车系统。


背景技术：

2.随着铁路运输不断向高速重载方向发展，铁路货运车辆在安全和管理方面存在的问题，越来越突显出来。由于铁路货运车辆上没有电源，车辆上无法配置现代化的电子检测设备，车辆在运行中的状况不能得到实时监视，很多车辆一直处于“带病黑跑”状态，存在较大的运输安全隐患。虽然铁路部门已经推广了货运车辆的地面监测设备，但由于地面监测设备在实时性和准确性方面具有难以克服的固有矛盾，因此在货运车辆上安装车载监测设备就成为现实迫切的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种铁路智慧货车系统，实现了铁路货运车辆智慧化，并与地面服务平台智慧化相结合，构建了全功能智能化、多维度数字化、可配置模块化的铁路智慧货车系统，可以为铁路运输安全保驾护航，为铁路智能物流提供货物追踪信息，为货运车辆状态维修提供数据支撑。
4.本发明所采用的技术方案是，一种铁路智慧货车系统，包括铁路货运车辆的车载设备和地面服务平台，所述铁路货运车辆的车载设备包括控制模块、检测模块、车地通信模块和电源模块，检测模块输出端连接控制模块，电源模块用于车载设备供电；
5.所述地面服务平台包括数据基础功能和数据应用功能，数据基础功能采用分布式大数据流计算引擎组件、分布式计算服务组件、内部接口消息服务组件、web服务应用中间件实现资源的统一调度，数据应用功能在云平台的系统应用层，主要通过业务服务直接实现用户的价值需求；所述铁路货运车辆通过车地通信模块与地面服务平台进行交互。
6.本发明的特点还在于：
7.其中电源模块包括集中式发电单元、分布式发电单元和电能存储单元；集中式发电单元用于当用电量大且安装条件具备的车载设备，通过集中式发电单元对电能存储单元进行浮充电，电能存储单元用于在货车停运时给车载设备供电；分布式发电单元用于用电量较小且安装困难的车载设备；
8.其中集中式发电单元包括轴端发电机或振动发电机；电能存储单元包括锂电池组；分布式发电单元利用微电源技术实现相关车载设备就地自主独立发电，包括微发电机和微电池；
9.其中控制模块包括数据处理单元、本地存储单元和控制网络单元；
10.所述控制模块通过控制网络单元获取检测模块的检测信息，控制模块采用北斗卫星的时间信息为其他车载设备提供授时功能，采用北斗 惯性导航进行组合定位，获得货车的位置和速度信息；
11.所述控制模块通过数据处理单元对采集的数据信息进行处理，具体包括远程点播
处理、事件识别处理、故障识别处理、数据文件处理和数据融合处理；控制模块通过本地存储单元在固态硬盘中存储信息，具体包括事件数据、故障数据、全程运行数据、自检信息和履历信息；
12.其中控制网络单元包括两种控制网络，具体为双向串行传输的can现场总线网络和zigbee无线通信网络；
13.其中检测模块具体包括轴温检测单元、超偏载检测单元和制动检测单元；
14.轴温检测单元采用温度传感元件测量货车轴承的温度，每个转向架4个轴承测点；每辆货车2个转向架，共8个轴承测点；控制模块直接测量环境温度作为基准，结合轴承温度计算各个轴承的温升；
15.超偏载检测单元采用称重传感元件或测距元件的数据计算货车超载和偏载，每个转向架左右2个测点；每辆货车前后2个转向架，共4个测点；
16.制动检测单元通过在空气制动机的制动管、副风缸、制动缸部位安装压力传感元件，检测相应压力参数的变化情况，以对货车的制动安全状况进行实时监测；三种检测设备皆采用分布式发电单元和zigbee无线通信网络；
17.其中车地通信模块包括数据通信单元和操作通信单元；
18.数据通信单元包括4g/5g、gsm
‑
r、wlan、北斗天线，以无线通信方式完成车地数据传输，与地面服务平台的服务器进行信息交互；
19.车地通信模块通过操作通信单元从手持终端或自动装卸设备读入装货或卸货信息；
20.其中地面服务平台具体为根据铁路货车的实际业务应用需求，并根据数据信息一致性标准要求而搭建起来的云计算平台，是位于顶部用户的中心云或是靠近底部用户的边缘云；
21.其中数据基础功能包括数据安全、数据存储和数据管理；数据安全功能，纵向贯穿云平台的各个层面，进行不同方面的安全配置设置，以保障系统安全运行；数据存储功能采用分布式数据库和分布式文件系统，保证数据的可靠存储；数据管理主要包括用户管理、权限管理和数据监控；
22.所述数据应用功能位于云平台的系统应用层，具体包括货运保障、货物追踪和货车检修；
23.货运保障功能实现货车状态远程监测和故障诊断；
24.货物追踪功能实现货车的远程定位和动态跟踪；
25.货车检修功能实现货车的智能运维。
26.本发明的有益效果是：
27.本发明的一种铁路智慧货车系统可以实现货运车辆本身的信息化和智能化，实现铁路货车智慧升级，构建一个铁路货车的数字化综合应用体系。利用铁路智慧货车系统，铁路货运车辆管理将更加及时、更加精细、更加规范，增强管理的有效性和决策的科学性，使铁路货运生产要素达到一个更高的阶段，使铁路货物运输效率提升到一个新的水平。铁路智慧货车系统具体可以实现：
28.1、货车状态远程监测和故障诊断。实时监控铁路运输在途货车的故障信息，对货车重大故障进行实时报警，使铁路部门能够及时处置异常情况，构建铁路货车安全风险实
时防控体系。
29.2、货车远程定位和动态跟踪。通过电子地图远程定位货车当前所在位置和线路信息，真实准确地对铁路货车运行轨迹进行实时监控和记录，为运输调度指挥、货车运用管理和相关货车运用考核工作提供有力支持。货车的远程定位和动态跟踪信息与铁路95306网的货物数据信息进行融合，有助于推动铁路运输向现代物流的转型。
30.3、货车智能运维。通过实时采集货车的状态信息，为每辆货车建立动态质量信息库，以便对新造、检修货车质量进行评价考核；结合货车的运行里程，可以实现货车的状态维修；通过对铁路货车质量信息大数据的挖掘分析，可以为货车运维决策提供数据支持。
附图说明
31.图1是本发明的一种铁路智慧货车系统的组成结构示意图；
32.图2是本发明的一种铁路智慧货车系统的功能分类示意图。
33.图中，1.铁路货运车辆，11.电源模块，111.集中式发电单元，112.分布式发电单元，113.电能存储单元，12.控制模块，121.数据处理单元，122.本地存储单元，123.控制网络单元，13.检测模块，131.轴温检测单元，132.超偏载检测单元，133.制动检测单元，14.车地通信模块，141.数据通信单元，142.操作通信单元，2.地面服务平台，21.数据基础功能，211.数据安全，212.数据存储，213.数据管理，22.数据应用功能，221.货运保障，222.货物追踪，223.货车检修。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
35.本发明提供了一种铁路智慧货车系统，如图1所示，由智慧化铁路货运车辆1和智慧化地面服务平台2两大部分组成。
36.首先实现铁路货运车辆本身的智慧化；铁路货运车辆的工作状况比较恶劣，车辆功能结构也比较多样；智慧化铁路货运车辆1在安装车载设备时，必须将这些车载设备设计得坚固耐用，以适应恶劣工况；同时尽量使这些车载设备微型化，以便于隐藏安装，不影响货运车辆的正常作业；并且要实现这些车载设备的模块化，用户可以根据其不同的需求和车辆的不同类型，选择具有不同功能的车载模块，方便灵活地完成配置；
37.如图1所示，货运车辆采用电源模块11为车载设备供电；如图2所示，为了尽量减少车载设备安装时对车辆现有结构的改动，供电分两种情况：一种情况是，对于用电量较大且安装条件具备的车载设备，可以采用集中式发电单元111进行供电。当货运车辆运行时，系统处于全功率工作模式，由集中式发电单元111给相关车载设备供电，同时，给电能存储单元113进行浮充电。集中式发电单元111主要由轴端发电机或振动发电机等组成，电能存储单元113主要由锂电池组成。当货运车辆停止运行时，系统处于低功耗工作模式，由电能存储单元113继续向相关车载设备供电。另一种情况是，对于用电量较小且安装困难的车载设备，则可以采用分布式发电单元112，利用微电源技术，实现相关车载设备就地自主独立发电。微电源主要由微发电机和微电池等组成。
38.控制模块12是车载设备的控制核心，能够实现货车控制功能。控制模块12可以直接采集数据信息，也可以通过控制网络单元123从检测模块13获取信息。控制模块12采用北
斗卫星的时间信息为其他车载设备提供授时功能，采用北斗 惯性导航进行组合定位，获得货车的位置和速度等信息。控制模块12通过数据处理单元121对采集的数据信息进行智能处理：远程点播处理、事件识别处理、故障识别处理、数据文件处理、数据融合处理。控制模块12通过本地存储单元122在固态硬盘中存储几类信息：事件数据、故障数据、全程运行数据、自检信息、履历信息。货车的控制网络单元123由两种控制网络构成：一种是双向串行传输的can现场总线网络，接线简洁，抗干扰性和通信实时性较强。另一种是zigbee无线通信网络，功耗较低，拥有网络自愈和自动组网功能。两者根据不同车载设备的实际情况采用。
39.检测模块13的检测范围涵盖了铁路货运车辆的几大部件：车底架及车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置等。其中，最重要的三种检测设备为：轴温检测单元131采用温度传感元件测量轴承的温度。每个转向架4个轴承测点；每辆货车2个转向架，共8个轴承测点。另外，控制模块12直接测量环境温度作为基准，计算各个轴承的温升。超偏载检测单元132采用称重传感元件或测距元件的数据计算货车超载、偏载，每个转向架左右2个测点；每辆货车前后2个转向架，共4个测点。制动检测单元133通过在空气制动机的制动管、副风缸、制动缸等部位安装压力传感元件，检测相应压力参数的变化情况，以对货车的制动安全状况进行实时监测。三种检测设备皆采用分布式发电单元112和zigbee无线通信网络，无需接线，安装方便，实用可靠。
40.车地通信模块14通过数据通信单元141的4g/5g、gsm
‑
r、wlan、北斗等天线，保证系统无线通信链路的全覆盖，以无线通信方式完成车地数据传输，与智慧化地面服务平台的服务器进行信息交互。货车在途运行时，把车载设备采集的货车状态信息、货车故障信息等实时信息通过4g/5g、gsm
‑
r传输到地面服务器，货车位置信息、紧急报警信息通过北斗短报文传输到地面服务器；地面服务器可以把远程点播等指令信息通过4g/5g、gsm
‑
r发往车载控制模块12。货车位于车辆段、编组场、检测站、车站等处时，通过wlan实现车地非实时信息双向传输，将大容量信息转储到地面数据服务器。货车在进行货物装载作业或货物卸载作业时，车地通信模块14通过操作通信单元142从手持终端或自动装卸设备读入装货或卸货信息，为货物追踪222功能提供货物数据信息。
41.智慧化地面服务平台2是根据铁路货车的实际业务应用需求，并根据数据信息一致性标准要求而搭建起来的云计算平台，可以是位于顶部用户的中心云，也可以是靠近底部用户的边缘云。
42.数据基础功能21采用分布式大数据流计算引擎组件、分布式计算服务组件、内部接口消息服务组件、web服务应用中间件，实现资源的统一调度。数据安全211功能，纵向贯穿云平台的各个层面，进行不同方面的安全配置设置，以保障系统安全运行。数据存储212功能采用分布式数据库和分布式文件系统，保证数据的可靠存储。数据管理213主要包括：用户管理、权限管理、数据监控等。
43.数据应用功能22在云平台的系统应用层，主要通过业务服务直接实现用户的价值需求。系统实现的业务应用功能有很多，其中最为重要的功能有三项：货运保障221功能实现货车状态远程监测和故障诊断。实时监控铁路运输途中的货运车辆，掌握在途货车的故障信息，合理处置在途货车的非正常运行情况，构建安全风险实时防控体系。铁路智慧货车系统通过采集货车数据，实现对货车故障、轴温异常、超偏载、制动失效、货车火灾等的实时报警，使铁路部门能够实时掌握货车在线上运行的异常情况，以便及时进行处置，防止发生
事故，或者控制事故后果，降低事故损失。货物追踪222功能实现货车的远程定位和动态跟踪。通过监测货车在线运行过程中的实时状态信息，并通过电子地图远程定位货车当前所在位置和线路信息，实现对铁路货车运行轨迹的实时监控和记录。这一过程是自动化进行的，不会受人为因素干扰，所获取的数据真实准确有保障，可以为运输调度指挥、货车运用管理和相关货车运用考核工作提供有力支持。货车的远程定位和动态跟踪信息与铁路95306网的货物数据信息进行融合，有助于推动铁路运输向现代物流的转型。货车检修223功能实现货车的智能运维。通过实时采集货车的状态信息，及时了解货车的设备状态，为每辆货车建立质量信息库，建立货车质量客观评价体系。通过对每辆货车质量的跟踪分析，能够对新造、检修货车质量进行评价考核；结合货车的运行里程，可以实现货车的状态维修；通过对铁路货车质量信息大数据的挖掘分析，可以为货车技术改进、修程修制改革等提供决策支持。
44.铁路智慧货车系统采取多种技术手段，在铁路货运车辆上安装车载设备，实现货车本身的智慧化，并通过多种车地无线通信链路，将货车的各种信息传输到智慧化地面服务平台，构建成为一个铁路货车的大数据应用体系。铁路智慧货车系统可以为智慧铁路提供数字化专业服务，有利于提高运能、提高运用安全、降低运维成本，是铁路货运车辆的一个系统解决方案。