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【摘要】本文针对TFDS设备在实际运用中因不能很好地适应大秦铁路重载、高密度的运输组织要求，出现丢列、丢辆、无图、窜图等问题，进行深入分析，找出其产生原因并给出了解决措施。
【关键词】TFDS；问题；措施
引言
货车故障轨旁图像检测系统（TFDS）设备是车辆运行安全监控系统设备（5T设备）的重要组成部分之一。2003年11月该系统率先在大秦铁路茶坞列检所投入运用，多年来发现了大量典型故障，有力地保障了列车运行安全。同时，由于湖东TFDS探测站所处地理位置的特殊性，设备在实际运用中也暴露出了诸多问题。
1、TFDS设备简介
TFDS设备利用轨旁摄像机对运行中列车的轮对、轴承、转向架、制动装置、车钩缓冲装置等关键部位进行图像采集，经计算机处理后，实时上传至列检服务器。在作业终端，由作业人员对图像做出职业判断，确认车辆质量，从而达到动态检查车辆的目的。TFDS设备还具有采集车号、判断车型、计算列车速度、记录通过时间、编组辆数等功能。
图1 室外设备分布示意图
2、存在的主要问题及原因分析
以湖东重Ⅰ线TFDS设备为例，2008年10月升级为统型设备，2009年10月完成了设备的抗阳光干扰改造，2013年4月进行了更新改造，设备的稳定性有了很大提高。但在实际应用中由于设备自身设计存在的问题，经常受到列车运行速度、到发密度等因素影响，使TFDS设备不能充分发挥安全保障作用。
2.1 列车停车对探测的影响
湖东编组站位于大秦铁路的西端，是大秦线的入口，北同蒲线、韩原线、大准线以及云岗、口泉支线等所有列车全部进入湖东编组站，由于要进行2万吨组合、更换机车及列检等技术作业，会有一定数量的列车在信号机前方停车。由于列车多为长大编组，致使部分车辆不能全部通过探测站，而停在TFDS设备的探测区内。
设备软件系统在轴间距处理时设最大值为25.5米，即设备主机通过判断磁钢信号的时间间隔是否大于时间t=25.5/v来判断列车是否通过。若时间大于t值，则说明2个车轮间的距离大于25.5米，判定列车已通过。若时间小于t值时，说明车轮与车轮之间的距离小于25.5米，表明列车没有全部通过。当列车在探测区停车，其停车时间大于系统设定值t，则判定列车通过，本次接车完毕，系统进入待机状态；当列车起动时，系统再次进入接车状态，首先进行机车判别、客货车判别、车辆匹配等工作尔后进行定位拍摄，在这个过程中就会出现分列、丢辆、无图、窜图等现象。
2.2 列车低速对探测的影响（车速小于5km/h的情况）
在TFDS设备中，磁钢作为车轮传感器，具有启动接车程序、判断车型、测量车速、测量轴距以及判断列车是否通过等重要作用。当车轮的轮缘通过磁钢顶部时产生感应电动势，磁钢输出类似正弦波电压信号，送入前置控制箱，完成波形的整形、计轴、测速、计辆、控制等工作。由于列车低速通过时，产生的感应电动势较弱，输出信号幅值低，前置控制箱内的常规磁钢板无法提取有效的车轮信号，因而系统无法正确判别及运行，造成TFDS探测系统丢辆、窜图等故障的发生；在极低速情况下，全列没有有效信号甚至造成丢列。
2.3 列车调速对探测的影响
列车调速是指当列车通过TFDS探测区时，突然加速或减速。TFDS设备中的3#、4#磁钢最重要的作用是控制系统摄像机的定位拍摄以及车号信息的采集。当列车在探测区间调速时，其速度、加速度值均为变值，但此时系统仍然以恒定车速或恒定加速度计算车辆的轴距。因此，计算出来的车辆轴距有较大误差，使得系统匹配车辆失败，无法准确定位，导致丢辆、窜图以及车号与现车不符等现象。
3、解决措施
3.1 解决列车停车造成设备故障采取的措施
设备主机通过判断磁钢信号的时间间隔是否大于时间t=25.5/v来判断列车是否通过。该判定条件简单实用并且可靠，但也有例外情况，即列车在探测区上方停车。当列车停车后，由于时间间隔大于t值，设备判定列车通过。列车再次起动，又作为下一列车进行探测。因此，可通过增加判定条件来解决该问题，即在上述判定条件的基础上，增加1#、2#磁钢探测通过车轴数量与3#、4#磁钢探测通过车轴数量的对比来判定列车是否全部通过。即当列车全部通过时，4个磁钢探测的车轴数量必然相等，从而判定列车全部通过，设备进入等待接车状态。当列车在探测区上方停车时，由于1#、2#磁钢与3#、4#磁钢相距一般不少于80米，车轴数量必然不相等，从而判断列车未全部通过，设备仍然处于接车状态，以便列车再次启动时，能够及时接车。
由于列车停车、再起动的过程是一个减速、停车、加速再起动的过程，上述方案只能解决分列问题，无法解决丢辆、无图、窜图等问题。
3.2 解决列车低速造成设备故障采取的措施
3.2.1 磁钢工作原理
磁钢主要是由位于顶部的单极性永磁磁芯、磁芯两侧的感应线圈以及铁芯等构成，其工作原理是电磁感应定律，感应电动势eL=-n·dφ/dt， 其中n为线圈匝数，dφ/dt为磁通量变化率。当车轮轮缘从磁钢上方通过时，磁通量发生变化，线圈上产生感应电动势。车速越快，感应电动势越大。
3.2.2 干扰信号分析
理论上讲，只要列车通过探测站，磁钢就能接收到信号，系统就能正常工作，然而复杂的电气化环境存在着诸多干扰。
（1）接触网电压及钢轨牵引电流的电磁干扰
电气化区段，牵引供电回路是由牵引变电所—馈电线—接触网—电力机车—钢轨—回流联接—牵引变电所接地网组成的闭合回路，也就是说其中一条钢轨存在牵引电流。即便磁钢没有安装在供电回路的钢轨上，但是因为有电流就会有磁场，磁钢电压信号依然会被干扰。 （2）雷电对磁钢造成的干扰
雷雨天气，雷电会产生强大的交变磁场，对磁钢产生较强的干扰信号，甚至通过地线窜入损坏磁钢。
3.2.3 解决措施
综合以上分析，可以看出，列车低速下要想设备正常工作必须具备两个条件，一是提取有效信号，二是滤除干扰信号。
第一，更换有抗干扰功能的磁钢，减少外界干扰。旧有磁钢依靠调整磁钢板输入电阻和门限电阻的方法进行抗干扰处理，在降低干扰信号的同时也减弱了有效信号，效果不尽如人意。新型磁钢内部增加了抗干扰线圈、抗干扰电容，能较好地滤除干扰信号而不影响有效信号。
第二，使用车轮传感器智能处理装置。TFDS设备在低速情况下不能正常工作的原因是前置控制箱内的常规磁钢板不能适应低速列车的信号处理需求。车轮传感器智能处理装置能够为TFDS设备提供准确可靠并且有效的数字车轮信号，实现物理接口与软件接口的统一，其工作原理是通过综合信号处理技术动态评估各种现场工作环境，完成对接收磁钢信号的智能调理，能准确可靠地将车轮传感器输出的每一个车轮信号处理为标准TTL电平脉冲，无论车速高低，通过车轮传感器智能处理装置的调理后均输出+5V的方波信号。
图2 车轮传感器智能处理装置的输入输出信号
相比高车速情况，低车速下车轮压过磁钢所产生的感应电动势较低，此时不易区分干扰信号和车轮信号。使用抗干扰磁钢能有效滤除强干扰信号，只上传车轮信号，由车轮传感器智能处理装置处理后提供给设备主机。
3.2.4 取得的效果
抗干扰磁钢与车轮传感器智能处理装置配套使用，较好地解决了由于车速低造成的丢辆、窜图等问题。
3.3 列车调速造成设备故障的解决方案
列车在探测区调速，整个过程存在突然减速、再加速等情况，可能还伴有低速甚至停车，情况较为复杂。该过程中的低速、停车两种情况，如上3.1及3.2所述使用抗干扰磁钢及车轮传感器智能处理装置能较好地予以解决。对于车速突然变化且幅度很大的情况，造成丢辆、窜图、车号不匹配等问题虽有所改善，但始终未能根本解决。我们可以在软件上进行攻关，比如进行一些算法上的修正，使得在列车调速期间能够根据四个磁钢的不同时序综合判断即时速度，从而提高系统计轴及定位的准确性，以期准确拍摄。
4、结束语
由于大秦铁路运输组织的特殊性，设备在实际运用中暴露出了诸多与大秦线重载、大编组等特点不相适应的问题，我们立足实际，与设备厂家技术人员积极组织攻关，问题逐步得到解决。对于车速突然变化造成丢辆、窜图、车号不匹配等未能根本解决的问题，将是我们今后努力的方向。
参考文献
[1]刘瑞扬，王毓民编著.《铁路货车运行故障动态图像检测系统（TFDS）原理及应用》.中国铁道出版社，2005
[2]《车辆运行安全监控系统设备检修维护管理规程》，中国铁路总公司，铁总运[2015]301号文件，2015
【关键词】TFDS；问题；措施
引言
货车故障轨旁图像检测系统（TFDS）设备是车辆运行安全监控系统设备（5T设备）的重要组成部分之一。2003年11月该系统率先在大秦铁路茶坞列检所投入运用，多年来发现了大量典型故障，有力地保障了列车运行安全。同时，由于湖东TFDS探测站所处地理位置的特殊性，设备在实际运用中也暴露出了诸多问题。
1、TFDS设备简介
TFDS设备利用轨旁摄像机对运行中列车的轮对、轴承、转向架、制动装置、车钩缓冲装置等关键部位进行图像采集，经计算机处理后，实时上传至列检服务器。在作业终端，由作业人员对图像做出职业判断，确认车辆质量，从而达到动态检查车辆的目的。TFDS设备还具有采集车号、判断车型、计算列车速度、记录通过时间、编组辆数等功能。
图1 室外设备分布示意图
2、存在的主要问题及原因分析
以湖东重Ⅰ线TFDS设备为例，2008年10月升级为统型设备，2009年10月完成了设备的抗阳光干扰改造，2013年4月进行了更新改造，设备的稳定性有了很大提高。但在实际应用中由于设备自身设计存在的问题，经常受到列车运行速度、到发密度等因素影响，使TFDS设备不能充分发挥安全保障作用。
2.1 列车停车对探测的影响
湖东编组站位于大秦铁路的西端，是大秦线的入口，北同蒲线、韩原线、大准线以及云岗、口泉支线等所有列车全部进入湖东编组站，由于要进行2万吨组合、更换机车及列检等技术作业，会有一定数量的列车在信号机前方停车。由于列车多为长大编组，致使部分车辆不能全部通过探测站，而停在TFDS设备的探测区内。
设备软件系统在轴间距处理时设最大值为25.5米，即设备主机通过判断磁钢信号的时间间隔是否大于时间t=25.5/v来判断列车是否通过。若时间大于t值，则说明2个车轮间的距离大于25.5米，判定列车已通过。若时间小于t值时，说明车轮与车轮之间的距离小于25.5米，表明列车没有全部通过。当列车在探测区停车，其停车时间大于系统设定值t，则判定列车通过，本次接车完毕，系统进入待机状态；当列车起动时，系统再次进入接车状态，首先进行机车判别、客货车判别、车辆匹配等工作尔后进行定位拍摄，在这个过程中就会出现分列、丢辆、无图、窜图等现象。
2.2 列车低速对探测的影响（车速小于5km/h的情况）
在TFDS设备中，磁钢作为车轮传感器，具有启动接车程序、判断车型、测量车速、测量轴距以及判断列车是否通过等重要作用。当车轮的轮缘通过磁钢顶部时产生感应电动势，磁钢输出类似正弦波电压信号，送入前置控制箱，完成波形的整形、计轴、测速、计辆、控制等工作。由于列车低速通过时，产生的感应电动势较弱，输出信号幅值低，前置控制箱内的常规磁钢板无法提取有效的车轮信号，因而系统无法正确判别及运行，造成TFDS探测系统丢辆、窜图等故障的发生；在极低速情况下，全列没有有效信号甚至造成丢列。
2.3 列车调速对探测的影响
列车调速是指当列车通过TFDS探测区时，突然加速或减速。TFDS设备中的3#、4#磁钢最重要的作用是控制系统摄像机的定位拍摄以及车号信息的采集。当列车在探测区间调速时，其速度、加速度值均为变值，但此时系统仍然以恒定车速或恒定加速度计算车辆的轴距。因此，计算出来的车辆轴距有较大误差，使得系统匹配车辆失败，无法准确定位，导致丢辆、窜图以及车号与现车不符等现象。
3、解决措施
3.1 解决列车停车造成设备故障采取的措施
设备主机通过判断磁钢信号的时间间隔是否大于时间t=25.5/v来判断列车是否通过。该判定条件简单实用并且可靠，但也有例外情况，即列车在探测区上方停车。当列车停车后，由于时间间隔大于t值，设备判定列车通过。列车再次起动，又作为下一列车进行探测。因此，可通过增加判定条件来解决该问题，即在上述判定条件的基础上，增加1#、2#磁钢探测通过车轴数量与3#、4#磁钢探测通过车轴数量的对比来判定列车是否全部通过。即当列车全部通过时，4个磁钢探测的车轴数量必然相等，从而判定列车全部通过，设备进入等待接车状态。当列车在探测区上方停车时，由于1#、2#磁钢与3#、4#磁钢相距一般不少于80米，车轴数量必然不相等，从而判断列车未全部通过，设备仍然处于接车状态，以便列车再次启动时，能够及时接车。
由于列车停车、再起动的过程是一个减速、停车、加速再起动的过程，上述方案只能解决分列问题，无法解决丢辆、无图、窜图等问题。
3.2 解决列车低速造成设备故障采取的措施
3.2.1 磁钢工作原理
磁钢主要是由位于顶部的单极性永磁磁芯、磁芯两侧的感应线圈以及铁芯等构成，其工作原理是电磁感应定律，感应电动势eL=-n·dφ/dt， 其中n为线圈匝数，dφ/dt为磁通量变化率。当车轮轮缘从磁钢上方通过时，磁通量发生变化，线圈上产生感应电动势。车速越快，感应电动势越大。
3.2.2 干扰信号分析
理论上讲，只要列车通过探测站，磁钢就能接收到信号，系统就能正常工作，然而复杂的电气化环境存在着诸多干扰。
（1）接触网电压及钢轨牵引电流的电磁干扰
电气化区段，牵引供电回路是由牵引变电所—馈电线—接触网—电力机车—钢轨—回流联接—牵引变电所接地网组成的闭合回路，也就是说其中一条钢轨存在牵引电流。即便磁钢没有安装在供电回路的钢轨上，但是因为有电流就会有磁场，磁钢电压信号依然会被干扰。 （2）雷电对磁钢造成的干扰
雷雨天气，雷电会产生强大的交变磁场，对磁钢产生较强的干扰信号，甚至通过地线窜入损坏磁钢。
3.2.3 解决措施
综合以上分析，可以看出，列车低速下要想设备正常工作必须具备两个条件，一是提取有效信号，二是滤除干扰信号。
第一，更换有抗干扰功能的磁钢，减少外界干扰。旧有磁钢依靠调整磁钢板输入电阻和门限电阻的方法进行抗干扰处理，在降低干扰信号的同时也减弱了有效信号，效果不尽如人意。新型磁钢内部增加了抗干扰线圈、抗干扰电容，能较好地滤除干扰信号而不影响有效信号。
第二，使用车轮传感器智能处理装置。TFDS设备在低速情况下不能正常工作的原因是前置控制箱内的常规磁钢板不能适应低速列车的信号处理需求。车轮传感器智能处理装置能够为TFDS设备提供准确可靠并且有效的数字车轮信号，实现物理接口与软件接口的统一，其工作原理是通过综合信号处理技术动态评估各种现场工作环境，完成对接收磁钢信号的智能调理，能准确可靠地将车轮传感器输出的每一个车轮信号处理为标准TTL电平脉冲，无论车速高低，通过车轮传感器智能处理装置的调理后均输出+5V的方波信号。
图2 车轮传感器智能处理装置的输入输出信号
相比高车速情况，低车速下车轮压过磁钢所产生的感应电动势较低，此时不易区分干扰信号和车轮信号。使用抗干扰磁钢能有效滤除强干扰信号，只上传车轮信号，由车轮传感器智能处理装置处理后提供给设备主机。
3.2.4 取得的效果
抗干扰磁钢与车轮传感器智能处理装置配套使用，较好地解决了由于车速低造成的丢辆、窜图等问题。
3.3 列车调速造成设备故障的解决方案
列车在探测区调速，整个过程存在突然减速、再加速等情况，可能还伴有低速甚至停车，情况较为复杂。该过程中的低速、停车两种情况，如上3.1及3.2所述使用抗干扰磁钢及车轮传感器智能处理装置能较好地予以解决。对于车速突然变化且幅度很大的情况，造成丢辆、窜图、车号不匹配等问题虽有所改善，但始终未能根本解决。我们可以在软件上进行攻关，比如进行一些算法上的修正，使得在列车调速期间能够根据四个磁钢的不同时序综合判断即时速度，从而提高系统计轴及定位的准确性，以期准确拍摄。
4、结束语
由于大秦铁路运输组织的特殊性，设备在实际运用中暴露出了诸多与大秦线重载、大编组等特点不相适应的问题，我们立足实际，与设备厂家技术人员积极组织攻关，问题逐步得到解决。对于车速突然变化造成丢辆、窜图、车号不匹配等未能根本解决的问题，将是我们今后努力的方向。
参考文献
[1]刘瑞扬，王毓民编著.《铁路货车运行故障动态图像检测系统（TFDS）原理及应用》.中国铁道出版社，2005
[2]《车辆运行安全监控系统设备检修维护管理规程》，中国铁路总公司，铁总运[2015]301号文件，2015