一种应用于列车设备的维护方法及系统

技术领域

本发明属于轨道交通列车维护技术领域，具体涉及一种应用于列车设备的维护方法及系统。

背景技术

列车出行以称为快捷安全的出行方式之一，也是调度物资的便捷方式。列车设备是安全行驶的重要设备。列车信号设备是指在铁路上为列车提供运行指示，以控制列车行驶的设备。其主要部分包括信号机、道岔机、轨道电路、车站自动闭塞设备、区间自动闭塞设备等。列车通信设备是组成完善的铁路运输通信网的关键部分，它们之间相互连接，从而实现运输任务的信息传递。以列车通信设备为例，这些通信设备互相配合才能完成信息传输，如果中间有任何一个设备故障，可能会影响信息的有效传输。而如果列车信号设备中的任一个故障，也可能会导致列车正常达到。

对列车设备维护是工作人员的重要工作，列车设备主要分为列车信号设备、列车控制设备和列车通信设备。这些设备的日常维护主要依靠人工完成形成文字报告，有部分的设备维护是由列车维护设备自动维护，生成日志供技术人员分析。现有的列车维护方案对于故障设备定位不太准确，需要根据维护报告一一查询，准确性和效率均有待提升。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于列车设备的维护方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种应用于列车设备的维护方法包括：

S100，获取同一车次的所有列车设备的拓扑连接关系；

S200，将每个列车设备作为有向图中的一个节点，并根据该节点与其他节点的拓扑连接关系建立连接边，所述连接边表示节点之间的关系流向；

S300，实时获取每个列车设备的运行状态，并根据所述运行状态生成实时属性信息；将所述实时属性信息确定为节点的实时属性得到设备维护有向图；

S400，实时监测所述设备维护有向图，若在所述设备维护有向图中有任一节点的实时属性发生变化，则根据该节点以及该节点的关系流向确定待甄别节点；

S500，对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。

第二方面，本发明提供了一种应用于列车设备故障的维护系统包括：

获取装置，被配置为获取所有列车设备的拓扑连接关系；

建立装置，被配置为将每个列车设备作为有向图中的一个节点，并根据该节点与其他节点的拓扑连接关系建立连接边，所述连接边表示节点之间的关系流向；

生成装置，被配置为实时获取每个列车设备的运行状态，并根据所述运行状态生成实时属性信息；将所述实时属性信息确定为节点的实时属性得到设备维护有向图；

检测装置，被配置为实时监测所述设备维护有向图，若在所述设备维护有向图中有任一节点的实时属性发生变化，则将该节点以及从该节点的关系流向指到的节点确定为待甄别节点；

维护装置，被配置为对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。有益效果：

本发明提供了一种应用于列车设备的维护方法及系统，通过将每个列车设备的拓扑关系以及运行状态得到设备维护有向图；实时监测设备维护有向图确定待甄别节点；对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；并利用目标节点重构所有节点的拓扑连接关系。本发明利用有向图加载同一车次的多个列车设备的运行状态，可以实时监控列车设备状态便于维护；在监控到节点的属性信息变化时对待甄别节点作进一步作故障判断，以将故障节点从有向图中切断，从而将故障的列车设备从整个车次中离线，重构所有列车设备的拓扑连接关系，以维护整个设备系统的安全性和稳定性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的一种应用于列车设备的维护方法的流程示意图；

图2是本发明提供的有向图中连接边的关系示意图；

图3是本发明提供的一种应用于列车设备故障的维护系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

第一方面，如图1所示，本发明提供了一种应用于列车设备的维护方法包括：

S100，获取同一车次的所有列车设备的拓扑连接关系；

其中，所述拓扑连接关系包括列车设备之间的通信关系、控制关系和信息供给关系。

通信关系是指列车设备之间通过通信构成的关系，而信息供给和控制关系也可以利用通信关系完成，但是在一些机械连接中并不存在通信关系。控制关系是指受控设备和控制设备之间通过控制信号执行某种控制操作构成的关系；信息供给关系是指提供信息内容的列车设备向需要提取信息内容的列车设备，两者之间通过信息传递构成的关系。

同一车次的列车不论是货运还是客运一般都有多辆，而多辆列车按照车辆次序依次连接，在连接过程中涉及到多辆列车的列车设备。有些列车设备的设备类型是相同的，而有些列车设备具有更高的权限和功能。比如列车的制动系统中的设备或者列车驱动系统中的设备，而有些列车设备例如空调的等级较低。

S200，将每个列车设备作为有向图中的一个节点，并根据该节点与其他节点的拓扑连接关系建立连接边，所述连接边表示节点之间的关系流向；

有向图存在多个节点和多个连接边，边分为有向边和无向边。本步骤中使用的有向边，有向边指向决定了节点在拓扑连接关系中的地位，具体是受控方还是控制方，是接收节点还是发送节点。

S300，实时获取每个列车设备的运行状态，并根据所述运行状态生成实时属性信息；将所述实时属性信息确定为节点的实时属性得到设备维护有向图；

运行状态是列车设备的重要衡量指标，比如驱动系统中的驱动设备，列车时速多少，驱动力多大等等指标。这些指标直观的反应了列车设备的状态，因此可以根据列车设备的运行状态生成实时属性信息，并将实时属性信息转换至有向图中，如此就可以直观的得到整个车次所有列车设备的设备维护有向图。在设备维护有向图中可以用不同的颜色标注节点的维护状况，维护人员可以通过点击或选择的方式进入设备维护有向图的监控界面进行实时监控。

S400，实时监测所述设备维护有向图，若在所述设备维护有向图中有任一节点的实时属性发生变化，则根据该节点以及该节点的关系流向确定待甄别节点；

如果设备维护有向图中任一个节点的实时属性发生变化，则可以确定这个节点对应的列车设备的运行状态发生变化，该种变化可能是列车设备故障引起的，因此需要进一步判断。

S500，对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。

本发明中对待甄别节点作故障判断可以快速的定位到哪个节点是故障节点，这样在多辆列车上可以将该故障列车设备的连接关系重构下，当然重构的节点需要查找同类型的列车设备，如此相比于现有技术中将所有列车设备重构的方案，本发明=可以降低重构的难度。如果没有同类型的列车设备，则可以重构到根节点上，根节点的等级大于故障节点的等级。

本发明提供了一种应用于列车设备的维护方法，通过将每个列车设备作为有向图中的一个节点以及建立连接边；将每个列车设备的运行状态生成实时属性信息；将实时属性信息确定为节点的实时属性得到设备维护有向图；实时监测所述设备维护有向图确定待甄别节点；对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。本发明利用有向图加载同一车次的多个列车设备的运行状态，可以实时监控列车设备状态便于维护；在监控到节点的属性信息变化时对待甄别节点作进一步作故障判断，以将故障节点从有向图中切断，从而将故障的列车设备从整个车次中离线，重构所有列车设备的拓扑连接关系，以维护整个系统的稳定性。

在本发明一种具体的实施方式中，S200包括：

S210，将每个列车设备作为有向图中的一个节点；

S220，根据列车设备之间的通信关系建立节点之间的第一连接边，所述第一连接边存在通信关系流向；通信关系流向所指为接收节点，与所述接收节点对应的为发送节点；

S230，根据列车设备之间的控制关系，建立所述发送节点与接收节点之间的第二连接边，所述第二连接边存在控制关系流向；所述控制关系流向所指为受控节点，另一个为控制节点；

S240，根据列车设备之间的信息供给关系，建立节点之间的第三连接边；所述第三连接边存在信息关系流向，所述信息关系流向所指为供给节点，另一个为获取节点。

参考图2所示，连接边可能是单向边也有可能是双向边，箭头所指一方在第一连接边中为接收节点，对应的箭头开始的节点为发送节点；在第二连接边中，较多数为单向边，箭头所指一方为受控节点，对应的箭头开始的节点为控制节点。

在本发明一种具体的实施方式中，S300包括：

S310，实时获取每个列车设备的运行状态；

S320，根据所述运行状态生成列车设备的当前运行参数以及预测运行参数；

S330，将所述当前运行参数、所述预测运行参数均与预警阈值作对比，得到差异运行参数；

本步骤可以根据列车设备的运行状态得到列车设备的当前运行参数。示例性的，车速、驱动力、室内温度、地理位置、距离下站的距离、列车前方和侧面视频参数等等。本步骤可以将当前运行参数输入到神经网络模型中，该神经网络模型已经利用历史运行参数训练过，如此可以输出预测运行参数。需要将当前运行参数、预测运行参数均与预警阈值作对比，这样如果当前运行参数出现较大变化，对比结果就较为明显。

S340，将所述差异运行参数输入至预设的双塔神经网络中，以对所述差异运行参数进行多时序特征融合得到当前融合特征参数；

本步骤的双塔神经网络是具有两个通道的神经网络，而两个通道之间权重共享，如此将两个差异运行参数输入至双塔神经网络中，在融合层会融合这两个差异运行参数的特征，得到当前融合特征参数。

S350，将所述当前融合特征参数结合上历史运行参数作为列车设备的实时属性信息；

S360，将所述实时属性信息确定为节点的实时属性；

S370，实时加载每个节点的实时属性以及节点之间的拓扑连接关系，以生成实时有向图；

S380，将所述实时有向图确定为设备维护有向图。

本实施方式在显示界面通过点击或选择的方式加载每个节点的实时属性和拓扑连接关系。由于不同车次的列车设备可能不同，因此可以设置一个数据库，用于存储同一车次的列车设备的具体信息，如此在选择时只要导入该车次的有向图，并加载实时属性和拓扑连接关系就可以得到该车次的设备维护有向图。

在本发明一种具体的实施方式中，S400包括：

S410，实时监测所述设备维护有向图，在监测界面加载所述设备维护有向图中的任一节点的实时属性；

S420，当节点的实时属性发生变化时，将该节点作为待定节点；

S430，判断所述待定节点对应的供给节点的实时属性是否发生变化，如果没有，则将该待定节点确定为待甄别节点；

值得说明的是，供给节点可以提供给其他节点对应内容，而在一个设备维护有向图中实时属性可以通过供给节点之间相互传递，如果出现供给节点的实时属性没有发生变化，则可以确定待定节点有可能是故障节点，需要进一步判断。

S440，如果所述待定节点对应的供给节点的实时属性发生变化，则判断所述待定节点对应的发送节点的实时属性是否发生变化，如果没有，则判断所述待定节点对应的控制节点是否发生变化，如果没有，则将所述待定节点确定为待甄别节点；

值得说明的是：如果供给节点的实时属性发生变化，则可以查看与待定节点相关联的发送节点，看该节点实时属性是否发生变化，有可能是因为发送节点向待定节点发送了一些异常内容，从而导致待定节点的实时属性发生变化。这样就可以排除发送节点对待定节点的影响。如果发送节点的实时属性没有发生变化，则进一步判断待定节点的控制节点是否发生变化，如果都没有，则可以确定待定节点大概率是发生了一些故障，如此将该待定节点确定为待甄别节点。

S450，如果待定节点对应的发送节点或对应的控制节点发生变化，则将所述发送节点或控制节点确定为待定节点，并重复S430至S440的过程直至得到所有待甄别节点。

如果待定节点对应的发送节点和对应的控制节点发生变化，则该发送节点或控制节点可能由于延时原因导致在判断待定节点时没有监控出来，而该故障是由待定节点自身或周围节点蔓延开导致的故障，因此将发送节点或控制节点作为待定节点，并重新判断得到所有待甄别节点。

在本发明一种具体的实施方式中，S500中的对所有待甄别节点作故障判断包括：

S510a，利用发送节点向待甄别节点发送通信信号，如果待甄别节点接收到所述通信信号则确认该待甄别节点的通信功能正常；

S520a，如果所述待甄别节点没有收到所述通信信号，则确认所述待甄别节点发生故障；

S530a，如果待甄别节点的通信功能正常，则令所述待甄别节点执行控制操作，以控制对应的受控节点；

S540a，判断所述待甄别节点对应的受控节点按照所述控制操作是否生成执行信息，如果有，则确定所述待甄别节点对应的受控节点的控制功能正常以及该待甄别节点发生故障；

S550a，如果所述待甄别节点对应的受控节点没有生成执行信息，则判断所述待甄别节点是否能从对应的供给节点获取供给信息，如果不能则确定该待甄别节点发生故障，如果能，则确定待甄别节点未发生故障。

值得说明的是，如果待甄别节点的通信功能有问题，则可以确定出现了故障，无论该待甄别节点对应的是通信系统设备还是其他设备，都需要通过机电信号实现其功能。因此在通信功能故障的情况下是不能完成其他操作的。如果通信功能是正常，则需要进一步识别是不是执行功能故障。如果对应的受控节点没有问题，则可以确定待甄别节点是发生故障了，如果受控节点也有问题，则需要判断一下供给节点是否有问题，如果能，则可以确定该待甄别节点没有发生故障，反之，则发生故障。

在本发明一种具体的实施方式中，S500中的将故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上包括：

S510b，将发生故障的待甄别节点 确定为故障节点，并将故障节点的第一连接边、第二连接边和第三连接边均切断，以使该故障节点在所述设备维护有向图中处于离线状态；

S520b，在所述设备维护有向图中查找与所述故障节点同类型的目标节点；

S530b，当所述目标节点的个数为多个时，则确定与所述故障节点跳数最小的目标节点，判断该目标节点的剩余资源是否满足所述故障节点的资源需求，如果满足，则将所述故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上；

S540b，如果与所述故障节点跳数最小的目标节点的剩余资源不能满足所述故障节点的资源需求，则按照资源剩余从多到少的顺序依次查找所有目标节点，如果所有目标节点均不满足所述故障节点的资源需求，则将所述故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。

值得说明的是：将故障节点在设备维护有向图中的多个连接边切断之后，则该故障节点对应的列车设备处于离线状态。故障节点的其他节点需要作重构，这样才能不影响整个列车设备系统的运行。本发明可以查找与该故障节点同类型的目标节点，如果只有一个目标节点，则直接判断该目标节点是否满足故障节点的资源需求，如果满足则直接重构到该目标节点上。如果存在多个目标节点，则查找距离最近的目标节点，即在设备维护有向图中跳数最小的目标节点，作资源判断，如果不满足则可以逐一查找目标节点。如果没有目标节点，则可以将故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。

在本发明一种具体的实施方式中，S530b中将所述故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上包括：

S530b1，根据所述故障节点的拓扑连接关系，确定与所述故障节点直接连接的第一节点以及间接连接的第二节点；

S530b2，在所述目标节点上增加多个连接点，并将所述第一节点通过所述连接点重构至所述目标节点上；

可以理解，直接与故障节点连接的为第一节点，通过第一节点间接与故障节点连接的为第二节点。本发明可以直接将第一节点重构到目标节点，如此目标节点可以继续完成故障节点的工作，避免为整个系统维护造成较大影响。

S530b3，按照距离所述故障节点由近至远的原则，为所述第二节点设置节点等级；

S530b4，将节点等级最低的第二节点，重构到距离该第二节点最近的目标节点上。

可以理解，对于第二节点，第二节点有的距离故障节点较远，有的较近，因此可以根据跳数，即由近至远的原则设置第二节点的等级，等级节点较低说明该第二节点距离目标节点较远，不方便重构到故障节点最近的目标节点上，当然可以重构到与第二节点距离最近的目标节点上，如此可以迅速完成系统维护。

在本发明一种具体的实施方式中，所述将所述故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上包括：

S540b1，根据列车设备的等级在所述设备维护有向图中确定根节点；所述等级包括安全等级、权限等级以及功能等级；

S540b2，查找所述根节点对应的列车设备，以直接或间接方式将所述第一节点重构到所述根节点上，并重构第一节点与第二节点的拓扑连接关系；所述直接方式为将所述第一节点重构到所述根节点上，所述间接方式为通过查找与所述根节点直接连接的同类型的下级节点，并将所述第一节点重构到所述下级节点上。

其中，直接方式首先判断是根接节点是否具有与所述第一节点对应的列车设备可以连接的剩余接口，如果有则可以将该第一节点重构到根节点上。间接方式是如果不具有，则查找与所述根节点直接连接的同类型的下级节点中，是否具有所述剩余接口，通过剩余接口重构到该下级节点上。

可以理解的，虽然列车故障造成的安全事故较少，但是事故发生造成的损失较大。在列车设备上必然存在一个系统全局控制设备或全局执行设备，该全局控制设备在有向图中为根节点。该根节点可以根据安全等级、权限等级和功能等级确认。这三个中等级较高的为根节点对应的列车设备。因此在进行拓扑重构时，如果故障的是比较重要的列车设备。而并不存在与其对应的目标节点，可以直接重构到该根节点上。当然如果根节点不适合重构则可以增加新的下级节点，将该故障节点的拓扑关系重构到根节点的下级节点上，如此不对根节点造成较大影响，还可以完成系统短期的维护。维修人员和行车人员可以根据维护情况，决定是否可以继续行驶还是中断行驶并上报。如此本发明可以在短时间内完成系统维护，保证整个列车系统的短时间的正常运行，为故障处理人员争取时间，同时也是为保障生命财产安全争取时间。

第二方面，本发明提供了一种应用于列车设备故障的维护系统包括：

获取装置301，被配置为获取所有列车设备的拓扑连接关系；

建立装置302，被配置为将每个列车设备作为有向图中的一个节点，并根据该节点与其他节点的拓扑连接关系建立连接边，所述连接边表示节点之间的关系流向；

生成装置303，被配置为实时获取每个列车设备的运行状态，并根据所述运行状态生成实时属性信息；将所述实时属性信息确定为节点的实时属性得到设备维护有向图；

检测装置304，被配置为实时监测所述设备维护有向图，若在所述设备维护有向图中有任一节点的实时属性发生变化，则将该节点以及从该节点的关系流向指到的节点确定为待甄别节点；

维护装置305，被配置为对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；若存在，将该故障节点的拓扑连接关系重构到该目标节点上，若不存在，则将该故障节点的拓扑连接关系重构到根节点上。

本发明提供了一种应用于列车设备故障的维护系统，通过将每个列车设备的拓扑关系以及运行状态得到设备维护有向图；实时监测设备维护有向图确定待甄别节点；对所有待甄别节点作故障判断，如果故障，则将该故障节点的连接边切断，并查找是否存在与该故障节点同类型的目标节点；并利用目标节点重构所有节点的拓扑连接关系。本发明利用有向图加载同一车次的多个列车设备的运行状态，可以实时监控列车设备状态便于维护；在监控到节点的属性信息变化时对待甄别节点作进一步作故障判断，以将故障节点从有向图中切断，从而将故障的列车设备从整个车次中离线，重构所有列车设备的拓扑连接关系，以维护整个设备系统的安全性和稳定性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。