[0001] 本发明涉及铁路道岔监测技术领域，尤其涉及一种道岔缺口监测辅助调试系统。

[0002] 一般在铁路道岔，道岔达到两毫米会卡缺口，作为转辙机保养中的重要参数，转辙机检测杆的缺口值过大或过小，都会使转辙机无法锁闭，从而导致道岔无法操作到位，因此需要使用到监测辅助调试系统；

[0003] 传统的调试系统存在的缺陷：由于道岔转辙机一般都处于比较恶劣的作业环境，由于环境温湿度的变化，列车运行的冲击振动，以及随着道岔的不断转换和人工维护，检测杆的缺口状态也会随之变化，这就需要工作人员时常对检测杆缺口进行检查和调整来保证道岔转辙机设备的正常运行，现有的大多数调试系统智能分析不到位，仅有传感器阈值报警判断，没有通过多位传感器关联数据进行智能分析预警，状态检测不完善：转辙机状态检测数据利用率不高，无法实时动态判断转辙机健康状态。

[0004] 因此亟需一种能够解决上述问题的调试系统。

[0020] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0021] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

[0022] 如图1‑2所示，本发明提供一种技术方案：一种道岔缺口监测辅助调试系统，包括调试系统本体。

[0023] 在具体操作中道岔缺口监测辅助调试系统内设置有信号采集节点，所述信号采集节点由采集分机、摄像头、振动传感器、油压传感器、油位传感器、轨温传感器、温度传感器、湿度传感器、节点交换机组成。

[0024] 采集分机采用XP‑8137‑CE6可编程自动化控制器，该控制器配备一个运行Windows CE 6.0窗口操作系统的x86 CPU(1GHz，双核心)，数个通讯接口(VGA，USB，Ethernet，RS‑232/485)与1个I/O插槽可用来配置高效能的并列式I/O模块和串行式I/O模块，具有硬件实时功能，体积精巧，开机快速，深层中断处理与高效能精确控制。

[0025] 摄像头采用以太网接口红外高清摄像头，通过网络接口连接节点交换机，摄像头安装在转辙机内，聚焦检测杆缺口区域，拍摄检测杆处缺口的图像及视频信号，发送给上位机系统，上位机系统选用图像模式智能识别技术，完成对采集图像的测量、超限预警、告警。

[0026] 振动传感器采用振动加速度传感器，振动传感器安装在转辙机上，用于监测列车经过道岔时，转辙机的X轴、Y轴、Z轴方向上的振动加速度数据，由于Z轴方向的振动对转辙机的影响最大，而其他两个方向的影响较小，本系统只选择Z轴数据进行监测。

[0027] 油压传感器安装于道岔转辙机的油路上，用于实时采集道岔转辙机的油压数据。道岔扳动时，传感器实时采集油压的变化情况，油压曲线反映道岔扳动的情况，油压出现异常波动时表示是转辙机处于不正常的工作状态。

[0028] 油位传感器采用微型电容式油位传感器，安装于道岔转辙机内液压油缸内，用于实时采集道岔转辙机的油位数据，油位传感器不间断的监视油箱内油位的变化情况，油位超限时，上位机进行预警、告警。

[0029] 轨温传感器安装在铁轨底部，采集铁轨温度，所述温度传感器和湿度传感器安装在转辙机内，采集转辙机内的温湿度。

[0030] 采集分机、电源、节点交换机以及接线端子安装在道岔旁的屏蔽机箱内，机箱内还设置了机箱自动加热装置，根据气温调节机箱内温度，这样可以防止寒冷地区设备性能和监测准确度的降低。

[0031] 采集分机装载数据采集程序，实现接收上位机的控制指令，采集各路传感器的数据，将数据经过格式转换处理后，发送至上位机，同时，为了实现系统使用的方便，每个采集分机采集数据的策略不是固定不变的，而是可配置的，比如，是否启用传感器采集数据、更改传感器配置信息、更改数据采集的频率等，用户可以从上位机随时根据需要修改采集策略发送给采集分机，采集分机根据接收到的采集策略进行数据采集，采集分机在运行过程中，如果出现运行错误，也将故障信息保存并上传至上位机系统。

[0032] 上位机系统接收采集到的图像信号和各传感器信号，对数据进行处理、分析，处理过程划分为几个模块，包括数据传输模块、数据处理模块、故障报警模块、统计分析模块、仿真分析模块、状态预测功能，数据传输模块管理数据的发送和接收，接收采集分机发送的缺口图像信号、转辙机竖向的振动信号、油压信号、油位信号、轨温信号、转辙机温湿度信号，系统采集的数据主要针对两个场景，其一是设备的传感器数据，其二是过车时产生的视频数据，针对不同的数据类型和数据源，采取与场景相适合的传输通道。对于视频数据，采用RTSP实时流传输协议进行高效传输，对于传感器数据，采用WebSocket传输协议进行传输。

[0033] 数据处理模块包括缺口图像处理和传感器数据滤波，缺口图像处理，对缺口图像信号利用图像处理技术进行处理，获得精准的检测杆缺口值，传感器数据滤波，为了保证数据具有较高的精确度，需要消除采集数据中心的噪音，在数据处理部分增加数字滤波功能。本发明利用窗函数来设计数字滤波器。数字滤波器具有严格的线性相位和任意的幅度特性，它的传递函数没有极点，所以设计的滤波器是平稳的，利用窗函数设计数字滤波器的基本思路是时域逼近法，把给定的频率响应通过离散时间傅里叶变换的逆变换，求出脉冲响应，然后利用窗函数对他进行截断和平滑，可以得出具有线性相位的数字滤波器，也就是说可以对特定频率通过进行加窗函数处理来确定有限长度单位脉冲的响应。

[0034] 综上，本发明的工作原理为：当需要使用道岔缺口监测辅助调试系统时，首先要求的理想滤波器单位脉冲响应hd(n)，通过对理想频率响应Hd(ejw)的离散时间傅里叶变换的逆变换求出hd(n)，其次进行加窗处理，理想滤波器单位脉冲响应hd(n)是无限长序列，而且是非因果的。但是有限长单位脉冲响应h(n)是有限长的，那么如果用h(n)去近似无限长序列hd(n)，最容易的方法就是直接截取一段hd(n)来近似代替h(n)。h(n)可表示为hd(n)和一个窗函数的乘积，当直接截取hd(n)时，窗函数选取矩形脉冲函数RN(n)，具体实现过程为参数的初始化，设定滤波器的阶数、滤波器类型、通带上下便捷频率窗函数类型、采样频率、凯塞窗β值等；根据滤波器阶数确定窗口长度，如果阶数为偶数时，则窗口长度为技术；根据滤波器的类型参数选择高通、带通、带阻和低通四种滤波器，然后选组窗函数进行运算，如果需要修正，则修正中间值系数，即可得出h(n)，故障报警模块将缺口数据和传感器数据设置报警阈值，当数据超出阈值后，报警提示，统计分析模块将采集到的缺口数据和振动、油压、油位数据绘制相应曲线，绘制曲线按不同状态划分不同颜色，状态包括转辙机扳动过程中、扳动后、过车、静置等几个状态。并计算每日、每周、每月的最大值、最小值、平均值。绘制每日、每周、每月的最大值、最小值、平均值曲线，查看数据趋势；

[0035] 判断故障发生的可能性，仿真分析模块，利用ANSYS仿真工具对预处理后的数据进行仿真分析，获得仿真数据。ANSYS是一款非常强大的工程仿真软件，是用数值计算的方法对物体进行模拟，以便能够预测其受到不同状态下的载荷时的行为表现，本发明利用其进行热分析和振动分析。热分析主要是对物体在不同温度条件下的热响应进行分析和计算，它可以用来分析材料的热膨胀、热应力、热传导等。在使用ANSYS进行热分析时，将物体离散为小的单元，计算每个单元的温度变化并据此计算出物体的总温度分布。振动分析主要是对物体在受到外部激励时的振动响应进行计算和分析。它可以用来分析物体的振幅、频率、模态、阻尼等特性，在使用ANSYS进行振动分析时，将物体离散为小的单元，计算每个单元的振动响应，并据此计算出物体的总振动响应，状态预测模块主要采用下述算法对数据进行深入分析，实现对道岔缺口问题的及时预警及转辙机设备状态的有效预测，缺口数据和各传感器数据设置报警阈值，在0值和阈值范围之间，平均划分“注意”、“异常”、“严重”三个分界值。道岔转辙机相关传感器采集频率设置为0.5秒采集一次，1分钟采集120次，本系统估计30秒内的道岔设备健康状态，则截取60个数据进行判断。每种传感器的数据存储堆栈长度设为60，按照先进先出原则存储数据，对存储堆栈的60个数据进行判断，判断规则为：若直接超出阈值，则判定为故障，直接报警；否则若“严重”状态存在5次及以上，则判定为“严重”；否则若“严重”+“异常”状态存在9次及以上，则判定为“异常”；否则若“严重”+“异常”+“注意”状态存在13次及以上，则判定为“注意”；否则则判定为“正常”，估计结果按时间轴通过不同的颜色标识不同的状态，当出现“异常”和“严重”状态时，发出预警提示。

[0036] 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。