道岔故障检测装置与方法与流程

本发明涉及道岔领域，具体而言，涉及一种道岔故障检测装置与方法。

背景技术：

道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、编组站大量铺设。道岔可以充分发挥线路的通过能力，即使是单线铁路，铺设道岔并修筑一段大于列车长度的叉线就可以对开列车，道岔在铁路线路上起到重要作用。通常情况下，利用转辙机采集站场道岔搬动过程中的电流。道岔动作电流曲线是一条以电流值为纵轴、时间为横轴，以一定测量时间间隔的各电流值逐点连接绘制而成的曲线，是转辙机电流电流变化情况的直观图形表示，是反映道岔运用质量的一个重要指标。对每组道岔的动作电流曲线详细调看分析，可掌握道岔的电气特性、时间特性以及机械特性，可发现道岔转换过程中存在的不良反映，从而对预防故障发生和消除不良隐患。

现有技术中的判断道岔电流动作曲线的是否出现异常的方法，主要是通过比较曲线面积比、平均电流值比进行判断道岔是否发生异常，但是曲线面积比、平均电流值比的判断界值不易掌握，比较范围太小容易漏判，在运用过程中效果十分不理想，并且不能将具体的异常问题进行精确定位给出具体的处理意见，用户体验感差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种道岔故障检测装置与方法，以改善上述的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种道岔故障检测装置，所述道岔故障检测装置包括：

电流曲线获得单元，用于获得待测道岔动作电流曲线；

电流值获取单元，用于依据所述待测道岔动作电流曲线获取多个时间点对应的电流值，且每两个相邻时间点的时间间隔相等；

斜率计算单元，用于计算每连续N个时间点对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率，其中N为大于等于2的整数；

工作状态时间段截取单元，用于依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段；

方差计算单元，用于分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差；

故障结果生成单元，用于若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种道岔故障检测方法，所述道岔故障检测方法包括：

获得待测道岔动作电流曲线；

依据所述待测道岔动作电流曲线获取多个时间点对应的电流值，且每两个相邻时间点的时间间隔相等；

计算每连续N个时间点的对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率，其中N为大于等于2的整数；

依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段；

分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差；

若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种道岔故障检测装置与方法，通过计算待测道岔电流动作曲线的每连续N个时间点的对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率，依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段；分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差，若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则依据该方差对应的工作状态时间段生成具体的故障结果。由于不同工作状态时间段计算得出的方差大于预设定的阈值时生成的故障结果不同，从而可对具体的异常问题进行精确定位并给出具体的处理意见，用户体验感良好，并且方差的判断界值易掌握，在运用过程中效果非常理想，易于实施。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明较佳实施例提供的本地终端的电路连接框图。

图2为本发明较佳实施例提供的道岔故障检测装置的方框示意图。

图3、图4为本发明较佳实施例提供的道岔故障检测方法的流程图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：本地终端100，存储器101，存储控制器102，处理器103，外设接口104，输入输出单元105，音频单元106，显示单元107，电流曲线获得单元201，电流值获取单元202，斜率计算单元203，工作状态时间段截取单元204，曲线缩放单元205，方差计算单元206，第一判断单元207，故障结果生成单元208，故障次数计算单元209，第二判断单元210，报警单元211。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明提供的道岔故障检测装置200的功能模块示意图。安装有该道岔故障检测装置200的本地终端100包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、音频单元106、显示单元107。

本地终端100优选为工作计算机、个人电脑(PC)、平板电脑、智能手机、膝上型便携计算机、穿戴式移动终端等等。于本发明实施例中，该本地终端100为工作计算机。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、音频单元106、显示单元107各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述道岔故障检测装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述本地终端设备的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述道岔故障检测装置包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。

处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器103(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器103可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口104将各种输入/输入装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，鼠标和键盘等。音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。

显示单元107在所述本地终端与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，显示单元107可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器103进行计算和处理。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种道岔故障检测装置，包括电流曲线获得单元201、电流值获取单元202、斜率计算单元203、工作状态时间段截取单元204、曲线缩放单元205、方差计算单元206、第一判断单元207、故障结果生成单元208、故障次数计算单元209、第二判断单元210以及报警单元211。

所述电流曲线获得单元201用于获得待测道岔动作电流曲线。

具体实施的过程中，通过道岔采集机对道岔电流的采集并依据采集到的道岔动作电流描绘出待测道岔动作电流曲线，并将待测道岔电流动作曲线传递至本地终端100。

所述电流值获取单元202用于依据所述待测道岔动作电流曲线获取多个时间点对应的电流值，且每两个相邻时间点的时间间隔相等。

所述斜率计算单元203用于计算每连续N个时间点对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率。

本实施例中，N的值为3，其中N为大于等于2的整数，斜率计算单元203利用最小二乘法从第1个时间点开始，依次计算出每个时间点及紧邻该时间点后的两个点所组成曲线的拟合直线方程y＝kx+b，其中k为拟合直线的斜率，k大于0表示曲线具有上升趋势，k小于0表示曲线具有下降趋势，k等于0表示曲线平行于横轴，k越趋近于0，表示曲线越趋于水平。当然地，需要说明的是，N的值越小对道岔动作电流曲线的启动电流工作点、工作电流工作点以及锁闭电流工作点的时间点的精确度越高。

所述工作状态时间段截取单元204用于依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段。

具体地，所述工作状态时间段截取单元204包括工作点确定子单元与时间段截取子单元。

所述工作点确定子单元用于将待测道岔动作电流曲线的起点时间点确定为启动电流时间点，将待测道岔动作电流曲线的每个斜率与0作差的差值第一次切换到一定的阈值范围内时的切换点确定为工作电流工作点，将待测道岔动作电流曲线的每个斜率与0作差的差值第二次切换到一定的阈值范围外时的切换点确定为锁闭电流工作点。

需要说明是，根据道岔曲线动作电流曲线的工作电流部分趋近于水平的特点，上述的一定的阈值范围趋近于0。

所述时间段截取子单元用于将启动电流时间点至工作电流时间点的时间段截取为启动电流时间段，将工作电流时间点至锁闭电流点的时间段截取为工作电流时间段，将锁闭电流时间点以后的时间段截取为锁闭电流时间段。

所述曲线缩放单元205用于将待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段的对应的电流曲线的比例放大或缩小至与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段对应的电流曲线的比例一致。

具体地，将待测道岔动作电流曲线的启动电流时间段放大或缩小至预存储的标准道岔动作电流曲线的启动电流时间段的比例一致；将待测道岔动作电流曲线的工作电流时间段放大或缩小至预存储的标准道岔动作电流曲线的工作电流时间段的比例一致；将待测道岔动作电流曲线的锁闭电流时间段放大或缩小至预存储的标准道岔动作电流曲线的锁闭电流时间段的比例一致。在具体实施时，如果待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段的对应的电流曲线的比例与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段对应的电流曲线的比例不一致，在计算每个工作时间段的方差时会有误差，利用曲线缩放单元205将待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段的对应的电流曲线的比例放大或缩小至与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段对应的电流曲线的比例一致，从而减小了误差。

所述方差计算单元206用于分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差。

方差计算单元206运用公式S＝{[(y1-Y1)^2+(y2-Y2)^2+......(yn-Yn)^2]/N}^0.5(y为待测道岔动作电流曲线纵轴值，Y为预存储的标准道岔动作电流曲线的纵轴值，N为样本个数)，分别计算出待测道岔动作电流曲线与预存储的标准道岔动作电流曲线各个工作状态时间段的方差。

所述第一判断单元207用于判断计算得出的方差是否大于预设的阈值。

所述故障结果生成单元208用于若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果。

当均方差越趋近于0时，表示待测道岔动作电流曲线与预存储的标准道岔动作电流曲线越相似，当方差超过一定的阈值时(例如，0.1、0.2、0.3，具体可依据需求自行设置)，则认为待测道岔动作电流曲线存在异常或故障，则故障结果生成单元208依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果并给出处理意见。通常情况下，当启动电流时间段的方差大于预设定的阈值时，故障结果生成单元208生成故障结果可以为：滑床板缺油或滑床板有砂等异物。当工作电流时间段的方差大于预设定的阈值时，故障结果生成单元208生成故障结果可以为：1、转辙机摩擦带磨损。2、电机换向器有断格。3、砂石掩埋动作杆、表示杆。4、道岔不方正。当锁闭电流时间段的方差大于预设定的阈值时，故障结果生成单元208生成故障结果可以为：1、尖轨爬行。2、道岔摩擦电流调整不当、超上限。

所述故障次数计算单元209用于若计算得出的其中一个方差大于预设定的阈值，则进行一次计数。

所述第二判断单元210用于判断计算得到的计数值是否大于预设定的阈值。

所述报警单元211用于若计算得到的计数值大于预设定的阈值报警。

由于每个道岔都有一定的安全生命周期，即故障产生次数的上限，当道岔每出现一次故障时，故障次数计算单元209则进行一次计数，当道岔达到安全生命周期时，报警单元211报警。上述的报警信息提示可通过本地终端100的显示单元107显示。

第二方面，如图3、图4所示，本发明实施例还提供了一种道岔故障检测方法，需要说明的是，本实施例所提供的道岔故障检测方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本发明实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容，所述道岔故障检测方法包括：

步骤S301：获得待测道岔动作电流曲线。

通过电流曲线获得单元201获得待测道岔动作电流曲线。

步骤S302：依据所述待测道岔动作电流曲线获取多个时间点对应的电流值，且每两个相邻时间点的时间间隔相等。

通过电流值获取单元202依据所述待测道岔动作电流曲线获取多个时间点对应的电流值。

步骤S303：计算每连续N个时间点的对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率，其中N为大于等于2的整数。

通过斜率计算单元203计算每连续N个时间点对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率。

本实施例中，N的值优选为3，当然地，N也可以为2、4、5，在此不作限制，只要为大于等于2的整数均可。

步骤S304：依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段。

通过工作状态时间段截取单元204依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段。具体地，步骤S304的实施方式可以为将待测道岔动作电流曲线的起点时间点确定为启动电流时间点，将待测道岔动作电流曲线的每个斜率与0作差的差值第一次切换到一定的阈值范围内时的切换点确定为工作电流工作点，将待测道岔动作电流曲线的每个斜率与0作差的差值第二次切换到一定的阈值范围外时的切换点确定为锁闭电流工作点；将启动电流时间点至工作电流时间点的时间段截取为启动电流时间段，将工作电流时间点至锁闭电流点的时间段截取为工作电流时间段，将锁闭电流时间点以后的时间段截取为锁闭电流时间段。

步骤S305：将待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段的对应的电流曲线的比例放大或缩小至与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段对应的电流曲线的比例一致。

通过曲线缩放单元205将待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段的对应的电流曲线的比例放大或缩小至与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段对应的电流曲线的比例一致。

步骤S306：分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差。

通过方差计算单元206分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差。

步骤S307：判断计算得出的方差是否大于预设的阈值。

通过第一判断单元207判断计算得出的方差是否大于预设的阈值，若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则执行步骤S308。

步骤S308：依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果，并进行一次计数。

通过故障结果生成单元208依据该方差对应的工作状态时间段生成故障结果；通过故障次数计算单元209进行计数。

步骤S309：判断计数值是否大于预设定的阈值，若计数值大于与设定的阈值，则执行步骤S310。

通过第二判断单元210判断计数值是否大于预设定的阈值。

步骤S310：报警。

通过报警单元211报警，上述的报警信息提示可通过本地终端100的显示单元107显示。

综上所述，本发明实施例提供的一种道岔故障检测装置与方法，通过计算待测道岔电流动作曲线的每连续3个时间点的对应的电流值的坐标组成的曲线的拟合直线的斜率，依据每个斜率对应的时间点以及每个斜率与0作差的差值截取多个工作状态时间段；分别计算待测道岔动作电流曲线的每个工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值与对应的预存储的标准道岔动作电流曲线的工作状态时间段内的多个时间点对应的电流值的方差，若计算得出的其中一个或多个方差大于预设定的阈值，则依据该方差对应的工作状态时间段生成具体的故障结果。由于不同工作状态时间段计算得出的方差大于预设定的阈值时生成的故障结果不同，从而可对具体的异常问题进行精确定位并给出具体的处理意见，用户体验感良好，并且方差的判断界值易掌握，在运用过程中效果非常理想，易于实施。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。