一种轨道交通设施数据自动检查及采集方法

技术领域

本发明属于铁路信号系统数据采集技术领域，具体涉及一种轨道交通设施数据自动检查及采集方法。

背景技术

随着我国铁路建设的高速发展，截至2020年底，铁路营业里程14.6万公里，其中高铁3.8万公里；城市轨道交通运营里程7354.7公里，我国高速铁路里程、城市轨道交通运营里程都稳居世界第一。安全对于轨道交通行业是至关重要的话题，关乎着人民的生命和财产安全，及时有效的对铁路基础设施安全隐患的排查是必不可少的操作。

但时至今日，基础设施的检查和维护工作中很多部分是由在现场工作的重型机械和维护团队共同完成。同时因为有限的人力资源、工作限制（日程安排、旅行等）意味着基础设施只能被部分检查，且需要多次访问才能检查所有内容。所以检查结果可能是错误的、不完整的和可变的，这取决于检查员和检查/维护程序。操作员在给定日期没有完整的基础设施状态，但他必须汇总来自不同班次和日期的结果，所进行的测量受到可用工具和待检查地点的可达性限制。

因此，该种情况下的流程存在以下几个缺陷：维修团队的组织，检查能力的限制，维修过程中的错误和遗漏，检查/维修报告的错误和缺乏信息，收集的信息的局限性，以及一些不可达地方无法进行检查 。

随着对技术的不断更新迭代，铁路基础设备相关的自动检查设备也参差不齐，但都会存在以下不足：设备自动化程度低，需要人工重度参与；设备抗压能力弱，只能运行于部分区域，存在不可达的测试盲区；因设备环境约束只能搭载少量的计算单元，在低算力的情况下对实时获取的数据信息进行筛选过滤，在铁路维修检查方面是存在极大风险；设备对网络质量要求高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道交通设施数据自动检查及采集方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轨道交通设施数据自动检查及采集方法，由平台数据中心向数据采集机器人管理系统发出数据采集指令，数据采集机器人管理系统再自动规划采集线路和采集方式方法，分配给具体的机器人，采集机器人采集完成后的数据回传到机器人管理系统，机器人管理系统汇总后上传至平台数据中心，具体包括以下步骤：

1）控制数据采集机器人在获取任务信息后检索测试的位置及内容，根据预设的检查规则，对即将进行的环境进行分析，通过机械手臂自主选择本次采集所需的设备，确定传感器类型和数量；

其中，预设的规则包括采集的区域、采集的密度、采集的时间、采集的时长、采集的周期、采集的类别信息；

2）对采集区域的判断，首先对行驶的位置精度进行判断，通过计算不能到达该区域或者与其他事务冲突或者周围的环境存在特殊情况会进行预警；

3）到达测试区域后，需要长时间获取采集温度、湿度、光线、风力等数据时，在规定位置通过机械手臂放置所需的传感器进行定时搜集，同时记录采集时间和地方，在规定时间下数据采集机器人会多次往返进行搜集已采集相关数据信息的传感器；

4）数据采集机器人完成对传感器的搜集任务后，会立刻读取传感器里的信息，同时对收集的详细的数据信息再进行分类存储；

5）在数据采集机器人运行的过程中持续对搜集任务的完成情况进行判断，对于遗漏的情况进行自动查补；

6）数据采集机器人在规定时间返回，机器人管理系统首先确认机器人的状态情况，再逐个读取数据采集机器人的数据库，对于未返回的数据采集机器人会向平台数据库中心发生报警信息，同时附有具体的位置数据；对于数据存在遗漏的情况进行及时报警，安排再采集或者其他操作；在上述操作确认无误后，由数据采集机器人管理系统统一把收集的数据上传至平台数据库中心，以供其他计算平台进行智能分析和处理。

7）在完成数据上传的数据采集机器人会在规定的区域进行自动充电和放置上个项目搭载的设备，同时会对自身状态情况进行检查反馈。

预设规则还包括对数据采集机器人到达采集区域的确认、采集区域环境的确认、采集力度确认、采集时间的确认、其他事务发生冲突的确认、多次多部分铁路基础设施进行采集的确认和对特定的铁路基础设置进行采集的确认。

所述数据采集机器人对于传感器标签，数据收集是通过无线电接口与安装在基础设施上并在现场持续收集信息的传感器完成的。

所述数据采集机器人是由控制运动、测量其位置和执行程序化动作的计算机控制。计算机还嵌入了数据库，通过SSD硬盘驱动器，存储数据采集机器人测量的数据；数据与时间、位置和内容一起存储，可以是文本、图片或来自度量的二进制数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

全自动、节能降耗、快速、完整、韧性、安全的解决方案。可以更方便全面了解基础设施的状况，有针对性地组织维护并确保安全。将所有采集的检测数据及时发送到平台数据中心。

附图说明

图1为数据采集机器人的外形及工作原理图；

图2为数据采集机器人的内部结构图，左侧装有超声波传感器，右侧装有传感器标签模块，电池和其他检查设备在数据采集机器人内部或顶部，机械手臂位于数据采集机器人身两端；

图3为传感器安装示意图；

图4为数据采集机器人接收任务及预判流程图。

图5为数据采集机器人终端框图。

图6为数据的处理方法流程图。

图7为本发明实施例提供的铁路基础设施采集系统结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：图1为智能控制数据采集机器人的外形图，发明设备描述：智能控制数据采集机器人零件和程序主要是部署在塑料材质的车上，在数据采集机器人顶部和底部设有高速立体拍摄摄像头，在车身两旁分别是超声波模块、其他定制模块、各种轨道定位装置、收集数据的传感器及传感器标签、无线电发射器、储存器、机械臂、夜视仪等设备。

图4为本发明实施例提供的是用于智能控制数据采集机器人接收任务及预判流程图方法的流程示意图；根据平台的任务发布中心发布此次检查任务计划，自动层级分配，最终确定到每一台智能控制数据采集机器人。

智能控制数据采集机器人队（服务器或远程控制终端）根据平台任务中心的任务信息，再自动细化任务和采集线段位置。每台数据采集机器人配备 Wifi 和公共通信无线电（GSM、2G、3G、4G/LTE、5G），这种无线电通信允许配置数据采集机器人任务、检索检查数据，并在需要被自动接管，从而被数据采集机器人队控制每台设备。

数据采集机器人队把分配好的特定任务通过无线通信技术发送到目标控制数据采集机器人，使得数据采集机器人在状态正常情况下成功接收任务。

将所述细化任务和采集线段信息发送到目标智能控制数据采集机器人 ，以使得所述智能控制数据采集机器人根据所接受的具体采集任务，对铁路基础设施中对应的区域进行预先的判断，通过机械手臂自主选择本次采集所需的设备，如传感器类型和数量。在完成准备工作后开始作业，对采集的数据进行存在，返回数据采集机器人管理系统后进行上传，由数据采集机器人管理系统统一梳理打包后发送至平台数据库中心。

在预设的规则中包含有以下信息：采集的区域、采集的密度、采集的时间、采集的时长、采集的周期、采集的类别。

其中，采集的区域是指智能控制数据采集机器人需要计算确定行驶的位置及开始检查的位置，其二者是不同的工作方向，行驶的位置是到达检查位置的前提，如果通过计算不能到达该区域或者与其他事务冲突或者周围的环境存在特殊情况会进行预警。在行驶的过程中不会开启搜集模块，例如超声波模块、传感器模块、高速摄像头等。在完成行驶位置确定无误后进行采集位置的核算，包括电量的测算，环境的测试、各模块的使用测算，如果存在问题会进行预警或者增加相关辅助设备。

其中，采集的密度是指智能控制数据采集机器人在检查区域的数据收集强度，根据基础设施的使用年限、周围的环境、构造方式等进行强度的调整，有针对性的加强或减弱检查密度，在保障安全完整的检查条件下进行节能减耗。

其中，采集的时间是指数据采集机器人在规定时间进行作业，避免与其他数据采集机器人或活动事务发生冲突。

其中，采集的时长是指数据采集机器人对某些区域的基础设施的数据收集时间，根据需要增加时间长度，即收取更多更详细的数据信息，减少时间长度，即保证基础的数据采集工作。

其中，采集的周期是指数据采集机器人对部分基础设备进行多次采集工作，一方面是在一定增长的时间基础上仍不满足搜集需求时，数据采集机器人会额外多次往返对这些基础设备进行收集。另一方面是指某些基础设备需要在不同的时间、温度、湿度、光线、风力的条件下进行对比样本的采集，这也将要求数据采集机器人增加采集的频率。

其中，采集的类别是指数据采集机器人对基础设备数据收集的方向，通过任务计划，选择不同的收集方式，例如高速摄像头、超声波传感器、温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、风速传感器等。

优选的，装在各种设备的智能控制数据采集机器人根据线路自动行驶到引导运输的线路（地铁、有轨电车、高铁）上进行检查。因为它基于一个支持 4 个轮子的车身，可以根据导轨或导向装置进行调整，并引导智能控制数据采集机器人沿着导轨行驶。

自动检查基础设施的智能控制数据采集机器人能够快速介入现场，收集完整信息，可进入人类难以进入的场所，拥有强大且全面的测量能力。

图5为本发明实施例提供的数据采集机器人终端框图，在智能控制数据采集机器人到达测试区域后，根据预设采集的密度、采集时间、采集时长、采集周期，进行选择性开启所需的设备，如高速摄像头、超声波传感器等。

根据数据中心发布的测试任务，数据采集机器人在到达部分需要放置传感器区域时，结合预设信息，在规定位置通过机械手臂放置所需的传感器进行定时搜集，同时记录采集时间和地方。传感器标签通过低功耗蓝牙和 MQTT 协议与数据采集机器人进行通信：数据采集机器人写入标签任务、位置。

在规定时间下数据采集机器人会多次往返进行搜集已采集相关数据信息的传感器。传感器上的标签在被数据采集机器人收回后（传感器标签根据任务收集数小时到数周的轨道数据），会将任务数据上传到数据采集机器人数据库。

同时在数据采集机器人运行的过程中，也会持续对搜集任务的完成情况进行判断，以便对于遗漏的情况进行自动查补。

对于数据的采集，每个数据采集机器人都嵌入了拓扑数据库和资产管理数据库。

数据采集机器人根据拓扑模型定义连续确定其在路线上的位置：具有固有坐标的网元上的位置（值从 0.00000 - 网元开始 - 到 1.00000 - 网元结束）。

测量数据存储如下：

-检查资产

- 内在坐标（遵循 RTM 定义）——来自数据采集机器人里程计测量

-时间（格式 YYYY-MM-DD-hh:mm:ss）

- 基于记录值、图片或超声波测量数据的资产管理数据模型（物理测量单位，如温度，以°C为单位，数据格式的数据集，文件格式的图片数据）

标签传感器数据存储如下：

-检查对象

- 内在坐标（遵循 RTM 定义）——来自下载的数据任务

-时间（格式 YYYY-MM-DD-hh:mm:ss）

-从资产管理数据模型中记录价值。

当数据采集机器人检索标签传感器时，所有测量数据都会上传到数据采集机器人数据库中。

当所有数据采集机器人返回维护中心时，所有数据采集机器人的数据库都会被数据采集机器人管理系统进行搜集整理。

根据数据采集机器人被赋予覆盖不同区域的不同任务，数据采集机器人管理系统系统汇总这所有数据后上传至平台数据库中心，这样可以提供完整的铁路线的数据库。

数据库里存放有在不同时间段下检查不同对象的所有测量数据信息，因此可以根据该数据库确定特定资产和特定位置的设备在一段时间内的演变。

在本发明实例中，智能控制数据采集机器人是由控制运动、测量其位置和执行程序化动作的计算机控制。计算机还嵌入了数据库，通过SSD硬盘驱动器，存储数据采集机器人测量的数据。数据与时间、位置和内容一起存储，可以是文本、图片或来自度量的二进制数据。

智能控制数据采集机器人轨道的定位同样关键，我们将通过确定轨枕和扣件的方式进行，涉及另一个发明，在此发明中不再表述。定位轨道的目的一方面是准确行驶，另一方是放置传感器，对于传感器标签，数据收集是通过无线电接口与安装在基础设施上并在现场持续收集信息的传感器完成的。

图2为本发明实施例提供的自动采集铁路基础设施的智能控制数据采集机器人的内部结构图，在对于传感器部分，是放置在数据采集机器人两旁，或在数据采集机器人内部。因此无需在基础设施上安装永久连接的传感器并为其供电（这维护起来既昂贵又复杂）。通过运行的数据采集机器人在安装检查系统期间定位在轨道上。这些传感器也可以是被动的，数据采集机器人会拍摄传感器的照片，直观的表明基础设施的状况。如果检查区域出现问题，数据采集机器人将对该区域进行拍照记录，以便维修人员进行维修。

需要说明数据来源，如图3，本发明实施例提供的传感器安装示意图中，数据主要来源于智能控制数据采集机器人的高速立体摄像头、声音收集器、各种传感器，其中传感器包括超声波、温度、湿度、光线、风速等。具体传感器的选择根据平台任务中心或数据采集机器人管理系统决定。

还需要说明存放的方式，类型分为文本数据信息，包括具体基础设备名称、实际采集数值和采集的时间点或区间；图片包括具体铁路基础设备的状态（颜色、外形）、位置、光线；声音包括周围环境实际声音的录制，必要时会录制带有声音的视频数据信息。

在本发明实施例中，智能控制数据采集机器人的电池是由其机器人本身系统根据预设的规则进行选择的，电池将用于到达采集区域前的行驶，到达采集区域后的对机械臂、传感器的放置、超声波模块、高速立体摄像头等相关模块的使用。采集完成后对传感器的定位收集、传感器数据的读取、数据梳理后的存储。以及返回数据采集机器人管理系统所需要的能量。同时智能数据采集机器人会额外预留部分电量用于发送实时位置，用以防止突发事故导致数据采集机器人无法按计划进行或返回，或返回途中电量不足以支撑到其返回数据采集机器人管理系统情况。因此，智能数据采集机器人可以对线路进行全面检查，覆盖范围从几公里到几十公里不等。

在本发明实施例中，智能控制数据采集机器人工作的环境是在当铁路基础设施上没有交通运行时。因为其配备了用于夜间工作的投影仪，所以可以白天或晚上进行工作。

数据采集机器人配备 Wifi 和公共通信无线电（GSM、2G、3G、4G/LTE、5G）。这种无线电通信允许在准备工作期间数据采集机器人管理系统分配数据采集机器人任务、检索检查数据，并在需要时在自动模式时控制每个数据采集机器人。在作业期间，这种无线电通信允许数据采集机器人向数据采集机器人管理系统发生位置信息，考虑到环境的恶劣，只发送简单的维度信息，并会设定发送的周期。所以数据采集机器人在非无线电区域，不会受到通信的干扰，仍可以自动运行。

因为每个数据采集机器人都有一个明确的任务要执行，在采集任务完成后，数据采集机器人会触发返回数据采集机器人管理系统的指令，在数据采集机器人到达队伍停在维修基地后，如图6所示，通过 wifi 将其任务结果和所有传感器标签数据传送到数据采集机器人管理系统，再由队伍梳理确认无误后统一发送至平台数据库中心，数据中心可以通过平台在第三方设备上进行完整播放和阅读，也可在某一特定时间点查询基础设施的完整状态。上述操作完成后每个数据采集机器人会自主进行安全检查，确认无误后，每个数据采集机器人会卸载携带的采集设备并自动进行充电。

需要说明，在所有数据采集机器人都返回维护基地后，数据采集机器人管理系统会优先确保所有数据采集机器人都已返回，以防止在必须重新启动操作时，基础设施上仍有数据采集机器人在运行工作或者遗留在基础设施上。若确实发现存在未返回的数据采集机器人，数据采集机器人管理系统将通过自带的无线电确定其停留位置，采用人工方式或其他全自动方式进行协助返回。

参见图7所示的铁路基础设施采集系统结构框图，该系统流程中涉及平台数据中心、数据采集机器人管理系统系统、自动检查铁路基础设施的智能控制数据采集机器人。智能控制数据采集机器人与机器人管理系统系统通信连接；数据采集机器人管理系统系统与平台数据中心通信连接；数据采集机器人终端包括上述的铁路基础设置检查采集装置；数据采集机器人管理系统系统包括上述的铁路基础设置检查采集装置；平台数据中心包括上述的铁路基础设置检查采集装置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。