基于以太网的高速列车状态监测与故障诊断技术研究

高速列车车载设备的正常运行直接关系到高速铁路和客运专线的可靠性、稳定性、安全性、舒适性以及列车运行速度等，研究高速列车状态监测和故障诊断方法，对于提高高速动车组和机车的运用质量和效率，改善列车的可靠性，保障行车安全，降低维护成本，实现高速列车的"状态修"等具有重要的意义。然而，目前列车上的状态监测和故障诊断由于受列车通信网络带宽的限制，尚停留在个案检测水平，无法进行系统的、全局的状态监测和故障诊断。为此，本项目拟从列车级、编组级和车辆级水平研究高速列车状态监测和故障诊断网络架构和仿真模型、节点接口规范、信息融合理论和系统级故障诊断方法，建立基于以太网的高速列车状态监测和故障诊断技术体系，以从全局的角度来对高速列车运行状态作出系统的诊断。预计其研究结果将有助于提高高速列车状态监测的全面性和故障诊断的准确性，为以太网在轨道交通各种列车上的应用提供科学依据。

高速列车车载设备的正常运行直接关系到高速铁路和客运专线的可靠性、稳定性、安全性、舒适性以及列车运行速度等，因而积极开展高速列车状态监测和故障诊断方法深入的研究，对确保高速列车安全可靠高效运行是十分迫切的任务。本项目基于列车级和车辆级以太网研究高速列车状态监测和故障诊断问题。首先，通过分析高速列车状态监测和故障诊断系统的数据传输要求，建立基于以太网的高速列车状态监测和故障诊断系统体系架构，提出了基于不同检测任务的动、静态优先级配置方案，构建了多环型高速列车状态监测和故障诊断系统拓扑结构，并通过仿真和实例进行验证；然后，研究车载分布式信息去噪和特征提取方法，建立车辆级异构多域数据特征融合机理，提出不同车载数据源利用车载以太网进行数据传输的方法；第三，建立高速列车车载轴温监测系统体系结构和多源轴温数据融合模型，提高了高速列车轴温数据的确定性；并建立提高列车定位精度的数据融合算法，通过仿真和实例进行验证；第四，建立基于远程状态监测的高速列车智能维护体系架构和管理体系，提出了一种高速列车关键设备和零部件的可靠性分析和参数估计方法，通过仿真和实例进行验证；第五，考虑高速列车走行部滚动轴承振动信号呈现出强烈的非线性与非平稳特性，提出了一种模型构建时间短、分类准确率高的高速列车走行部滚动轴承故障诊断方法，通过仿真和实例进行验证；第六，基于电压信号频率特性分析方法，创建训练时间短、诊断精度高、鲁棒性好和分类能力强的列车供电装置主电路状态识别和故障诊断方法，通过实例进行验证；最后，研制了基于以太网的车载信息采集与故障诊断系统、地面信息处理与智能维护系统，并通过实验和测试进行了验证。本项目的研究工作为提高高速列车状态监测的全面性、故障诊断的实时性和准确性等提供更接近客观实际的理论依据。