CN103129584B - 道岔监测方法与系统、铁路线路管理方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道岔监测方法与道岔监测系统、铁路线路管理方法与铁路线路管理。道岔扳动过程中电机的电信号能够有效反映出道岔的状况，在道岔处于稳定状态时，其电机的电信号在道岔扳动过程中非常平稳，但是当道岔处于非稳定状态时，其电机的电信号在道岔扳动过程中将会出现不同程度的波动。因此本发明通过监测道岔电机的电信号可以用来识别道岔的状态，并且进一步根据道岔的不同状态可以采取不同的应对措施。通过这些措施，可以有效的减少因道岔故障发生所引起的事故，此外合理的进行线路管理还可以减少列车延迟时间。

Description

道岔监测方法与系统、铁路线路管理方法与系统

技术领域

本发明总体上涉及对铁路进行管理的方法和系统，特别的本发明涉及道岔监测方法与道岔监测系统、铁路线路管理方法与铁路线路管理。

背景技术

道岔(switch)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，广泛应用于铁路、矿山道路。有了道岔，可以充分发挥线路的通过能力。道岔是个大家族，最常见的是普通单开道岔。它由转辙器、连接部分、辙叉及护轨三个单元组成。转辙器包括基本轨、尖轨和转辙机械。除了单开道岔，还有双开道岔、三开道岔以及多开道岔(复式交分道岔)等。道岔具有数量多(如一个中型以上的车站道岔的数量往往接近上千组)、构造复杂、使用寿命短、故障频次多、养护维修投入大等特点。

道岔故障分为室内故障和室外故障，室内故障主要是电机本身的故障，室外故障是道岔在扳动或使用中的故障。一般情况下，由于道岔设备长期处于室外，受外界干扰较多，其故障率要比室内故障要高的多。

道岔故障将会带来严重的财产损失以及人员伤亡，然而道岔故障在实际应用中很难精确估计和预测，所以很难在道岔故障前采取措施防止事故的发生。道岔的人工维护和检测需要耗费大量的人力，并且受时间限制往往很难在白天进行。

发明内容

为了对道岔的状态进行识别，本发明提出了一种道岔监测方案，包括道岔监测方法和道岔监测系统。并且为了对线路进行管理，本发明还提出了一种线路管理方案，包括线路管理方法与线路管理系统，从而利用道岔监测方案实现线路管理。

具体而言，本发明提出一种道岔监测方法，包括：监测道岔电机的电信号；获取所述道岔状态识别阈值；以及根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态。

本发明还提出一种线路管理方法，包括：根据所述道岔监测方法监测道岔以识别道岔的状态；根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整；以及响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。

本发明还提出一种道岔监测系统，包括：监测装置，被配置为监测道岔电机的电信号；获取装置，被配置为获取所述道岔状态识别阈值；以及识别装置，被配置为根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态。

本发明还提出一种线路管理系统，包括所述道岔监测系统；判断装置，被配置为根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整；以及调整装置，被配置为响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。

通过本发明所实现的道岔监测方案，可以对道岔的状态进行识别，从而在线路管理方案中对道岔故障进行预测，以便根据监测出的道岔状态，采取不同的应对措施，减少因为道岔故障而引起的事故。

附图说明

本说明中所参考的附图只用于示例本发明的典型实施例，不应该认为是对本发明范围的限制。

图1示出了适于用来实现本发明的一种实施方式的示例性计算系统框图；

图2示出了按照本发明的一个实施例的道岔监测方法流程图；

图3A示出了按照本发明的一个实施例识别道岔的状态的方法流程图；

图3B示出了按照本发明的另一个实施例识别道岔的状态的方法流程图；

图4示出了按照本发明的一个实施例进行线路管理的流程图；

图5示出了道岔结构示意图；

图6示出了道岔状态变化示意图；

图7A示出了道岔在第一阶段的电机电压示意图；

图7B示出了道岔在第二阶段的电机电压示意图；

图7C示出了道岔在第三阶段的电机电压示意图；

图8A示出了按照本发明的一个实施例在进行道岔扳动计划调整前的行车线路图；

图8B示出了按照本发明的一个实施例在进行道岔扳动计划调整后的行车线路图；

图9示出了按照本发明的一个实施例的道岔监测系统框图；

图10A示出了按照本发明的一个实施例的识别装置的示意框图；

图10B示出了按照本发明的另一个实施例的识别装置的示意框图；

图11示出了按照本发明的一个实施例的线路管理系统框图。

具体实施方式

本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限定本发明。本文中所用的单数形式的“一”和“该”，旨在也包括复数形式，除非上下文中明确地另行指出。还要知道，“包含”一词在本说明书中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，以及/或者它们的组合。

权利要求中的对应结构、材料、操作以及所有功能性限定的装置(means)或步骤的等同替换，旨在包括任何用于与在权利要求中具体指出的其它单元相组合地执行该功能的结构、材料或操作。所给出的对本发明的描述其目的在于示意和描述，并非是穷尽性的，也并非是要把本发明限定到所表述的形式。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不偏离本发明范围和精神的情况下，显然可以作出许多修改和变型。对实施例的选择和说明，是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，使所属技术领域的普通技术人员能够明了，本发明可以有适合所要的特定用途的具有各种改变的各种实施方式。

所属技术领域的技术人员知道，本发明的多个方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的多个方面可以具体实现为以下形式，即，可以是完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)、或者本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”的软件部分与硬件部分的组合。此外，本发明的多个方面还可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可用的程序码。

可以使用一个或多个计算机可读的介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电的、磁的、光的、电磁的、红外线的、或半导体的系统、装置、器件或任何以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括以下：有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任何合适的组合。在本文件的语境中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形的介质，该程序被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可包括在基带中或者作为载波一部分传播的、其中体现计算机可读的程序码的传播的数据信号。这种传播的信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或任何以上合适的组合。计算机可读的信号介质可以是并非为计算机可读存储介质、但是能发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序的任何计算机可读介质。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适的上述组合。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适的上述组合。

用于执行本发明的操作的计算机程序码，可以以一种或多种程序设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++之类，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如”C”程序设计语言或类似的程序设计语言。程序码可以完全地在用户的计算上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户的计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可以通过任何种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户的计算机，或者，可以(例如利用因特网服务提供商来通过因特网)连接到外部计算机。

以下参照按照本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的多个方面。要明白的是，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理装置执行的这些指令，产生实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能指令计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令产生一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置(instructionmeans)的制造品。

也可以把计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，使得在计算机或其它可编程数据处理装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而在计算机或其它可编程装置上执行的指令就提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

本发明附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、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，两个接连地表示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操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。

图1示出了适于用来实现本发明的一种实施方式的示例性计算系统100的框图。如所示，计算机系统100可以包括：CPU(中央处理单元)101、RAM(随机存取存储器)102、ROM(只读存储器)103、系统总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。在这些设备中，与系统总线104耦合的有CPU101、RAM102、ROM103、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合，并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅为了示例的目的而示出的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况而增加或者减少某些设备。

本发明中的发明人发现道岔扳动过程中电机的电信号能够有效反映出道岔的状况，在道岔处于稳定状态时，其电机的电信号在道岔扳动过程中非常平稳，但是当道岔处于非稳定状态时，其电机的电信号在道岔扳动过程中将会出现不同程度的波动，波动的幅度越大说明道岔的状况越不稳定。因此通过监测道岔电机的电信号可以用来识别道岔的状态，并且进一步根据道岔的不同状态可以采取不同的应对措施，比如减少道岔的扳动频率、不扳动道岔而等待工作人员夜间进行维修等。通过这些措施，可以有效的减少因道岔故障发生所引起的事故，此外合理的进行线路管理还可以减少列车延迟时间。

图2示出了按照本发明的一个实施例的道岔监测方法流程图。在步骤201，监测道岔电机的电信号；在步骤203，获取所述道岔状态识别阈值；在步骤205，根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态。

在步骤201中所监测的道岔电机的电信号可以为下列电信号之一：道岔电机所在回路的电压值，道岔电机所在回路的电流值。图5示出了道岔结构示意图。501所示的是道岔的电路控制器(CircuitController)，503所示的是道岔的电机(Motor)，507所示的是道岔的轨道(rail)，并且与传统的道岔结构不同，本发明的道岔电路控制器中还创新的安装了电信号感应器(Sensor)505。电路控制器501中还包含很多其他的部件，为简化起见，图5中仅仅示意那些与本发明有密切关系的部件。

在一种实施例中，电信号感应器505用来测量道岔电机503所在回路的电压。对于测量哪两点之间的电压本发明并不做限定，只要是道岔电机503所在回路的某两点之间的电压都可以，但是在监测道岔电机的电信号过程中测量电压所采用的标准应当和确定道岔状态识别阈值过程中测量电压所采用的标准一致，比如在确定道岔状态识别阈值时测量的电压是电机503两端的电压，那么在监测道岔电机的电信号过程中测量的也应当是电机503两端的电压。本说明书主要以电压信号为例进行说明，并不表示本发明仅限于监测电机的电压信号。另一种实施例中，电信号感应器505用来测量道岔电机503所在回路的电流。同理，本发明对于测量那条电路中的电流本发明并不做限定，只要是测量道岔电机503所在回路中的某条电路的电流都可以，但是在监测道岔电机的电信号过程中测量电流所采用的标准应当和确定道岔状态识别阈值过程中测量电流所采用的标准一致。

需要说明的是，本发明中获取所述道岔状态识别阈值(图2中的步骤203)以及根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态(图2中的步骤205)既可以在道岔本地的处理器上进行也可以在远端的服务器上进行。

继续图2，在步骤203，获取所述道岔状态识别阈值。所述道岔状态识别阈值标识道岔处于不同状态下的分界点。所述道岔状态识别阈值可以根据经验值直接获得，也可以根据历史数据计算得到。

按照本发明的一个实施例，步骤203进一步包括根据同类道岔电机在扳动期间电信号的波动程度在不同状态下的变化确定道岔状态识别阈值。通过分析同类型道岔从正常工作状态到出现故障状态过程中电机电信号的变化趋势可以确定道岔状态识别阈值。

比如按照本发明的一个实施例，所述道岔的状态包括第一阶段、第二阶段和第三阶段。假设，在这三个阶段道岔仍然能够正常工作，也就是说这三个阶段并不包括道岔已经发生故障的阶段，只不过在第三阶段道岔已经非常接近发生故障的状态。在第一阶段，所述道岔处于稳定工作状态，在第二阶段，所述道岔处于相对不稳定工作状态，而在第三阶段所述道岔则处于非常不稳定工作状态。

上述道岔状态的划分是基于发明人对实际道岔电机的电信号的数据采样分析而确定的，然而本发明对道岔状态划分为几个阶段并不做限定，比如本发明也可以被划分为两个阶段或这四个阶段等，不过阶段划分的越复杂，线路管理的复杂程度也会随之成本提高。

道岔电机可以产生动力来控制齿轮转动，从而使道岔从一个股道移动到另一个股道.在道岔扳动过程中，由电机的电能转化为道岔移动的动能，因此电机会产生相应的电压(电流)。目前比较典型的道岔扳动主要分以下三个步骤：步骤1为道岔扳动过程，在这个过程中由电机产生的电能转化为道岔移动的动力，因此回路中会有电流流过，整个过程持续约2到2.5秒；步骤2为道岔锁定过程，在这个过程中道岔已经移动到位需要锁定当前道岔，这一过程中没有能量转换，因此电机不会产生电流，这一过程持续约1到2秒；步骤3为道岔确定过程，以确认道岔是否移动到正确位置并固定好，这一过程也没有能量转换，因此电机上也没有电流流过，这个过程持续约1到2秒。

图7A示出了道岔在第一阶段(即稳定工作状态)的电机电压示意图。图中的横轴表示时间，单位为秒；纵轴表示电机电压，单位为伏特V。从0到2.4秒为道岔扳动过程，从2.4秒到5秒为道岔锁定过程和道岔确定过程。可见，在道岔扳动过程，电机电压稳定在约110V左右；在道岔锁定过程和道岔确定过程，电机电压稳定在0V左右。

值得说明的是，虽然本实施例中所研究的道岔在稳定工作状态下，在道岔锁定过程和道岔确定过程中电机电压稳定在0V左右，但是本发明并不仅限于只能应用在这种情况下。

图7B示出了道岔在第二阶段的电机电压示意图。同样，图中的横轴表示时间，纵轴表示电机电压。在第二阶段，道岔处于相对不稳定工作状态。在道岔扳动过程(从0到2.4秒)，电机电压出现上下浮动；在道岔锁定过程和道岔确定过程(从2.4秒到5秒)，电机电压稳定在0V左右。

图7C示出了道岔在第三阶段的电机电压示意图。同样，图中的横轴表示时间，纵轴表示电机电压。在第三阶段，道岔处于非常不稳定工作状态，或者说道岔虽然目前仍能正常工作，但是很可能马上就会出现故障。在道岔扳动过程(从0到2.4秒)，电机电压出现剧烈上下浮动；在道岔锁定过程和道岔确定过程(从2.4秒到5秒)，电机电压仍然存在波动。

可选的，由于电信号在传输过程中可能会存在一定的噪音，可以进一步对图7A-7C的数据信号进行去噪处理，从而使电压数据更能真实的反映出道岔的状态。常用的去噪方法有小波去噪、卡尔曼滤波等。

在图7所示的例子中，在第二阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第一阶段，在第三阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第二阶段。为了找到两种相邻状态间的分界点，即为了确定道岔状态识别阈值，需要对同类型道岔的电机电压进行连续监测，从而通过电机电压的变化趋势确定道岔状态识别阈值。下面借助图6描述如何利用道岔电机电信号的波动程度划分不同的道岔状态。

图6示出了道岔状态变化示意图。横轴表示道岔的使用时间，使用时间越长，道岔的波动程度往往越高。纵轴表示电机电信号的波动程度(波动程度的计算将在下文中进行详细介绍)，波动程度越大说明道岔越不稳定。从图6中可以看出电机电压的波动程度在道岔使用生命周期内出现两次明显跳变，第一次跳变出现在时间为X₁的位置处，第二次跳变出现在时间为X₂的位置处，两次跳变标志着道岔电机电压的波动程度明显增大。因此，X₁处的波动程度设为第一道岔状态识别阈值，X₂处的波动程度设为第二道岔状态识别阈值。由于不同类型道岔的设计指标可能不同，因此不同类型的道岔的道岔状态识别阈值也可能不同。为了防止波动程度的抖动产生误判，图6中的两个道岔状态识别阈值并没有设置在波动程度开始跳变的点上，即并没有设置在X₁’或X₂’处所对应的点上，而是设置在X₁或X₂处所对应的点上。实际应用中，可以根据不同的需求对道岔状态识别阈值进行设置。

图3A示出了按照本发明的一个实施例识别道岔的状态的方法流程图。在步骤301，确定监测到的所述道岔电机的电信号的平均值作为当前平均值。例如，当前平均值可以通过下述公示1获得：

V_c＝(x₁+x₂+x₃+…+x_n)/n公示1

公示1中x₁、x₂...x_n为当前道岔电机在n个时间采样点上的n个电压取值。V_c表示当前平均值。

按照本发明的一个实施例，所述x₁、x₂...x_n为在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值。

按照本发明的另一个实施例，V_c进一步被划分分为V_c1和V_c2，其中V_c1表示在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压平均值，V_c2表示道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机的电压平均值。在稳定工作状态，V_c2的值应当为0，但是在非稳定工作状态，V_c2的值可能不为0。V_c1和V_c2的公示分别如下公示2和公示3所示：

V_c1＝(x₁₁+x₁₂+x₁₃+…+x_1n)/n公示2

V_c2＝(x₂₁+x₂₂+x₂₃+…+x_2m)/m公示3

其中x₁₁、x₁₂…x_1n表示当前道岔在道岔扳动过程中的n个采样点的电压取值，x₂₁、x₂₂…x_2m表示当前道岔在道岔锁定过程以及道岔确定过程中的m个采样点的电压取值。

在步骤303确定监测到的所述道岔电机的电信号的取值与所述当前平均值之间的方差作为第一方差Var₁。所述第一方差表示当前道岔电机电压的波动与其均值之间的差别。所述第一方差Var₁可以通过下述公示4获得。

Var₁＝[(x₁-V_c)²+(x₂-V_c)²+...+(x_n-V_c)²]/n公示4

按照本发明的一个实施例，所述x₁、x₂...x_n为在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值。V_c表示当前道岔电机的电压平均值。Var₁为第一方差。

按照本发明的一种实施例，所述第一方差Var₁表示在道岔扳动过程中，所述道岔电机的电信号的取值与所述当前平均值之间的方差。

按照本发明的另一个实施例，所述第一方差Var₁进一步被划分为Var₁₁和Var₁₂，其中Var₁₁表示在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值与所述当前平均值V_c1之间的方差(如公示5所示)，Var₁₂表示在道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机的电压取值与所述当前平均值V_c2之间的方差(如公示6所示)。

Var₁₁＝[(x₁₁-V_c1)²+(x₁₂-V_c1)²+...+(x_1n-V_c1)²]/n公示5

Var₁₂＝[(x₂₁-V_c2)²+(x₂₂-V_c2)²+...+(x_2m-V_c2)²]/m公示6

公示5中x₁₁、x₁₂…x_1n表示当前道岔在道岔扳动过程中的n个采样点的电压取值，x₂₁、x₂₂…x_2m表示当前道岔在道岔锁定过程以及道岔确定过程中的m个采样点的电压取值。

在步骤305，确定监测到的所述道岔电机的电信号的取值与同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值之间的方差作为第二方差Var₂。为方便起见，其中所述同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值可以被称为标准平均值V_s。所述标准平均值V_s由历史数据统计获得。

按照本发明的一种实施例，标准平均值V_s表示在道岔扳动过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值。

按照本发明的另一种实施例，V_s进一步被划分为V_s1和V_s2，其中V_s1表示在道岔扳动过程中同类道岔电机的电压平均值，V_s2表示在锁定过程以及道岔确定过程中同类道岔电机的电压平均值。在稳定工作状态，V_s2的值应当为0。

按照本发明的一个实施例，所述标准平均值V_s可以是事先获得并存储起来的数据，每次在执行步骤305时只需直接调用标准平均值V_s的值即可。

按照本发明的另一个实施例，图3A所述的流程进一步包括通过统计历史数据，确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值作为标准平均值V_s(图中未示出)。

在步骤305中所述第二方差Var₂的大小表示当前道岔电机电压的波动与同类型道岔在稳定工作状态下的电机电压的差别。在某些情况下(例如只是道岔电机故障时)，虽然第一方差的值不大，第二方差的值仍然可能比较大，说明虽然当前道岔电机电压的波动幅度虽然不大，但是当前道岔电机电压整体偏离标准平均值。在一个实施例中，所述第二方差Var₂可以用下面公示7表示：

Var₂＝[(x₁-V_s)²+(x₂-V_s)²+...+(x_n-V_s)²]/n公示7

公示7中，所述x₁、x₂...x_n为在道岔扳动过程中当前道岔电机的在n个采样点的电压取值。V_s为同类道岔处于稳定工作状态的道岔电机的电压平均值。

按照本发明的一种实施例，所述第二方差Var₂表示在道岔扳动过程中，所述道岔电机的电信号的取值与所述标准平均值之间的方差。

按照本发明的另一个实施例，第二方差Var₂进一步被划分为Var₂₁和Var₂₂，其中Var₂₁表示在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值与所述标准平均值V_s1之间的方差(如公示8所示)，Var₂₂表示在道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机的电压取值与所述标准平均值V_s2之间的方差(如公示9所示)。

Var₂₁＝[(x₁₁-V_s1)²+(x₁₂-V_s1)²+...+(x_1n-V_s1)²]/n公示8

Var₂₂＝[(x₂₁-V_s2)²+(x₂₂-V_s2)²+...+(x_2m-V_s2)²]/m公示9

在步骤307根据所述第一方差与第二方差确定所述道岔电机电信号的波动程度。所述波动程度可以表示为下述公示10中的波动程度指数：

Index＝Var₁+Var₂公示10

进一步，公示10中的Var₁、Var₂可以进行加权求和而不是简单求和。这样波动程度指数可以按照不同的需求侧重反映不同的方差。作为本发明的一个简化，波动程度指数Index可以仅体现为第一方差，从而侧重考虑当前道岔电机电压与当前平均值之间的偏离程度。

按照本发明的一个实施例，所述波动程度指数表示当前道岔电机在道岔扳动期间电信号的波动程度。

按照本发明的另一个实施例，所述波动程度指数Index进一步被划分为Index₁与Index₂。其中Index₁表示在道岔扳动过程中当前道岔电机电压的波动程度(如公示11所示)，Index₂表示在道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机电压的波动程度(如公示12所示)。

Index₁＝Var₁₁+Var₂₁公示11

Index₂＝Var₁₂+Var₂₂公示12

可选的，波动程度指数Index₁与Index₂可以进一步被加权求和以获得总的波动程度指数。所述总的波动程度指数可以由下述公示13获得。

Index＝W₁*Index₁+W₂*Index₂公示13

其中W1和W2表示权重。

在步骤309比较所述道岔电机电信号的波动程度与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。比如，如果波动程度指数大于第一道岔状态识别阈值，则认为当前道岔处于第二阶段，如果波动程度指数进一步大于第二道岔状态识别阈值，则认为当前道岔处于第三阶段。

图3A所示的流程中步骤305可以在步骤301以及303之前进行，也可以在步骤301以及303之后进行，甚至还可以与步骤301以及303同时进行。

图3B示出了按照本发明的另一个实施例识别道岔的状态的方法流程图。在步骤321，确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号的核密度函数作为第一核密度函数P。所述核密度函数可以由核密度估计方法得到，核密度估计方法是在概率论中用来估计未知的密度函数，属于非参数检验方法之一，由于核密度估计方法属于现有概念，本说明书在此不做过多限定。只要知道采样点的电压取值就可以构造出第一核密度函数。第一核密度函数可以由P(Y)表示，其中Y表示为同类道岔电机处于稳定工作状态的一组电压取值[y₁、y₂......y_n]。

比如，假设一组采样点的电压取值分别为y₁＝89伏、y₂＝90伏、y₃＝91伏和y₄＝90伏。那么第一核密度函数P(Y)的取值可以是P(y₁)＝0.25，P(y₂)＝0.5，P(y₃)＝0.25，P(y₄)＝P(y1)。因为电压为89伏的概率为25％(即0.25)，电压为90伏的概率为50％(即0.5)，电压为91伏的概率也为25％(即0.25)，根据这些已知点的取值可以求出第一核密度函数P(Y)。

按照本发明的一种实施例，所述第一核密度函数P(Y)为在道岔扳动过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的密度函数，其中Y表示为在道岔扳动过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的电压取值[y₁、y₂......y_n]。

按照本发明的另一种实施例，所述第一核密度函数P(Y)进一步被划分为P₁(Y)和P₂(Y)。其中P₁(Y)为在道岔扳动过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的密度函数，其中的Y表示为在道岔扳动过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的电压取值[y₁、y₂......y_n]。P₂(Y)为在道岔锁定过程以及道岔确定过程中同类道岔电机的密度函数，其中的Y表示为在道岔锁定过程以及道岔确定过程中同类道岔电机处于稳定工作状态的电压取值[y₁、y₂......y_m]。按照本发明的一个实施例，P₂(0)＝100％，因为同类道岔电机在稳定工作状态下在道岔锁定过程以及道岔确定过程中的电压为0，所以P₂函数在电压为0的点上的取值为100％。

在步骤323，确定所述道岔电机的电信号的核密度函数作为第二核密度函数Q。第二核密度函数可以由Q(X)表示，其中X表示为当前道岔电机的在n个采样点上的一组电压取值[x₁、x₂......x_n]。

按照本发明的一种实施例，所述第二核密度函数Q(X)为在道岔扳动过程中当前道岔电机的核密度函数，其中X表示为在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值[x₁、x₂......x_n]。

按照本发明的另一种实施例，所述第二核密度函数Q(X)进一步被划分为Q₁(X)和Q₂(X)。其中Q₁(X)为在道岔扳动过程中当前道岔电机的核密度函数，其中的X表示为在道岔扳动过程中当前道岔电机的电压取值[x₁、x₂......x_n]。Q₂(X)为在道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机的核密度函数，其中的X表示为在道岔锁定过程以及道岔确定过程中当前道岔电机的电压取值[x₁、x₂......x_m]。

在步骤325，确定第二核密度函数Q偏离第一核密度函数P的距离，如下面公示14所述：

$D\left(P\right|\left|Q\right)=\underset{i\∈x}{\mathrm{\Σ}}P\left(x\right)\log \frac{P\left(x\right)}{Q\left(x\right)}$ 公示14

在公示14中，将当前道岔电机的电压取值X，即[x₁、x₂......x_n]，分别带入到第一核密度函数P中，从而获得在相同的采样点[x₁、x₂......x_n]上第一核密度函数的取值P(X)。进一步，确定在相同的采样点[x₁、x₂......x_n]上第二核密度函数Q偏离第一核密度函数P的距离D(P||Q)。D(P||Q)的值越大说明第二核密度函数Q与第一核密度函数P的偏离越大，即当前道岔电机电压的波动程度越大。D(P||Q)的值越小说明第二核密度函数Q与第一核密度函数P的偏离越小，即当前道岔电机电压的波动程度越小。在极端情况下如果第二核密度函数Q与第一核密度函数P完全相同，则D(P||Q)为0。

按照本发明的一种实施例，所述距离D(P||Q)为在道岔扳动过程中，当前道岔电机的密度函数Q(X)偏离同类道岔电机处于稳定工作状态下的密度函数P(X)的距离。

按照本发明的另一种实施例，所述距离D(P||Q)进一步被划分为D₁(P||Q)和D₂(P||Q)。其中D₁(P||Q)为在道岔扳动过程中，当前道岔电机的密度函数Q₁(X)偏离同类道岔电机处于稳定工作状态下的密度函数P₁(X)的距离。D₂(P||Q)为在道岔锁定过程以及道岔确定过程中，当前道岔电机的密度函数Q₂(X)偏离同类道岔电机处于稳定工作状态下的密度函数P₂(X)的距离。距离D(P||Q)可以进一步被表示为D₂(P||Q)与D₂(P||Q)的加权求和。

在步骤327，比较所述距离与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。比如，如果所述距离大于第一道岔状态识别阈值，则认为当前道岔处于第二阶段，如果所述距离进一步大于第二道岔状态识别阈值，则认为当前道岔处于第三阶段。

图4示出了按照本发明的一个实施例进行线路管理的流程图。在步骤401监测道岔以识别道岔的状态。其中监测道岔的方法可以采用上文中所描述的方法。

在步骤403，根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整。道岔的扳动计划比如可以包括下列各项中的一项或多项：在道岔在一定周期内(比如一天内)所扳动的次数(比如100次)、道岔扳动的时间表(比如在一天中的哪个时间点进行扳动)、如何扳动道岔(比如在某个时间点上是由直道扳向弯道还是由弯道扳向直道)以及其它道岔扳动计划。可以根据实际需要设置一些规则以判断是否对道岔的扳动计划进行调整，比如在道岔进入第二阶段后就需要减少对道岔进行扳动，每天每个道岔的最多扳动次数尽量控制在20次以内，在道岔进入第三阶段后就需要避免对道岔进行扳动，即如果原来在直行道上就保持在直行道上不变，如果原来在弯道上就保持在弯道上不变，并且对于进入第三阶段的道岔应当在夜晚进行检修或更换。以上规则仅仅是示例性的，本发明可以采用任何其它规则判断是否对道岔的扳动计划进行调整。

在步骤405，响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。图8A示出了按照本发明的一个实施例在进行道岔扳动计划调整前的行车线路图。在图8A所示的例子中，列车1(train1)原计划按照虚线所示的轨道前进。假设经监测，道岔1(Switch1)已经进入第三阶段，并且道岔1的道岔正处于直行道上，而道岔2(Switch1)仍然处于第一阶段。根据步骤403判断需要对道岔1的扳动计划进行调整。根据步骤405重新调整道岔1的扳动计划，从而保持道岔1的道岔在直行道上不变。图8B示出了按照本发明的一个实施例在进行道岔扳动计划调整后的行车线路图。图8B中的虚线表示调整后列车1(train1)的前进轨道，即列车1经过道岔1后继续直行，并且经由道岔2(Switch2)进入车站S(stationS)，之后再由车站S继续沿轨道前进。

值得说明的是，由于列车1的行进轨道发生了变化，因此列车1原有的时刻表很有可能也随之发生变化。因此按照本发明的一个实施例，本发明进一步包括根据列车时刻表延迟容忍程度重新调整道岔的扳动计划。也就是说在重新调整道岔的扳动计划时考虑列车所能容忍的延迟程度，比如如果将一个进入第二阶段的道岔由每天扳动40次减少为每天扳动20次将导致20辆列车整体延迟100小时，而100小时的延迟从经济上是难以承受的，因此可以再此调整道岔扳动计划为每天扳动25次等。

按照本发明的实施例，可以清楚的了解道岔所处的状态，进而根据道岔所处的状态对道岔的使用计划进行调整，从而避免或减少了由于道岔事故所造成的经济损失和人员伤亡，同时还可以减少由于道岔故障引起的时间延迟(因为本发明能够在道岔发生实际故障前进行提前预警，使得将道岔修理或更换时间尽量安排在夜晚或闲时，从而避免了因为强迫正在正常行进中的车辆停止行驶以等待道岔进行检修所造成的延迟)。

在同一发明构思下，本发明还提供了道岔监测系统。由于道岔监测系统与上述道岔监测方法属于同一发明构思，因此相同部分在下文中不会一一赘述。

图9示出了按照本发明的一个实施例的道岔监测系统901框图。所述道岔监测系统901包括监测装置903、获取装置905以及识别装置907。其中监测装置903被配置为监测道岔电机的电信号。获取装置905，被配置为获取所述道岔状态识别阈值。识别装置907被配置为根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态。

按照本发明的一种实施例，所述电信号为下列电信号之一：道岔电机所在回路的电压值，道岔电机所在回路的电流值。

按照本发明的一种实施例，所述获取装置905进一步包括：第一确定装置，被配置为根据同类道岔电机电信号在不同状态下的的波动程度确定道岔状态识别阈值。

按照本发明的一种实施例，所述道岔的状态分为三个阶段，第一阶段的道岔处于稳定工作状态，第二阶段的道岔处于相对不稳定工作状态，第三阶段的道岔处于非常不稳定工作状态，并且第二阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第一阶段，在第三阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第二阶段。

图10A示出了按照本发明的一个实施例的识别装置1001的示意框图。其中识别装置1001进一步包括：第二确定装置1003被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的平均值作为当前平均值。第三确定装置1005被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的取值与所述当前平均值之间的方差作为第一方差。第四确定装置1007被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的取值与同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值(即标准平均值)之间的方差作为第二方差。第五确定装置1009，被配置为根据所述第一方差与第二方差确定所述道岔电机电信号的波动程度。第一比较装置1011被配置为比较所述道岔电机电信号的波动程度与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。可选的，图10A所述的系统进一步包括第九确定装置，被配置为通过统计历史数据确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值作为标准平均值(图中未示出)。

图10B示出了按照本发明的另一个实施例的识别装置的示意框图。按照本发明的另一个实施例，其中所述识别装置1021进一步包括：第六确定装置1023，被配置为确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号的核密度函数作为第一核密度函数P。第七确定装置1025，被配置为确定所述道岔电机电信号的核密度函数作为第二核密度函数Q。第八确定装置1027，被配置为确定第二核密度函数Q偏离第一核密度函数P的距离。第二比较装置1029，被配置为比较所述距离与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。

按照本发明的一种实施例，本发明还提供一种线路管理系统，如图11所示，所述线路管理系统1101包括：上述道岔监测系统1103。判断装置1105被配置为根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整。调整装置1107被配置为响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。

按照本发明的一个实施例，所述调整装置1107进一步被配置为根据列车时刻表延迟容忍程度重新调整道岔的扳动计划。

值得说明的是，本发明虽然以铁路线路为例进行说明，但是本发明并不限定与对铁路上的道岔进行监测以及对铁路限度进行管理。事实上，由于道岔的应用非常广泛，除铁路以外，其还可以应用于矿山道路等，因此本发明并不局限于铁路上的应用。

本发明的各种实施例可以提供许多优点，包括已经在发明内容中列举的，和能够从技术方案本身推导出来的。但是无论一个实施例是否取得全部优点，并且也无论这样的优点是否被认为是取得实质性提高，都不应构成对本发明的限制。同时，上文中提到的各种实施方式，仅仅是出于说明的目的，本领域的普通技术人员可以对上述实施方式做出各种修改和变更，而不偏离本发明的实质。本发明的范围完全由所附权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种道岔监测方法，包括：

监测道岔电机的电信号；

获取所述道岔状态识别阈值；以及

根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态，

其中获取所述道岔状态识别阈值进一步包括：根据同类道岔电机电信号在不同状态下的波动程度确定道岔状态识别阈值，

其中所述道岔的状态分为三个阶段，第一阶段的道岔处于稳定工作状态，第二阶段的道岔处于相对不稳定工作状态，第三阶段的道岔处于非常不稳定工作状态，并且在第二阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第一阶段，在第三阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第二阶段。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电信号为下列电信号之一：

道岔电机所在回路的电压值、道岔电机所在回路的电流值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述道岔的状态进一步包括：

确定监测到的所述道岔电机的电信号的平均值作为当前平均值；

确定监测到的所述道岔电机的电信号的取值与所述当前平均值之间的方差作为第一方差；

确定监测到的所述道岔电机的电信号的取值与同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值的方差作为第二方差；

根据所述第一方差与第二方差的加权求和确定所述道岔电机的电信号的波动程度；以及

比较所述道岔电机电信号的波动程度与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述道岔的状态进一步包括：

确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号的核密度函数作为第一核密度函数P；

确定所述道岔电机的电信号的核密度函数作为第二核密度函数Q；

确定第二核密度函数Q偏离第一核密度函数P的距离；以及

比较所述距离与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。

5.一种线路管理方法，包括：

按照权利要求1－4中任一个所述的方法监测道岔以识别道岔的状态；

根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整；以及

响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。

6.根据权利要求5所述的方法，其中重新调整道岔的扳动计划进一步包括：

根据列车时刻表延迟容忍程度重新调整道岔的扳动计划。

7.一种道岔监测系统，包括：

监测装置，被配置为监测道岔电机的电信号；

获取装置，被配置为获取所述道岔状态识别阈值；以及

识别装置，被配置为根据所述电信号以及所述道岔状态识别阈值识别所述道岔的状态，

其中获取装置进一步包括：第一确定装置，被配置为根据同类道岔电机电信号在不同状态下的波动程度确定道岔状态识别阈值，

其中所述道岔的状态分为三个阶段，第一阶段的道岔处于稳定工作状态，第二阶段的道岔处于相对不稳定工作状态，第三阶段的道岔处于非常不稳定工作状态，并且第二阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第一阶段，在第三阶段道岔电机的电信号的波动程度高于第二阶段。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述电信号为下列电信号之一：

道岔电机所在回路的电压值、道岔电机所在回路的电流值。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述识别装置进一步包括：

第二确定装置，被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的平均值作为当前平均值；

第三确定装置，被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的取值与所述当前平均值之间的方差作为第一方差；

第四确定装置，被配置为确定监测到的所述道岔电机电信号的取值与同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号平均值之间的方差作为第二方差；

第五确定装置，被配置为根据所述第一方差与第二方差的加权求和确定所述道岔电机电信号的波动程度；以及

第一比较装置，被配置为比较所述道岔电机电信号的波动程度与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述识别装置进一步包括：

第六确定装置，被配置为确定同类道岔电机处于稳定工作状态的电信号的核密度函数作为第一核密度函数P；

第七确定装置，被配置为确定所述道岔电机电信号的核密度函数作为第二核密度函数Q；

第八确定装置，被配置为确定第二核密度函数Q偏离第一核密度函数P的距离；以及

第二比较装置，被配置为比较所述距离与所述道岔状态识别阈值从而识别所述道岔的状态。

11.一种线路管理系统，包括：

权利要求7－10中任一个所述的道岔监测系统；

判断装置，被配置为根据所述道岔的状态判断是否对道岔的扳动计划进行调整；以及

调整装置，被配置为响应于需要对道岔的扳动计划进行调整，重新调整道岔的扳动计划。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述调整装置进一步被配置为根据列车时刻表延迟容忍程度重新调整道岔的扳动计划。