[发明专利]基于数据融合模式识别的嵌入式故障智能诊断装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通故障智能诊断技术领域，特别涉及一种基于数据融合模式识别的嵌入式故障智能诊断装置及方法。特别是适用于关键设备众多，结构复杂的轨道交通列车(包括安全疏散门、车门、走行部、牵引系统、制动系统和车载信号系统等)，干扰信号复杂的故障诊断系统。

背景技术

国内外事故统计分析表明：车辆、信号、轨道及供电系统等是引发轨道交通事故的关键装备，尤其以关乎乘客生命安全的车辆更是重中之重。车辆由众多关键设备(安全疏散门、车门、走行部、牵引系统、制动系统和车载信号系统等)组成，故障后的危害性最大。这一危害性在城市轨道交通中尤为突出。尽管我国城市轨道交通已经部署了大量的监控系统，在保障运营安全方面发挥了重要作用。但是，由于缺乏对车辆等关键装备的一体化实时监控、故障诊断、隐患预警、维修和应急决策支持技术，导致无法为运营提供有效的安全保障。已成为制约我国城市轨道交通发展和效率提高的瓶颈，是提高运营效率及安全保障必须解决的难点问题。

70年代初，美国的军事机构就开始研究数据的自动化综合处理，1973年，美国防部资助开发了声呐信号理解系统，数据融合技术在该系统中得到了最早的体现。此后，数据融合技术蓬勃发展，不仅在C³I系统中尽可能采用多种传感器来收集信息，而且在工业控制和管理等领域也朝着多传感器的方向发展。

近20年来，信息融合技术越来越受到人们的普遍关注。西方发达国家相当重视信息融合技术，其研究与应用发展十分迅速，正从概念论证走向开发应用。1937年以来，美国国会一直将其列为对美国国防具有重要影响的21项关键技术之一，并在信息融合技术研究方面投入巨资。一些采用信息融合技术的军事系统也相继研制成功。信息融合另外一个有成就的研究和应用领域是智能机器人，智能机器人需要依靠本身的传感器系统综合信息、识别环境作出决策。

而将信息融合技术应用于轨道交通故障诊断领域成为了一种趋势。在故障诊断中应该充分利用各种信息，而不应仅局限于一种信息。因为从诊断学角度来看，任何一种诊断信息都是模糊的、不精确的。任何一种诊断对象，单用一方面信息来反映其状态行为都是不完整的，只有从多方面获得关于同一对象的多维信息，并加以融合利用，才能对设备进行更可靠更准确的诊断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数据融合模式识别的嵌入式故障智能诊断装置及方法。

所述基于数据融合模式识别的嵌入式故障智能诊断装置包括硬件结构和软件结构组成；

硬件结构包括数据采集模块和嵌入式模块。数据采集模块负责完成数据采集、信号处理的任务，1～n个信号采集单元通过CAN总线接口和中心处理单元PC104连接，信号采集单元直接安装固定在列车关键设备的主要部位上，完成传感器的故障诊断、标定和校准，列车设备工作状态参数采集、信号的特征提取和CAN总线通讯；中心处理单元是采用PC104总线的嵌入式PC，中心处理单元位于设备的监测中心，分别和液晶显示、键盘及存贮设备、CAN接口、适配卡连接，画通过网络与远程服务器通讯，主要完成采集信号的处理、工作状态的判断与报警，以及故障诊断工作。

所述软件结构采用模块化设计，具有据预处理、历史数据网络训练，网络知识库进行网络推理，故障解释功能，主要包括监测数据库、监测报警模块、故障诊断模块、CAN通讯模块及网络通讯模块通过数据库管理模块与故障诊断模块通讯。

所述PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，实质上是一种紧凑型的IEEE-P996标准，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式系统，有极好的抗振性。PC104嵌入式计算机模块系列是一整套低成本、高可靠性、能迅速配置成产品的结构化模块。满足了系统抗振性和可靠性的要求。

所述信号采集单元包括传感器、信号调理、AD转换、DSP(或MCU)、数字量输入模块、FLASH存贮器。

所述监测报警模块根据具体工作状态恶劣程度的不同将报警分为3级。1级报警：只是提醒注意，在这种情况下设备还能工作一段时间；2级报警：要求密切注视故障的发展，但不需立即处理；3级报警：对这级报警，应立即进行应急处理。