1、收稿日期:2022-04-18基金项目:重庆市科研项目名称基于 TRIZ 理论机车零部件用超声波清洗技术的探索和研究(KJQN202105802)作者简介:哈云霞(1987-),女,甘肃人,大学本科,讲师,主要研究方向为交通运输。基于局部离群因子的城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统哈云霞,王 蕾,任奕臻(新疆铁道职业技术学院,乌鲁木齐 830011)摘 要:为了实现对城市轨道交通行车安全防护设备的智能化监控,提出基于局部离群因子的城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统设计方法。将安全设备的状态监控系统分为火灾自动报警系统、屏蔽门/安全门、广播系统、乘客信息系统等,结合对城市轨道交通行车
2、安全防护设备安全影响因素,进行车辆段及设备应用配置分析,通过设施配备标准体系优化设计,实现对消防设施和综合监控设施配置,采用软件系统和预警接收单元联合控制的方法,采用局部离群因子检测,实现对城市轨道交通行车安全的烈度速报及视觉控制,实现城市轨道交通行车安全防护设备状态特征分析,提高状态监测的可靠性。测试结果表明,采用该方法进行城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的可靠性较高,提高城市轨道交通的安全保障度。关键词:局部离群因子;城市轨道交通;行车安全;防护设备;状态监控 中图分类号:TP273;U248 文献标识码:A DOI 编码:10.14016/ki.1001-9227.2023.01.1
3、11Condition Monitoring System of Safety Protection Equipment for Urban Rail Transit Based on Local Outlier FactorHA Yunxia,WANG Lei,REN Yizhen(Xinjiang Railway Vocational And Technical College,Urumqi 830011,China)Abstract:In order to realize the intelligent monitoring of traffic safety protection eq
4、uipment of urban rail transit,a design method of condition monitoring system of traffic safety protection equipment of urban rail transit based on local outlier factor is proposed.The status monitoring system of safety equipment is divided into automatic fire alarm system,screen door/safety door,bro
5、adcasting system,passenger information system,etc.Combined with the safety influencing factors of safety protection equipment for urban rail transit,combined with the analysis of vehicle depot and equipment application configuration,the configuration of fire protection facilities and comprehensive m
6、onitoring facilities is realized through the optimization design of facilities allocation standard system.By using the method of joint control of software system and early warning receiving unit and local outlier factor detection,the intensity quick report and visual control of urban rail transit tr
7、affic safety are realized,the status characteristics of urban rail transit traffic safety protection equipment are analyzed,and the reliability of status mo-nitoring is improved.The test results show that this method has high reliability in monitoring the status of traffic safety protec-tion equipme
8、nt of urban rail transit,and improves the safety guarantee degree of urban rail transit.Key words:local outlier factor;Urban rail transit;driving safety0 引言城市轨道交通多处于地下,环境封闭、人员集中,需要进行可靠性防护,城市轨道交通的安全防护设备是保障轨道交通安全的关键,构建城市轨道交通行车安全防护设备状态监控模型,对提高轨道交通的防护质量,提升轨道交通设备的可靠性运维管理水平方面具有重要意义。城市轨道交通行车安全防护设备作为轨道交通的基础
9、设施,在满足城市发展需求和交通规划方面十分必要,通过对安全防护系统的状态监控和识别,结合对城市轨道交通设备设施配置状态特征分析,设计城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统,提高稳定性和可靠性1。对城市轨道交通行车安全防护设备状态监控是建立在对轨道交通设备的结构安全系统设计、消防系统设计、供电系统设计、应急救援系统设计基础上,通过构建城市轨道交通安全体系,结合实地取证调查,实现对安全防护设备的状态监控,当前,城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的方法主要有主成分分析法、状态特征融合监测方法以及自适应学习方法等2,结合自动售检票系统、屏蔽门、自动门、车辆空调、中央空调等防护设施设备的使用,进行状
10、态监测,其中,文献3中提出111自动化与仪器仪表2023 年第 1 期(总第 279 期)轨道交通车站终端设备病毒防护控制方法,通过底层数据的过滤、预处理等措施,结合自动售检票系统终端设备防护控制,实现安全防护,但该方法的硬件防护能力不好。文献4中提出综合集成控制的安全防护设备状态监测方法,设计的监控系统报考集成控制系统,控制模块和信号监控子系统,利用信息集中的优势提高综合服务能力,但该方法的实时状态监测性能不好。针对上述问题,提出基于局部离群因子的城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统设计方法,首先分析系统的总体结构和子模块构成,采用局部离群因子分析的方法实现对城市轨道交通行车安全防护设备
11、状态监测算法设计,并进行了系统的硬件结构设计和仿真分析,得知有效性结论。1城市轨道交通行车安全防护设备状态系统总体构架将安全防护设备分为硬件设备和施工设备等方面,在城市轨道交通工程中,施工设备主要欧给排水管和消防水管的围护结构等,将安全设备的状态监控系统分为火灾自动报警系统、屏蔽门/安全门、广播系统、乘客信息系统等,采用基坑自动化监测仪进行城市轨道交通行车安全防护的数据监测,结合传感监测,实现对防护状态的提示预警、分析曲线和数据和拟合数据,在对防护设备的建筑结构监测中5,使用沉降传感器实现对区间/隧道建筑结构安全系统设的监测,主要用于测量城市轨道交通行车安全行车相对于垂直面的位移量,城市轨道交
12、通行车安全防护中,主要涉及到电梯系统、控制系统、消防系统、照明系统以及售检票系统方法,其中,电梯系统的危险因素主要分为:电梯骤停、电梯超速或欠速驱动链断裂、扶手带磨损或者跑偏、链条磨损、电路引起的故障;控制系统的危险因素包括:屏蔽门故障、传感器故障、电源故障;消防系统的危险因素为:管道破损、电动机故障、水泵故障、消火栓故障、报警装置故障等6。结合上述分析,城市轨道交通行车安全的主要危险因素表现如图 1 所示。图 1 城市轨道交通行车安全的主要危险因素表现基于城市轨道交通系统的核心模块化分析,建立轨道交通行车安全的影响因子,分析车站控制器失效、通道故障、中心无法显示等安全因素,从轨道、区间隧道与
13、桥梁、车站、车辆段及其设施等方面进行行车安全防护设备的状态监控,得到城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的结构模块设计如图 1 所示。图 2 城市轨道交通行车安全防护设备状态监控总体结构设计根据上述对城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的系统总体设计构架,结合对城市轨道交通行车安全防护设备安全影响因素,进行车辆段及设备应用配置分析,采用火灾报警与消防联动控制的方法进行安全防护和状态监测7-9。设计的系统中应用了综合监控系统(Integrated Su-pervisory Control System,ISCS),配置一体化操作台,实时服务器 1 台,工作站 2 台,综合监控系统 1 套,集成火
14、灾报警系统,广播系统,可以实现对车站的综合监控,包括火灾、广播、闸机等。在上述建立了城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统的总体结构基础上,进行系统的功能模块结构分析,通过自动或人工辨识的方法,建立综合监控系统,在硬件平台中进行集中监控和自动屏蔽控制,在城市轨道交通行车安全控制中心,根据车辆段和集中冷站的设备终端监控10,实现车站/区间隧道消防联动控制,建立城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线结构模型,采用嵌入式结构模块化设计方法,进行城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的信息转发和 AD 时钟采样。设计的城市轨道
15、交通行车安全防护设备状态监控系统采用核心 CAN 总线控制方法11,采用收发转换协议,实现对城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统的模块化开发设计,设计监控系统的总线协议,采用CAN 总线作为城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统的内部时钟总线,在常开节点中,构建城市轨道交通行车安全防护设备状态监控的输出低电平复位程序,通过供电安全监控系统、城市轨道交通应急电源设计12,在控制模块中引入电力监控复示系统,根据系统构成和监控对象,以复杂可编程逻辑器件(Complex Pro-grammable Logic Device,CPLD)作为功能组件,实现设备状态监控系统的程序输出。在系统的功能组件
16、中,通过211基于局部离群因子的城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统 哈云霞,等控制中心电力调度主站,设计城市轨道交通行车安全防护设备状态监控系统的遥调和遥视装置13。系统中采集城市轨道交通行车安全防护设备运行数据所需的传感器种类较多,如温度传感器、振动传感器、视频监控终端等,传感器模块由上述传感器及电源模块、无线传输芯片等。无线传输芯片型号为 CC2430,可以有效实现 Zigbee 通信,芯片上集成了 Zigbee 射频前端、微控制器和内存。内部包含 8 位 8 051 微控制器内核,运行时钟 32 MHz,包括四个定时器,一个 DMA 控制器,8 kB 字节静态 RAM 和 128 kB 可编程闪存,可编程看门狗,两个可编程 USART,32.768 kHz 的晶振休眠模式定时器、上电复位电路,以及 21 个可编程 I/O 引脚。可以实现长时间段的连续工作,且成本低廉、能耗较低。温度传感器型号为 DS18B20,温度测量范围为-55 +125。且其输出的是单总线数字信号,可以有效降低硬件资源消耗。借助其体积小、抗干扰能力强、精度高、传输距离远等优势,适宜应用于城市轨道交通车辆
