检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法
【专利摘要】一种利用传感器向分布式复杂事件处理引擎提供数据，监视轨道车和列车组运行参数，并检测其运行和状况的异常的系统。
【专利说明】
检测列车组和轨道车中的运行异常的系统和方法
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2013年12月24日提交的美国临时申请61/920700的优先权，该申请整 体通过引用包含在本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及轨道车和列车安全管理的领域，尤其涉及不断收集和分析轨道车和列 车组的运行参数以检测异常运行状况的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 现有技术的列车组上的轴承和轮轨交互作用的监视主要是通过使用位于整个轨 道系统内的路旁检测器管理的，所述检测器包括用于监视轨道车车轮轴承的温度的检测 器，和通过监视车轮对轨道的冲击来识别受损车轮的车轮冲击负载检测器。这些检测器安 装在铁路网中的固定点处。
[0005] 由于这些检测器的引入，这些方法向铁路运行者提供改善轨道车和列车组性能的 信息。然而，这些检测器缺乏能够传送关于运行异常（比如轨道车出轨时、当不在检测器的 范围中时的轴承和车轮的状况以及车轮损伤)的信息和数据的无线网络的益处。此外，这些 现有方法不提供连续监视在路网中的任意位置处的资产的机制。
[0006] 铁路行业中的车轮损伤造成与轨道车车轮、轨道车体、轨道车组件、铁路轨道和铁 路枕木相关的重大维护成本。平直滑动的车轮在车轮与轨道接触之处具有不平坦的部分。 当车轮转动时，该部分产生异常的冲击模式，这会导致对车轮的进一步损伤、对轨道车的损 伤和对铁轨(ra i 1)和轨道(track)结构的损伤。
[0007] 然而，目前没有在一段铁轨上未安装车轮冲击负载检测器的情况下或者在检测器 之间的区域中连续监视车轮轴承的温度或者轮轨交互作用的可靠系统。因而，理想的是提 供一种实时车载监视轨道车和/或列车组的各种运行参数，和实时分析各种读数，以预测或 及时检测异常运行状况的系统和方法。
【发明内容】
[0008] 这里介绍的系统克服了用于轨道车和列车组的现有监视系统的缺陷。所述系统由 提供分布式数据分析能力的组件的分级布置组成，所述分级数据分析能力能够在分级结构 的各个层级上检测运行异常，并把数据、事件和报警流提供给中央点。
[0009] 在分级结构的最低层级，每个轨道车装备有多个无线传感器节点(称为"WSN"），所 述多个无线传感器节点被布置在由通常在同一轨道车上的通信管理单元（"CMU"）控制的网 状网（这里称为基于轨道车的网状网）中。无线传感器节点收集关于轨道车的各种运行参数 的数据，并且能够根据收集的数据，检测某些异常。当检测到异常运行数据时，可以发出报 警，数据可被传送给位于轨道车上的通信管理单元。尽管在这里例示的实施例中使用网状 网，不过可以使用其它种类的网络拓扑。
[0010] 位于每节轨道车上的通信管理单元也被布置在由一般位于机车中的加电无线网 关控制的网状网中。这里一般称为基于列车的网状网。同样，尽管在这里例示的实施例中使 用网状网，不过可以使用其它种类的网络拓扑。
[0011] 基于列车的无线网状网向加电主位置或控制点（比如机车或可以接入电源的资 产）以及向铁路远程运行中心，传送列车组的长度，和传递关于轨道车的信息。
【附图说明】
[0012] 结合附图，阅读本发明的【具体实施方式】，将更充分和全面地理解本发明，附图中：
[0013] 图1是装备有安装于其上，形成基于轨道车的网状网105的通信管理单元(CMU) 101 和多个无线传感器节点(WSN) 104的轨道车103的示意图。
[0014] 图2是基于列车的网状网的示意图，所述基于列车的网状网具有都装备有CMU 101 和多个WSN 104的两个轨道车103、只装备有CMU 101 (无 WSN)的一个轨道车103、无 CMU或WSN 的一个轨道车103,和安装在机车108上的加电无线网关设备102。
[0015] 图3表示基于列车的网状网107,和向车下传送数据的各种装置。
[0016]图4是可用于例如监视轴承温度和车轮加速度的第一种WSN 104的分解图。
[0017] 图5是可用于例如监视轨道车体加速度，可包括用于监视温度的温度传感器(未图 示）的第二种WSN 104的分解图。
[0018] 图6表示安装在轨道车车轮轴承配件111上的图4的WSN 104。
[0019] 图7是表示允许和禁止纵向冲击加速事件处理的状况的流程图。
[0020] 图8是表示允许和禁止垂向和横向摆动加速事件处理的状况的流程图。
[0021 ]图9是表示允许和禁止脱轨监视事件处理的状况的流程图。
[0022]图10是表示允许和禁止车轮损伤或垂向冲击事件处理的状况的流程图。
[0023]图11是表示允许和禁止轴承温度事件处理的状况的流程图。
[0024]图12是表示实现WSN 104的数据分析部分的广义模型的体系结构图。
[0025] 图13是针对轨道车体事件的检测的图12中所示模型的具体实现。
[0026] 图14是针对车轮轴承事件的检测的图12中所示模型的另一种具体实现。
【具体实施方式】
[0027] 这里使用的术语轨道车可以是单节轨道车103,参见图1，或者可由本领域的技术 人员通常称为"级联对"、"3节车"、"5节车"等的永久连接的两个或更多节轨道车103组成。
[0028] 附图中表示成附图标记109(参见图2)的列车组被定义为连接的一组轨道车103和 机车108。
[0029]附图中表示成附图标记101的通信管理单元（"CMU"）优选位于轨道车103上，控制 覆盖在轨道车103上的基于轨道车的网状网105(下面定义），所述轨道车103可由永久连接 在一起的一个或多个单独轨道车103组成。CMU 101硬件优选包括处理器、电源(例如，电池、 太阳能电池、能量采集器或内部发电能力）、全球导航卫星系统(GNSS)设备（比如全球定位 系统（"GPS"）接收器）、Wi-Fi、卫星和/或蜂窝能力、用于维持基于轨道车的网状网105的无 线通信能力、与基于列车的网状网107的无线通信，和可选的一个或多个传感器，包括(但不 限于)加速度计404、陀螺仪或温度传感器406。
[0030] CMU 101利用开放式标准协议（比如IEEE 2.4GHz 802.15.4无线电标准)支持网状 网结构中的一个或多个WSN 104(下面定义）。另外，CMU 101也是基于列车的网状网107的构 件，基于列车的网状网107由列车组109中的所有启用的轨道车103的CMU 101构成，由一般 位于机车108上的加电无线网关102控制。CMU 101从而支持4种功能：1)管理覆盖在轨道车 103上的低功率的基于轨道车的网状网105; 2)整合来自基于轨道车的网状网105中的一个 或多个WSN 104的数据，并对收集的数据应用逻辑，以产生给诸如机车108或远程铁路运行 中心120之类的主位置(host)的报警;3)支持CMU 101内的内置传感器，比如加速度计404， 以监视轨道车103的具体属性，比如位置、速度和加速度，和提供所述数据的分析，以产生报 警;和4)支持上行到主位置或控制点（比如机车108和/或车下的监视设备和远程铁路运行 中心120)和下行到位于轨道车103上的一个或多个WSN 104的双向通信。CMU 101可以与网 状网结构中的加电无线网关(如下定义的PWG 102)无线通信，或者可被配置成通过有线连 接(比如通过ECP(电子控制气压)制动系统)通信。本领域的技术人员会认识到GPS仅仅是全 球导航卫星系统(GNSS)的一种形式。其它类型的GNSS包括GLONASS和北斗，以及开发中的其 它类型。因而，尽管在这里说明的实施例中使用GPS，不过，可以使用任意类型的GNSS系统或 设备。
[0031] CMU 101能够从一个或多个WSN 104接收数据和/或报警，能够从所述数据或报警 得出关于轨道车103的性能的结论，能够把数据和报警信息传送给远程接收器。CMU 101优 选是充当到其它位置(比如加电无线网关1〇2(优选位于机车108中），或者远程铁路运行中 心120)的通信链路的单一单元，具有处理接收的数据的能力。CMU 101还与本地基于轨道车 的网状网105中的WSN 104通信，并控制和监视所述WSN 104。
[0032] 加电无线网关（"PWG"）102(例如，参见图2)优选位于机车108上或者位于列车组 109上的存在外部电源的其它地方。它一般包括处理器;GPS接收器;一个或多个传感器，包 括(但不限于)加速度计404、陀螺仪或温度传感器406;卫星和或蜂窝通信系统;本地无线收 发器(例如，WiFi);以太网端口；大容量网状网管理器和其它通信装置。PWG 102获得由机车 108供给的电力，如果位于加电的资产（比如机车108)上的话，或者从另一个来源（比如从太 阳能发电机或者从大容量电池)得到其电力。PWG 102控制覆盖在列车组109上的基于列车 的网状网107,基于列车的网状网107由出自列车组109中的各个轨道车103的多个CMU 101 组成。
[0033] PWG 102的组件和结构与CMU 101类似，除了PWG 102-般从外部来源获得电力，而 CMU 101是自供电的之外。另外，与得出关于各个轨道车103和基于轨道车的网状网105或 118的性能的CMU 101相反，PWG 102收集数据，得出关于列车组109和基于列车的网状网107 的性能的结论。
[0034] 基于轨道车的网状网105(例如，参见图1和2)由轨道车103上的CMU 101构成，所述 CMU 101是多个WSN 104的基于轨道车的网状网105的一部分，并管理所述基于轨道车的网 状网105,所述多个WSN 104优选部署在同一轨道车103上。
[0035]无线传感器节点（"WSN"）104(例如参见图1和2)位于轨道车103上，提供从内部传 感器收集数据，并分析从传感器收集的数据，以判定数据是需要立即被传送，保存以便稍后 传送，还是聚合到事件或报警中的功能。WSN 104用于感测被监视的参数(例如，轴承或环境 空气的温度)或者状态(例如，装货口或手闸的位置）。在优选实施例中，每个WSN 104装备有 一个或多个加速度计或陀螺仪，和一个或多个温度传感器。在公布的美国专利申请2013/ 0342362中，公开了WSN 104的例子，该申请的公开内容通过引用包含在本文中。图4和图5中 用分解图表示了典型的WSN 104,现在将更详细地说明典型的WSN 104。
[0036] 参见图4,现在说明第一种WSN 104的例子。图4中所示的WSN 104被配置和调整，以 检测某些种类的加速度和温度事件，并且一般位于轨道车103的车轮轴承配件111上，在车 轮轴承配件111上，它可能受到各种程度的加速度，并且它能够容易地收集关于车轮轴承的 温度的数据。WSN 104的组件包含在具有外壳400a和外壳底座400b的机架400中。机架部分 400a、400b优选由耐环境损伤的硬塑料（比如UV固化的聚合物，例如聚碳酸酯/ABS混合物） 构成，当完全装配时是防水的。在如下所述在机架内安装各个组件之后，通过机架400中的 开孔，提供灌封材料(未图示），以隔离、封闭和环境密封之内的组件。所述材料包括环氧树 月旨、聚氨酯和硅酮化合物。适合于电气使用并且通过其可传送无线信号的柔性聚氨酯是优 选的。已发现使用的特定灌封材料在恰当调整WSN 104以检测各种加速度方面也是至关重 要的。优选硬度为59Shore 00的灌封材料。
[0037]另外，由上部部分410a和下部部分410b组成的机械滤波器410进一步用于机械过 滤被认为是噪声从而优选从关心的信号中被除去的高频和低频类加速度。考虑到每个部分 的表面区域的差异及其对过滤特性的影响，这些组件优选分别由硬度为70Shore A(上部滤 波器部分410a)和30Shore A(下部滤波器部分410b)的娃酮构成。
[0038] 在优选实施例中，每个WSN 104可具有一个或多个加速度计404和一个或多个温度 传感器406。利用灌封材料的选择、上部和下部硅酮机械滤波元件410a和410b的硬度和由在 主PC板402a上的处理器上运行的软件进行的软件滤波的组合，完成WSN 104的调整。使用的 软件滤波器是减小源自不需要的加速度频率的噪声并增大源自关心的加速度频率的信号 的数字滤波器。
[0039] 温度传感器406包括贯穿外壳底座400b中的开孔406a和滤波器部分410b中的开孔 406b的传热元件。所述传热元件优选是铜插头。这种结构优选用于监视WSN 104附着于的表 面的表面温度，因为传热元件将接触该表面。在本发明的优选实施例中，温度传感器406是 对电子电路来说理想的热敏电阻、热电偶或者硅酮温度传感器。在本实施例中，WSNl 04被安 装成使传热元件与轨道车103的期望得到其温度读数的部分热连通。另外，机械滤波器的下 部部分410b具有适当的厚度，以在外壳底座400b和WSN 104被安装到的表面之间产生空隙。 机械滤波器的下部部分410b和所述空隙产生良好的热保护，和从WSN 104被安装到的表面 的低传热。这种热保护使电子器件(除温度传感器406外的所有电子器件)和电源免于暴露 在过大从而可能有害的热量之下。WSN 104还可装备有用于感测环境温度的附加温度传感 器(未图示）。
[0040] 在优选实施例中，自攻螺钉415用于把WSN 104附着到轨道车103上，和把机械滤波 器的上部和下部部分410a和410b固定就位。在长度上选择安装在滤垫的螺孔410c内的隔离 物400c，以控制归因于螺钉415的紧固而作用于滤波器部分410a和410b的压缩力的大小。在 没有隔离物400c的情况下，滤波器的滤波特性会因源于螺钉415的过度紧固的压缩而被改 变。隔离物选自适当的刚性材料。
[0041] 本领域的普通技术人员会认识到，WSN 104的结构会随传感器的数目和种类而变 化。实际上可以使用任意种类的传感器，例如包括温度传感器406、压力传感器、测力仪、应 变仪、霍尔效应传感器、振动传感器、加速度计404、陀螺仪、位移传感器、电感式传感器、压 阻式麦克风或超声波传感器，取决于期望监视的具体运行参数。另外，传感器可以是一种开 关，例如包括舌片开关和限位开关。利用应变仪的另一种mote传感器的例子，例如手闸监视 传感器记载在美国专利公开2012/0046811 (2010年8月23日提交的美国专利申请12/861， 713)中，该申请的公开内容通过引用并入本文中。
[0042]提供用于WSN 104的操作的电路。所述电路包括操作和/或接收并处理来自传感器 的信号的组件和配线。这可包括(但不限于）为操作加速度计和温度传感器406并且如下进 一步所述处理信息所需的模拟和数字电路、CPU、处理器、电路板、存储器、固件、控制器和其 它电气产品。
[0043] 在图4中的例示的实施例中，电路包括主板402a和子板402b，主板402a包括通信电 路、天线和微处理器，子板402b包括从加速度计404和温度传感器406读取数据的电路。主板 402a、子板402b或传感器还可包括执行固件以提供足以进行数据的低级分析的智能的处理 器，并且可从外部来源接收关于何时应发出报警的参数，如下所述。
[0044] 每个WSN 104还包括无线通信用电路，和长期电源414(例如，电池、太阳能电池、能 量采集器或内部发电能力），优选军用级锂-亚硫酰氯电池。电路还提供功率调节和管理功 能，可包括节省电池寿命的特征，所述特征使WSN 104保持待机状态，并定期唤醒WSN 104， 以传递来自传感器的读数。
[0045]图5表示优选安装在轨道车103的车体上的第二种WSN 104的分解图。除了以下差 异之外，图5中所示的WSN 104的种类基本上与图4中所示的种类相同（从而相似的元件用相 同的附图标记识别）。首先，由于这种WSN 104将被安装到轨道车103的车体上，在所述车体 上，它可能受到更加柔和的加速，因此不需要由图4的机械滤波器410提供的额外机械滤波。 从而，通过利用4个螺钉(每侧两个），并且假定该WSN不暴露在另一种WSN的更加剧烈的加速 之下，那么第二种WSN的螺钉或螺栓(bol t)在直径方面可以较小。其次，例示的实施例不包 括温度传感器406,尽管如上关于第一种WSN所述，一个或多个温度传感器406可以具备贯穿 机架中的开孔以感测期望的温度(例如环境温度)的传热元件。最后，尽管这种WSN 104包括 类似图4的上述WSN 104的加速度计404,不过优选利用不同的固件对其编程，以检测不同种 类的加速事件，如下所述。本领域的普通技术人员会明白，两种种类的WSN还可只包含温度 传感器，而不需要如上参考图4所述的滤波。
[0046]各个WSN 104安装在轨道车103上的各个关心的区域。作为一个例子，图6表示安装 到轨道车103的轨道车车轮轴承的滚子轴承配件111的图4中所示种类的WSN 104。通过在传 热元件和滚子轴承配件111之间使用导热环氧胶粘剂以确保到温度传感器406的良好传热， 并使用诸如自攻螺钉415之类的机械紧固件以把WSN 104固定就位，可以附着所述单元。 [0047]系统操作
[0048]广义地，参见图1和2,本发明提供一种监视轨道车103和列车组109的性能和运行 的新颖手段。这包括部署在列车组109中的轨道车103上的多个传感器104,用于感测轨道车 103的各种运行参数，和分布式复杂事件处理(DCEP)引擎，所述DCEP引擎是用于收集和分析 数据，和把数据、事件和报警传送给最终目的地的分级系统，在所述最终目的地，可按照所 述数据、事件和报警行动。
[0049] DCEP负责实现用于根据从WSN 104、CMU 101和PWG 102收集的数据，得出结论的智 能。数据处理平台优选分布在所有WSN 104、CMU 101和机车108上的PWG 102之中，还利用基 于云的基础结构，所述基于云的基础结构被优化，以便与来自第三方提供者或外部来源的 各种数据流结合，紧密地和基于列车的网状网107-起工作。
[0050]进一步参见附图中的图1，基于轨道车的网状网通常被表示成附图标记105。基于 轨道车的网状网105包含安装在轨道车103上的CMU 101，和安装在同一轨道车103上的一个 或多个WSN 104。轨道车103可由永久连接在一起的一个或多个单独的轨道车103组成。基于 轨道车的网状网105是轨道车103上的处理事件和报警的关键组件。CMU 101和WSN 104-起 工作，以收集和分析从WSN 104中的传感器收集的数据。CMU 101控制轨道车103上的基于轨 道车的网状网105,能够配置局部网状网中的一个或多个WSN 104,以在精确的时间进行传 送、侦听或睡眠，或者变更WSN 104按其工作和检测事件的参数。
[0051 ]进一步参见图2,图中利用均具备CMU 101和安装在轨道车103的车轮轴承附近的 多个WSN 104的两个轨道车103、只具备CMU 101而未附加 WSN 104的轨道车103、无 CMU 101 的轨道车103以及安装在机车108上的PWG 102,表示了基于列车的网状网107的示意图。安 装在轨道车103上的CMU 101和多个WSN 104构成基于轨道车的网状网105,并与诸如机车 108或其它资产之类的主位置或控制点上的PWG 102通信，形成基于列车的网状网107。只具 有CMU 101而无 WSN的轨道车103的基于轨道车的网状网用附图标记118表示。
[0052] 如果WSN 104检测到报警或事件状况，如下更详细所述，WSN 104向CMU 101转发消 息，以便进一步分析和行动，例如从而确认或与基于轨道车的网状网105中的其它WSN 104 协调一个WSN 104报告的报警或事件状况。如果报警或事件被CMU 101确认，那么向安装在 优选可以接入电源的资产上的PWG 102和/或向车下监视设备和远程铁路运行中心120发送 消息。
[0053]每节轨道车103上的CMU 101能够支持可选的全球导航卫星系统(GNSS)传感器确 定轨道车103的位置、方向和/或速度。该信息可用于判定WSN 104是否应寻找某些种类的事 件。例如，当列车组109静止不动时，WSN 104尝试检测脱轨毫无意义。另外，PWG 102可发送 给CMU 101的指令，以开始或停止寻找某些种类的事件。另外，每节轨道车103上的CMU 101 能够利用内置传感器和/或管理轨道车103上的基于轨道车的网状网105,以产生需要被发 送给主位置或控制点（比如机车108)的消息。
[0054] 报警和事件检测和报告
[0055]每个WSN 104能够分析从其传感器收集的数据，以判定事件或报警消息以及数据 是否应被上传给分级结构中的下一个更高层级(这种情况下是CMU 101)。就加速度计404来 说，可用关于从一个或多个加速度计404接收的量值加速度读数的峰值和均方根(RMS)等级 的多个阈值，对各个WSN 104编程。当峰值或RMS加速度阈值之一被超过时，指示可能的事件 或报警状况，生成消息，并把该消息发送给同一基于轨道车的网状网105中的CMU 101。可以 利用内部生成的或者外部从CMU 101接收的命令，动态编程每种WSN 104的阈值。
[0056]在优选实施例中，利用指示特定种类的报警或事件的阈值，对WSN 104编程。对于 安装在车轮滚子轴承配件111上的WSN 104，取决于被超过的阈值，这些单元可生成可能脱 轨消息、垂向冲击消息或者车轮损伤消息。对于位于轨道车103的车体上的WSN 104,生成的 消息的例子是纵向冲击、极端横向轨道车动态性、极端垂向轨道车动态性、垂向摆动和横向 摆动。在例示的实施例中，WSN 104不判定每种可能的状况是否实际存在。优选在利用来自 多个WSN 104的读数以判定实际事件已发生的CMU 101处，在分级结构的上一个层级进行这 种判定。本领域的技术人员易于认识到，暗示其它种类的事件的发生的不同阈值可被编程 到 WSN 104 中。
[0057] 就每个WSN 104中的能够感测WSN 104被安装在的表面的温度和/或WSN 104周围 的环境空气的温度的温度传感器406来说，来自各个WSN的温度读数被定期报告给CMU 101。 CMU 101必须协调来自基于轨道车的网状网105中的所有WSN 104的温度数据的收集，从而， 对于每个WSN 104,报告温度的周期以及报告温度数据的时刻由CMU 101编程。
[0058]每个WSN 104能够判定何时向CMU 101报告可指示可能的事件或报警状况的数据。 CMU 101能够从受其控制的每个WSN 104收集这种通知，并协调数据，以最终判定事件或报 警状况是否实际存在。例如，在优选实施例中，轨道车103中的每个车轮滚子轴承配件111具 有附着于其上以监视加速度和温度的WSN 104。从而，在具有两个转向架(truck(bogies)) (每个转向架具有两个车轴)的典型轨道车103上，将存在安装到车轮滚子轴承配件111的总 共8个WSN 104。另外，同样按照优选实施例，每个轨道车103优选具有位于轨道车103的每一 端处的直接附着到轨道车体的附加 WSN 104XMU 101还可包括加速度、温度或任何其它种 类的传感器，可代替轨道车103的车体上的一个或多个WSN 104,或者可以补充安装在轨道 车103的车体上的一组WSN 104。基于轨道车的网状网105可包括WSN 104的任意组合，包括 其中CMU 101是安装在轨道车103上的唯一组件的结构。另外，CMU 101还可监视安装在其它 轨道车103上的WSN 104,比如在轨道车103可由永久连接在一起的一个或多个单独的轨道 车103组成的情况下。
[0059]在优选实施例中，CMU 101中的逻辑能够分析从受其控制的各个WSN 104接收的加 速度和温度事件，并判定报警或事件状况是否实际存在。应注意加速度事件与温度事件无 关，CMU 101可被配置成或者只分析加速度事件，或者只分析温度事件。从而，CMU 101和受 其控制的WSN 104构成能够判定各种事件的分布式事件处理引擎。
[0060] 现在更详细地说明在优选实施例中CMU 101能够检测的加速度事件。应注意当CMU 101判定已发生报警或事件时，向分级结构中的下一个层级发送消息，所述消息或者被发送 给位于列车组109上的其它地方的PWG 102,或者离开列车组109被发送给远程铁路运行中 心120,取决于事件的严重性和立即解决该事件(可能通过变更列车组109的运行状况)的需 要。下面提供可利用上面说明的特征分析的事件的例子。
[0061] 脱轨-脱轨事件被看作高优先级事件，是可由例示的实施例分析的事件类型的例 子。当从WSN 104收到脱轨消息时，CMU 101启动脱轨处理定时器，还立即产生给PWG 102的 可能脱轨消息。CMU 101随后等待判定任何其它WSN 104是否正在生成脱轨消息。如果其它 WSN 104在预定时间间隔内生成了脱轨消息，那么认为这些脱轨消息都源于同一物理事件， 生成并向PWG 102发送脱轨消息。
[0062] 图9是表示允许或禁止脱轨事件的状况的流程图。在900,系统被初始化，在902,使 系统进入期待轨道车103移动的等待状态，在该状态下，脱轨事件被禁止。应注意当轨道车 103静止不动时，脱轨事件被禁止。在904,系统判断轨道车103是否静止，如果是，那么返回 902处的等待状态。如果轨道车103在移动，那么控制转到906,在906,脱轨事件被允许。通过 使CMU 101向受其控制的各个WSN 104发送消息，允许脱轨事件。在908处，再次使系统进入 等待状态;然而，现在脱轨事件被允许。在910处，系统询问是否检测到脱轨，如果否，那么控 制进入914处，在914，系统询问轨道车103是否静止不动。如果轨道车103在移动，那么控制 返回908,系统进入等待状态，使脱轨事件被允许。如果在910处，检测到脱轨，那么控制进入 912,在912处，产生脱轨的系统报告，控制随后如前进入914。在914处，如果再次判定轨道车 103静止不动，那么在916处禁止脱轨事件，控制返回902,在902处，系统在脱轨事件被禁止 的状态下等待。
[0063]垂向冲击-垂向冲击消息被看作中等优先级类型的事件。当从WSN 104收到垂向冲 击事件时，CMU 101启动垂向冲击处理定时器，其间，CMU 101等着看是否从其它WSN 104收 到任何其它垂向冲击事件。取决于垂向冲击消息是在轨道车103的哪一侧产生的，例如可以 判定可能存在断轨或者其它轨道状况。
[0064]车轮损坏-车轮损坏消息被看作低优先级类型的事件。当从WSN 104收到车轮损坏 事件时，CMU 101开始侦听来自同一 WSN 104的其它车轮损坏事件。从而，如果CMU 101从同 一 WSN 104收到多个车轮损坏消息，那么它可生成车轮损坏消息。这种情况下，CMU 101可指 令WSN 104停止寻找车轮损坏事件，因为它们可能继续重现，从而产生从WSN 104到CMU 101 的消息的阻塞。另外，WSN 104具有计数器，以判定它是否正在按一定速率向CMU 101发送车 轮损坏消息。如果该速率被超过，那么WSN 104持续一段时间停止检查车轮损坏消息。在该 段时间过去之后，WSN 104将检查车轮损坏消息的速率是否仍然太高，以致于不能发送给 CMU 101〇
[0065]图10是表示允许或禁止车轮损伤和垂向冲击事件的状况的流程图。在1002处，系 统被初始化，在1004处，使系统进入其中事件被禁止的等待状态，因为还未达到事件启用所 需的临界速度。只有当轨道车103达到特定的临界速度时，才允许车轮损坏和垂向冲击事 件。注意可利用几种手段，确定轨道车103的速度，一种优选方式是从PWG 102向列车组109 中的所有CMU 101发送消息。在1006处，系统检查是否已达到或超过临界速度。临界速度是 系统的可配置设定，一般由各个用户根据轨道和运行状况设定，当这种数据相关时，用于识 别列车正在以某个速度移动。如果否，那么控制返回1004,再次使系统进入其中事件被禁止 的等待状态。在1006处，如果已达到或超过了临界速度，那么控制进入1008，在1008处，允许 垂向冲击和车轮损坏事件。控制随后进入1010,在1010处，使系统进入其中两种事件被允许 的等待状态。在1012,如果检测到垂向冲击事件，那么控制进入1014,在1014处，系统报告垂 向冲击。在1016处，系统检查是否检测到车轮损坏事件，如果是，那么在1018处报告车辆损 坏。无论如何，控制随后进入1020,在1020处系统检查轨道车103是否仍然处于为事件的启 用所需的临界速度。如果是，那么系统返回1010,在1010处使系统进入其中事件被允许的等 待状态。如果轨道车103的速度降到临界速度之下，那么控制进入1022,在1022处垂向冲击 和车轮损坏事件被禁止，随后进入1004,在1004处使系统进入其中事件被禁止的等待状态。
[0066] 上述加速度事件是由附着于轨道车103上的车轮滚子轴承配件111的那种WSN 104 检测的所有事件。下述事件都是由附着于轨道车103的车体的那种WSN 104产生的。
[0067] 纵向冲击-当沿着轨道车103的长度检测到加速度时，发生纵向冲击，纵向冲击被 看作中等优先级类型的事件。当从W S N 10 4收到纵向冲击消息时，CM U 101启动定时器，其 间，CMU 101寻找来自其它WSN 104的其它纵向冲击事件。例如，在连接过程中，和当列车组 109启动和停止时，可能发生纵向冲击事件。CMU 101可与其它轨道车103上的其它CMU 101 协调，以判定在每节轨道车103上产生的纵向冲击事件是否源于同一物理事件。
[0068] 图7是表示允许纵向事件的状况的流程图。在700,系统被初始化，在702,纵向事件 被允许。控制随后进入704,在704,使系统进入其中事件被允许的等待状态，从而进入检测 循环。在706,系统判定是否发生了纵向冲击，如果否，那么返回704,在704,系统再次进入等 待状态。在706,如果检测到纵向冲击，那么控制转到708,在708,系统生成并报告关于所述 冲击的消息。控制随后返回704,在704,系统再次进入等待状态。
[0069] 垂向极端车辆动态性-当在轨道车103的垂向方向检测到加速度时，发生垂向极端 车辆动态性事件，垂向极端车辆动态性事件被看作中等优先级类型的事件。依据沿着垂直 轴的加速度超过峰值加速度阈值，检测事件。当从WSN 104收到垂向极端车辆动态性消息 时，CMU 101启动定时器，其间，CMU 101寻找来自其它WSN 104的其它垂向极端车辆动态性 事件。例如，当轨道下沉或者在桥台处的钢轨模量(track modulus)变化时，可能发生垂向 极端车辆动态性事件。CMU 101可与其它轨道车103上的其它CMU 101协调，以判定在每节轨 道车103上产生的垂向极端车辆动态性事件是否源于同一物理事件。
[0070] 横向极端车辆动态性-当在轨道车103的横向方向或者横线方向检测到加速度时， 发生横向极端车辆动态性事件，横向极端车辆动态性事件被看作中等优先级类型的事件。 依据沿着横向轴的加速度超过峰值加速度阈值，检测事件。当从WSN 104收到横向极端车辆 动态性消息时，CMU 101启动定时器，其间，CMU 101寻找来自其它WSN 104的其它横向极端 车辆动态性事件。例如，当轨道下沉或者在桥台的钢轨模量变化时，可能发生横向极端车辆 动态性事件。CMU 101可与其它轨道车103上的其它CMU 101协调，以判定在每节轨道车103 上产生的横向极端车辆动态性事件是否源于同一物理事件。
[0071 ] 垂向摆动-垂向摆动是在诸如钢轨波磨(corrugation)之类的某些动态条件下，会 持续较长时间的状况。位于轨道车103体每一端处的WSN 104被指令定期同时检查垂向摆 动，这允许来自各个WSN 104的读数的相位比较。当CMU 101收到垂向摆动消息时，垂向摆动 处理定时器被启动，CMU 101等着看在预定时间间隔内另一个WSN 104是否报告了垂向摆动 事件。如果在该时间间隔内收到多个事件，那么CMU 101检查接收的消息，如果数据指示在 轨道车103每一端处的相似周期性振荡，那么确定在轨道车103每一端处发生的事件之间的 相位关系。对于同相振荡，CMU 101生成轨道车"车体弹动"事件。当数据指示异相振荡时， CMU 101生成轨道车"车体颠簸"事件。在两种情况下，CMU 101报告垂向摆动消息。
[0072] 横向摆动-横向摆动是在某些动态条件下，会持续较长时间的状况。促成横向摆动 的因素包括:高重心轨道车103,磨损的转向架，和磨损的切线轨道。横向摆动事件检测按照 和垂向摆动事件的检测相似的方式工作。当CMU 101从位于轨道车103的一端(例如，前端） 的WSN 104之一收到横向摆动事件时，定时器被启动，如果在预定一段时间内从位于同一轨 道车的另一端(例如，后端）的另一个WSN 104收到另一个事件，那么关于它们的相位关系比 较这些事件。如果数据指示异相振荡，那么生成"车体摇摆(yaw)"事件。然而，如果数据指示 同相振荡，那么生成"车体滚动(roll)"事件。在任何一种情况下，CMU 101都报告横向摆动 消息。
[0073] 图8是表示垂向和横向摆动事件的允许、禁止和报告的流程图。在800,系统被初始 化，在802,使系统进入其中事件被禁止的等待状态。在这种情况下，当轨道车103的速度低 于临界速度时，事件被禁止。只有当轨道车103的速度超过临界速度时，垂向和横向摆动事 件才被允许。在804,系统检查临界速度是否已被超过，如果否，那么返回802中的系统等待 状态。然而，如果临界速度已被超过，那么在806,垂向和横向摆动事件被允许，在808,系统 进入其中摆动数据被发送给CMU 101随后分析摆动数据以了解是否发生了摆动事件的循 环。在810，CMU 101分析数据，随后在812,判定是否检测到了摆动事件。如果检测到摆动事 件，那么控制进入814,在814,报告该事件。如果在812,未检测到摆动事件，那么控制直接进 入816,在816,系统再次检查轨道车103的速度是否超过临界速度。如果轨道车103的速度仍 然高到足以允许摆动事件，那么控制返回808,从而系统再次进入该循环。如果轨道车103的 速度降到临界速度以下，那么控制进入818,在818,摆动事件被禁止，随后进入802,在802， 使系统进入其中事件被禁止的等待状态。
[0074]参见图4和12,现在说明WSN 104的分析系统的一般实现模型。如在优选实施例中 所述，分析的信号(未被机械滤波器410或灌封材料滤出的信号)源于加速度计硬件404,并 被传送给一个或多个传感器部分1202、1208或1214。这些传感器部分利用数字数据滤波器 1204、1210或1216选择待分析的数据，并把该数据传送给特征检测器1206、1212或1218。数 据选择可以基于例如方向（例如，垂向或纵向分量）、频率(例如，高频音或低频摇摆）、总的 幅度(2或个3个方向分量的组合）、或者收集的数据的其它变化。
[0075]特征检测器可利用各种技术来判定是否存在特定的特征。特征可包括(但不限于） 脉冲峰值或持续时间、量值的均方根(RMS)水平或者特定频率分量的有无。一旦检测到特 征，就向消息模块1220传送消息，以便把所述消息递送给CMU 101。传感器部分还可进行周 期测试，以判定该特征是否仍然存在。如果是，那么传感器部分还可判定是否应发送继续的 消息，或者是否只有当该特征不再存在时，才应发送消息。
[0076]图13中表示了图12的分析系统的一种可能实现。这里，加速度计404把数据传送给 3个传感器部分。第一部分1302选择沿着轨道车103的长度向下的纵向方向的数据，并利用 纵向部分1304提取纵向冲击数据。当纵向数据的峰值超过纵向冲击阈值时，在冲击检测器 1306中检测到纵向冲击。第二部分1308选择横越轨道车103的横向方向的数据，并利用横向 部分1310提取横向振荡数据。当振荡的RMS值超过横向振荡阈值时，在车辆动态性检测器 1312中检测到横向振荡。第三部分1314选择垂向方向的数据，并利用垂向部分1316提取垂 向振荡数据。当振荡的RMS值超过垂向振荡阈值时，在车辆动态性检测器1318中检测到垂向 振荡。这些传感器部分分别把其消息发送给消息模块1220,消息模块1220再把这些消息传 送给 CMU 101。
[0077]图14中表示了分析系统的另一种可能实现。这里，加速度计404把数据传送给3个 传感器部分。第一部分1402检查垂向方向的数据，并利用垂向脱轨滤波器1404提取脱轨的 特征频率。当滤波后的数据的RMS值超过脱轨阈值时，在脱轨RMS检测器1406中检测到脱轨 事件。第二部分1408也选择垂向方向的数据，但是利用垂向车轮损坏滤波器1410提取车轮 损坏的特征频率。当滤波后的数据的RMS值超过车轮损坏阈值时，在车辆损坏RMS检测器 1412中检测到车轮损坏。第三部分1414也选择垂向方向的数据，并利用垂向冲击滤波器 1416提取垂向冲击数据。当滤波后的数据的峰值超过垂向冲击阈值时，在垂向冲击峰值检 测器1418中检测到垂向冲击。这些传感器部分都把其消息传送给消息模块1220,消息模块 1120再把这些消息传送给CMU 101。
[0078]当发生脱轨时，一个或多个车轴的车轮脱离轨道，沿道床而行。道床的粗糙性使脱 轨的车轮在脱轨期间，经历高能量垂向加速度。在优选实施例中，通过计算一系列的连续垂 向加速度测量结果的RMS值，并比较该结果和阈值，易于识别脱轨。如果CMU看到来自在同一 车轴的两侧的WSN的这种数据，那么这可指示脱轨。另一方面，通过传感器部分1408处理的 仅仅关于一个车轮的单个WSN的加速度数据更可能指示受损的车轮。
[0079] CMU 101还收集来自各个WSN 104的温度数据。来自各个WSN 104的温度数据的收 集必须同步，以在向CMU 101传送数据的时候，避免WSN 104之间的冲突，和允许及时比较和 协调来自WSN 104的各个读数中的温度数据。这是通过把温度数据保存在旋转缓冲器中实 现的，所述温度数据被组织成一个数据集，所述数据集由来自每个WSN 104温度传感器406 的一个读数组成。在优选实施例中，每个WSN 104每分钟一次地对其温度传感器406采样，每 4分钟一次地计算4个连续样本的平均值。WSN 104随后每32分钟一次地把包含8个连续样本 平均值的消息发送给CMU 101。对于每个温度传感器406，CMU 101在其旋转缓冲器中保存20 个样本，然而，本领域的技术人员会认识到可以使用其它采样时间间隔和缓冲器大小。应注 意WSN 104可以具有不止一个温度传感器406。在收到各个温度消息之后，旋转缓冲器中的 最旧一组数据被丢弃。当数据集完整时，关于任何显著的温度趋势或事件检查温度数据，随 后清除温度数据，以致温度数据只被使用一次。当收到较新的温度消息时，缓冲器绕回，以 致新数据覆盖最陈旧的时间段。应注意WSN 104不关于具体事件分析温度数据，而是仅仅把 温度数据报告给CMU 10UCMU 101关于趋势检查温度数据，并在检测到某些阈值时进行报 告。应注意温度分析只有当列车组109在移动时才进行，而在列车组109静止不动时被禁止。 于是，除非列车组109在移动，否则WSN 104将不收集或报告温度数据。
[0080]下表是由CMU 101对温度数据进行的统计分析产生的报警和警告的列表。
[0082]上表中的变量x、y和z指示这些数字可根据用户或客户的偏好来配置。作为峰值分 析操作的例子，如果一段时间内，轴承上的温度读数中的x(可由用户配置，例如，20、25或 30)%的温度读数超过绝对温度分析阈值，那么可以发送报警或警告。作为进行不同分析的 有用性的例子，如果列车在很热的气候条件下运行，那么关于热轴承的环境分析可能不指 示问题，尽管事实上存在问题，而只评判轴承温度的峰值分析将提供警告或报警。另一方 面，在很冷的天气下，归因于寒冷的天气冷却轴承，峰值分析不会指示热轴承的问题，而环 境分析则会。速率分析的例子-当轨道车未移动时，坏的轴承将处于环境温度，但是一旦轨 道车开始移动，坏的轴承将比轨道车上的其它轴承更快地变热，于是超过阈值温度速率的 运行时间的百分率更高。
[0083] 和加速度事件一样，WSN 104还能够检查温度事件，并且当测量的温度超过某些阈 值时进行报告。下表列举了可立即提供的3种与温度相关的报警和事件：
[0085]上表中的前4个报警和警告优选基于各个WSN收集的数据，不需要除阈值的超过之 外的任何分析，从而可由收集数据的WSN发起。最后一个（即，差分报警）需要来自位于在车 轴的相对两侧的轴承配件上的至少两个WSN的数据，于是该分析和报警优选由CMU进行。 [0086]图11是表示与轨道车103的车轮轴承的温度的测量相关的事件的处理的流程图。 在1100,系统被初始化，在1102,系统进入其中温度监视事件被禁止的等待状态。这种情况 下，当轨道车103未移动时，事件被禁止。在1104，系统检查轨道车是否在移动，如果否，那么 返回1002，在1002，系统再次进入其中事件被禁止的等待状态。如果轨道车在移动，那么控 制进入1106,在1106,温度监视事件被允许。然后系统进入1108,在1108,系统进入其中检查 各个事件的循环。控制进入1110,在1110,系统再次检查，以确认轨道车103是否在移动。如 果轨道车103未移动，那么控制进入1112,在1112,温度监视事件被禁止，随后返回1102,在 1102,使系统进入其中事件被禁止的等待状态。在1110,如果轨道车103仍在移动，那么控制 进入1114,在1114,系统检查是否可获得一组温度测量结果。如果否，那么控制返回1108,在 1108,系统处于其中事件被允许的等待状态。如果在1114,可获得一组温度测量结果，那么 控制进入1116,在1116，WSN 104把一组温度测量结果传送给CMU 101。在1118，CMU 101进行 温度测量结果(包括旋转缓冲器中的所有那些测量结果）的分析，然后在1120,判定温度阈 值是否被超过。如果否，那么控制返回1108,在1108,系统处于其中事件被允许的等待状态。 如果温度阈值被超过，那么在1122,系统报告温度测量结果，随后返回1108,在1108,系统再 次处于其中事件被允许的系统等待状态。
[0087]在轴承状况的分析中，CMU 101还检测长期趋势，并保存关于趋势的数据。对于基 于轨道车的网状网105中的WSN 104监视的每个轴承，收集以下统计数据：
[0088] 1.有效温度读数的总数；
[0089] 2.有效温度读数之和；
[0090] 3.有效温度读数的平方和；
[0091] 4.大于绝对温度阈值的温度读数的数目；
[0092] 5.大于环境温度以上阈值的温度读数的数目；和
[0093] 6.大于加热速率阈值的温度变化速率的数目。
[0094] 轴承温度统计数据每日累积在旋转缓冲器中，所述旋转缓冲器能够保持32组数 据，从而允许30天时间内的趋势分析。当新的一组统计数据已开始，并且最陈旧的一组统计 数据被丢弃时，DCEP引擎控制累积统计数据的时间。通常，事件引擎被配置成每天一次地生 成分析。
[0095] 收集的统计数据可用于计算指示轴承磨损趋势的信息。在优选实施例中，CMU 101 依据请求，提供每个车轮轴承的以下量值的报告：
[0096] a.平均轴承温度；
[0097] b.轴承温度的差异；
[0098] c.超过绝对阈值的轴承温度读数的百分率；
[0099] d.超过阈值的环境之上的轴承温度读数的百分率；以及
[0100] e.轴承温度的增长率超过阈值的测量结果的百分率。
[0101] 基于列车的网状网在图2和3中一般被表示成附图标记107。基于列车的网状网107 覆盖在列车组109上，包括安装在主位置或控制点（比如机车108)上或者安装在可以接入电 源的另一个资产上的PWG 102,和一个或多个CMU 101，每个CMU 101属于基于列车的网状网 107,还属于它们各自的基于轨道车的网状网105(如果存在一个或多个WSN 104的话），或者 相应的基于轨道车的网状网118(对于有CMU 101，但是无 WSN 104的轨道车103来说）（参见 图2)。（注意在列车组109中，还可能存在无 CMU 101的轨道车103,如图2中用附图标记119所 示）。从而，这里，CMU 101可以属于两个网状网，基于轨道车的网状网105(如果轨道车103配 有一个或多个WSN 104的话)和基于列车的网状网107。每个CMU 101还可视情况管理其各自 的基于轨道车的网状网105。图3表示其中基于列车的网状网107由3个CMU 101组成的情况， 所述3个CMU 101中的两个是基于轨道车的网状网105的一部分，另一个位于其中未连接任 何WSN 104的轨道车103 (附图标记118)上。
[0102] 基于列车的网状网107利用覆盖网状网支持列车组109内和与安装在机车108上的 PWG 102的低功率双向通信。覆盖的基于列车的网状网107由嵌入各个轨道车103上的CMU 101中的无线收发器构成。每个CMU 101能够在基于列车的网状网107上发起消息，或者往来 于另一个CMU 101转发消息。覆盖的基于列车的网状网107是独立于由列车组109中的各个 轨道车103创建的基于轨道车的网状网105创建的，并且与所述基于轨道车的网状网105相 独立地工作。
[0103] 双向PWG 102管理基于列车的网状网107,并把来自安装在各个轨道车103上的CMU 101的报警传送给主位置或控制点（比如机车108)，其中可通过人为干预或者自动化系统， 对报警或事件报告采取行动。机车108可包括接收和显示由基于列车的网状网107或任意各 个基于轨道车的网状网105产生的报警消息的用户接口。双向PWG 102能够从各个轨道车 103上的CMU 101接收多个报警或事件，能够得出关于列车组109的性能的具体方面的结论。 [0104]双向PWG 102还能够与外部远程铁路运行中心120、数据系统或其它列车管理系统 交换信息。图3中，这种通信路径被表示成附图标记122,可包括蜂窝、LAN、Wi-Fi、蓝牙、卫星 或其它通信手段。该链路可在列车组109在运行中时，用于向列车组109之下发送报警。 [0105]应意识到上面说明的是新颖的系统、设备和方法。还应明白本发明不限于上面说 明的实施例和示例，包括由附加的权利要求提供的整个范围。
【主权项】
1. 一种检测列车组或轨道车的运行异常的系统，包括： a) 安装在一个或多个轨道车上的一个或多个通信管理单元； b) 位于所述一个或多个轨道车上的一个或多个传感器，所述一个或多个传感器用于感 测所述一个或多个轨道车的运行参数，所述传感器与所述一个或多个通信管理单元通信； 和 c) 其中所述通信管理单元执行以下功能： i)收集关于所述一个或多个轨道车运行参数的数据； i i)关于指示异常运行状况的趋势或事件，分析所述收集的数据;和 iii)当检测到所述趋势或事件时，向远程接收器传送消息。2. 按照权利要求1所述的系统，还包括与所述通信管理单元之一通信的一个或多个无 线传感器节点，所述一个或多个传感器构成所述一个或多个无线传感器节点的一部分。3. 按照权利要求2所述的系统，其中每个所述无线传感器节点执行以下功能： a) 从一个或多个传感器收集数据； b) 对照一个或多个规则比较所述数据;和 c) 当所述规则至少之一被满足时，向所述通信管理单元发送消息。4. 按照权利要求2所述的系统，其中每个所述无线传感器节点执行以下功能： a) 从一个或多个传感器收集数据;和 b) 定期把所述收集的数据发送给所述通信管理单元。5. 按照权利要求3所述的系统，其中所述一个或多个规则是当被所述收集的数据超过 时，导致报警消息被发送给所述通信管理单元的数值阈值。6. 按照权利要求5所述的系统，其中所述数据是加速度数据。7. 按照权利要求5所述的系统，其中所述数据是温度数据。8. 按照权利要求5所述的系统，其中当从所述无线传感器节点之一收到报警消息时，所 述通信管理单元执行以下功能： a) 等待以查看是否在预定一段时间内从一个或更多个其它无线传感器节点收到相似 消息，如果收到所述相似消息，那么断定发生了实际事件;和 b) 把报告所述实际事件的发生的消息传送给远程接收器。9. 按照权利要求4所述的系统，其中当收到所述定期发送的数据时，所述通信管理单元 执行以下功能： a) 把所述数据保存在数据库中； b) 关于趋势分析所述保存的数据;和 c) 当检测到关心的趋势时，生成报告。10. 按照权利要求8所述的系统，其中所述无线传感器节点安装在轨道车的车轮轴承配 件上，其中所述数据被分析，以查看表示下述中的一个或多个的加速度阈值是否被超过:车 轮损坏、垂向冲击或脱轨。11. 按照权利要求8所述的系统，其中所述无线传感器节点安装在轨道车的车身上，并 且进而其中所述数据被分析，以查看表示下述中的一个或多个的加速度阈值是否被超过： 垂向摆动、横向摆动、垂向极端车辆动态性、横向极端车辆动态性或纵向冲击。12. 按照权利要求7所述的系统，其中所述无线传感器节点安装在轨道车的车轮轴承配 件上，其中所述数据被分析，以查看温度阈值是否已被超过，所述温度阈值表示绝对温度或 环境温度之上的温度。13. 按照权利要求8所述的系统，其中当在所述预定一段时间内从多个无线传感器节点 收到脱轨消息时，所述通信管理单元确认发生了脱轨事件。14. 按照权利要求8所述的系统，其中当在预定一段时间内从安装在轨道车的相对两端 的无线传感器节点收到垂向摆动消息时，所述通信管理单元确认正在发生垂向摆动。15. 按照权利要求14所述的系统，其中当来自所述无线传感器节点的消息指示从所述 无线传感器节点接收的垂向摆动消息指示检测到同相加速度时，所述通信管理单元判定发 生了车体弹动事件。16. 按照权利要求14所述的系统，其中当来自所述无线传感器节点的消息指示从所述 无线传感器节点接收的垂向摆动消息指示检测到异相加速度时，所述通信管理单元判定发 生了车体颠簸事件。17. 按照权利要求8所述的系统，其中当在所述预定一段时间内从多个无线传感器节点 收到横向极端车辆动态性消息时，所述通信管理单元确认发生了横向极端车辆动态性事 件。18. 按照权利要求8所述的系统，其中当在所述预定一段时间内从多个无线传感器节点 收到垂向极端车辆动态性消息时，所述通信管理单元确认发生了垂向极端车辆动态性事 件。19. 按照权利要求8所述的系统，其中当在预定一段时间内从安装在轨道车的相对两端 的无线传感器节点收到横向摆动消息时，所述通信管理单元确认正在发生横向摆动。20. 按照权利要求19所述的系统，其中当来自所述无线传感器节点的消息指示从所述 无线传感器节点接收的横向摆动消息指示检测到异相加速度时，所述通信管理单元判定发 生了车体摇摆事件。21. 按照权利要求19所述的系统，其中当来自所述无线传感器节点的消息指示从所述 无线传感器节点接收的横向摆动消息指示检测到同相加速度时，所述通信管理单元判定发 生了车体滚动事件。22. 按照权利要求7所述的系统，其中所述无线传感器节点安装在轨道车的车轮轴承配 件上，其中所述数据被分析，以判定温度阈值是否已被超过，所述温度阈值表示绝对温度或 环境温度之上的温度。23. 按照权利要求4所述的系统，其中所述数据是温度数据。24. 按照权利要求3所述的系统，其中所述无线传感器节点在同一车轴的相对两侧被安 装在轨道车的车轮轴承配件上，其中当在所述车轴的所述相对两侧的所述无线传感器节点 报告的温度超过差分阈值时，所述通信管理单元生成差分温度报警。25. 按照权利要求23所述的系统，其中如果大于一定百分率的接收的温度读数超过绝 对温度阈值或者环境温度之上的阈值，那么所述通信管理单元生成报警。26. 按照权利要求23所述的系统，其中如果大于一定百分率的温度读数指示超过一定 阈值的升温速率，那么所述通信管理单元产生报警。27. 按照权利要求3所述的系统，其中通过向所述无线传感器节点发送消息，所述通信 管理单元能够指令每个无线传感器节点允许或禁止各个规则的检查。28. 按照权利要求4所述的系统，其中通过向所述无线传感器节点发送消息，所述通信 管理单元能够指令每个无线传感器节点允许或禁止数据的定期发送。29. 按照权利要求3所述的系统，其中与一个或多个无线传感器节点通信的各个通信管 理单元构成基于轨道车的网状网，所述基于轨道车的网状网包括所述通信管理单元和所述 无线传感器节点，所述基于轨道车的网状网由所述通信管理单元控制。30. 按照权利要求29所述的系统，其中所述通信管理单元包括在其基于轨道车的网状 网中的其它轨道车的无线传感器节点。31. 按照权利要求1所述的系统，还包括加电无线网关，所述加电无线网关控制基于列 车的网络，所述基于列车的网络包括所述加电无线网关和多个所述通信管理单元。32. 按照权利要求31所述的系统，其中所述加电无线网关充当所述远程接收器。33. 按照权利要求1所述的系统，其中所述远程接收器位于列车下。34. 按照权利要求33所述的系统，其中所述通信管理单元借助包括蜂窝、卫星、WiFi和 蓝牙之一的通信手段，与所述列车下的远程接收器通信。35. -种检测列车组或轨道车的运行异常的方法，包括以下步骤： a) 收集关于所述一个或多个轨道车运行参数的数据； b) 关于指示异常运行状况的趋势或事件，分析所述收集的数据;和 c) 当检测到所述趋势或事件时，向远程接收器传送消息。36. 按照权利要求35所述的方法，其中步骤(a)-(c)由位于所述列车组中的轨道车上的 通信管理单元执行。37. 按照权利要求36所述的方法，其中所述数据收集自所述轨道车上的一个或多个无 线传感器节点，所述无线传感器节点与所述通信管理单元通信。38. 按照权利要求37所述的方法，其中所述通信管理单元和所述一个或多个无线传感 器节点构成基于轨道车的网状网。39. 按照权利要求37所述的方法，其中所述无线传感器节点均执行以下功能： a) 从一个或多个传感器收集数据； b) 对照一个或多个规则比较所述数据;和 c) 当所述规则至少之一被满足时，向所述通信管理单元发送消息。40. 按照权利要求39所述的方法，其中所述一个或多个规则使从一些传感器收集的数 据被定期发送给所述通信管理单元。41. 按照权利要求39所述的方法，其中所述数据包括下述中的一个或多个:加速度数据 和温度数据。42. 按照权利要求37所述的方法，其中所述通信管理单元协调来自两个或更多无线传 感器节点的消息，以确认事件已发生。43. 按照权利要求42所述的方法，其中加速度事件选自包含车轮损坏、垂向冲击、脱轨、 垂向摆动、横向摆动和纵向冲击的组。44. 按照权利要求42所述的方法，其中温度事件包括下述中的一个或多个:绝对温度报 警、环境温度以上报警、差分温度报警、峰值分析报警、环境分析报警和速率分析报警。45. 按照权利要求36所述的方法，其中所述列车组上的所有通信管理单元都被配置在 由加电无线网关控制的基于列车的无线网状网中。46. 按照权利要求35所述的方法，其中所述远程接收器在列车下。47. 按照权利要求45所述的方法，其中所述远程接收器是所述加电无线网关。48. 按照权利要求1所述的系统，其中所述通信管理单元中的至少一个通信管理单元包 括所述传感器中的至少一个传感器。49. 按照权利要求3所述的系统，其中所述无线传感器节点之一包括： a) 保护性机架； b) 安装在所述保护性机架内的所述一个或多个传感器； c) 用于与所述通信管理单元通信的通信能力;和 d) 执行固件以控制所述无线传感器节点的操作的微处理器。50. 按照权利要求49所述的系统，其中所述一个或多个传感器包括测量加速度的传感 器，其中所述无线传感器节点被调整，以检测某些类型的加速度。51. 按照权利要求50所述的系统，还包括机械滤波器，所述机械滤波器包括为过滤掉不 想要的加速度而选择的弹性材料，所述机械滤波器被布置成在所述不想要的加速度到达所 述加速度计之前，除去所述不想要的加速度。52. 按照权利要求50所述的系统，其中所述无线传感器节点还包括布置在所述机架内 的灌封材料，所述灌封材料用于通过吸收不想要的加速度，调整所述无线传感器节点。53. 按照权利要求49所述的系统，其中所述固件包括用于隔离某些类型的加速度的一 个或多个软件滤波器。54. 按照权利要求49所述的系统，其中所述固件执行以下功能： a) 从所述一个或多个传感器读取数据； b) 对照用于报告报警或事件的一组规则，比较所述数据;和 c) 当所述数据满足所述规则中的一个或多个规则时，向所述通信管理单元传送报警或 事件。55. 按照权利要求49所述的系统，其中所述固件实现用于检测事件的分析系统，所述分 析系统包括： a) -个或多个传感器部分，每个所述传感器部分具有： i) 滤波器，用于从读取自一个或多个加速度检测器的数据分离出关心的特定加速度； 和 ii) 特征检测器，用于从所述滤波后的数据检测关心的特定特征。56. -种用于检测列车组或轨道车的运行异常的系统，包括： a) 基于列车的网状网，所述基于列车的网状网包括加电无线网关，和位于所述列车组 中的一个或多个轨道车上的一个或多个通信管理单元； b) -个或多个基于轨道车的网状网，所述基于轨道车的网状网包含所述一个或多个通 信管理单元，每个通信管理单元布置在具有一个或多个无线传感器节点的网状网结构中； c) 跨所述无线传感器节点、所述通信管理单元以及所述加电无线网关分布的分布式复 杂事件处理引擎，所述分布式复杂事件处理引擎借助由所述无线传感器节点控制的传感器 采集并通过所述系统向上传播的数据，检测所述列车组上的异常运行状况。57. -种配置成附着于轨道车的无线传感器节点，包括： a.保护性机架； b. 电源； c. 加速度计； d. 用于无线通信并控制无线传感器节点的操作的电路;和 e. 所述电路包括微处理器，所述微处理器能够执行具有用于隔离某种类型的加速度的 一个或多个软件滤波器的固件。58. 按照权利要求57所述的无线传感器节点，还包括其中嵌入所述加速度计的所述机 架内的灌封材料，所述灌封材料是为滤出来自所述轨道车的不想要的加速度而选择的。59. 按照权利要求57所述的无线传感器节点，还包括机械滤波器，所述机械滤波器由为 滤出不想要的加速度而选择的弹性材料构成，所述机械滤波器被布置成在所述加速度计检 测到不想要的加速度之前，滤出所述不想要的加速度。60. -种检测作为列车组的一部分的轨道车的运行异常的系统，包括： a. 安装在列车组上的至少一个通信管理单元(CMU); b. 位于轨道车上的用于感测轨道车的运行参数的至少两个传感器，所述传感器与所述 CMU通信； c. 其中所述CMU执行以下功能： i) 从所述传感器接收数据； ii) 根据从所述传感器中的至少两个传感器接收的数据，得出关于轨道车的性能的结 论;和 i i i)当检测到异常时，向远程接收器传送消息。61. 按照权利要求60所述的系统，其中所述传感器包含布置在轨道车的不同位置处的 加速度计，其中得出结论的所述步骤包括比较来自所述加速度计中的两个或更多加速度计 的数据。62. 按照权利要求60所述的系统，其中所述传感器包含布置在轨道车的不同位置处的 温度传感器，其中得出结论的所述步骤包含比较来自两个或更多所述温度传感器的数据。63. 按照权利要求61所述的系统，其中所述加速度计被布置在轨道车上，以提供用于实 现下述功能中的一种或多种功能的数据： i) 比较来自一个轨道车车轮的加速度和在同一车轴上但是在轨道车的相对侧的另一 个轨道车车轮的加速度， ii) 比较来自一个轨道车车轮的加速度和在所述轨道车的同一侧的至少一个其它车轮 的加速度，和 iii) 比较来自一个轨道车车轮的加速度和在所述一个轨道车车轮的同一侧的至少一 个其它轨道车车轮的加速度，所述其它车轮在同一列车组的另一个轨道车上。64. 按照权利要求61所述的系统，其中所述加速度计被布置在轨道车上，以提供用于实 现下述功能中的一种或多种功能的数据： i) 比较来自所述轨道车的前端和后端的加速度， ii) 比较来自轨道车上的任意两个位置的加速度，和 iii) 比较来自一个轨道车的加速度和同一列车组中的另一个轨道车的加速度。65. 按照权利要求62所述的系统，其中所述温度传感器被布置在轨道车上，以提供用于 比较来自一个轨道车车轮轴承的温度数据和在同一车轴上但是在轨道车的相对侧的另一 个轨道车车轮轴承的温度数据的数据。
【文档编号】B61L15/00GK106061821SQ201480076070
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月24日
【发明人】W·勒菲弗, A·H·马丁, F·J·库珀, R·W·阿达美克
【申请人】阿母斯替德铁路公司