基于LAIS技術(shù)的電力機(jī)車精細(xì)化能耗數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉彥峰

摘要：系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車能耗精細(xì)化能耗數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用目標(biāo)而設(shè)計(jì)，基于LAIS信息平臺(tái)，采用數(shù)據(jù)疊加技術(shù)整合能耗精細(xì)化數(shù)據(jù)，為節(jié)能操縱分析提供有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】LAIS技術(shù) ； 電力機(jī)車能耗數(shù)據(jù)

1.研發(fā)背景

能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的今天，節(jié)能降耗已成為解決能源危機(jī)的重要舉措，保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

神朔鐵路電氣化機(jī)車能耗是運(yùn)營(yíng)的重大成本支出，能源單耗是反映機(jī)務(wù)段運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。分析能耗增減變化的成因，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)制定節(jié)能降耗措施、完成節(jié)能目標(biāo)、降低成本支出、提高經(jīng)濟(jì)效益都具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。目前神朔鐵路電力機(jī)車使用機(jī)械式電表進(jìn)行能耗計(jì)量，采用乘務(wù)員交接班時(shí)手工抄表的數(shù)據(jù)采集方式，存在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差、機(jī)械表計(jì)量精度低、數(shù)據(jù)精細(xì)化程度低、統(tǒng)計(jì)結(jié)果誤差大等問(wèn)題。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者提出解決方案，大致包括以下兩種：

人員添乘、手工抄表：在一定程度上解決了數(shù)據(jù)精細(xì)化程度低的問(wèn)題。但由于人力資源有限，不能做到每臺(tái)車、每趟車都采用此方法，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量少，且手工記錄難免產(chǎn)生誤差，達(dá)不到通過(guò)大量真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗分析的目的。

在電力機(jī)車上加裝具備IC卡的新型電表：可分時(shí)記錄能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)人工將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面系統(tǒng)，由系統(tǒng)將能耗數(shù)據(jù)與機(jī)車運(yùn)行信息結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化統(tǒng)計(jì)分析。該方案仍需人力投入，且鐵路部門對(duì)機(jī)車車載裝置的質(zhì)量要求較高，目前還沒(méi)有真正能夠大批量生產(chǎn)并投入使用的該類新型電表。

3.解決方案

神朔機(jī)務(wù)段目前在電力機(jī)車上使用的是通過(guò)北京鐵路局科委評(píng)審的車載無(wú)線傳輸設(shè)備（LAIS車載設(shè)備）和能耗監(jiān)測(cè)裝置（能耗裝置），并建立通信服務(wù)系統(tǒng)（LAIS信息平臺(tái)），可實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行信息和能耗數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸與存儲(chǔ)，只需在此基礎(chǔ)上開發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件，即可實(shí)現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)。

4.系統(tǒng)方案

系統(tǒng)通過(guò)同步疊加能耗裝置采集的能耗信息和LAIS車載設(shè)備采集的機(jī)車運(yùn)行信息，將數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總出不同供電段、機(jī)型、運(yùn)別、區(qū)段等精細(xì)化能耗數(shù)據(jù)，并提供相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，反應(yīng)用電量在線路上使用情況，體現(xiàn)司機(jī)操縱水平。通過(guò)對(duì)比多趟車的單耗、用電量和噸公里，分析機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)。

能耗數(shù)據(jù)和機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)的精細(xì)化整合是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文主要圍繞神朔機(jī)務(wù)段現(xiàn)有SS4＼SS4B型雙節(jié)電力機(jī)車開展，擔(dān)當(dāng)貨運(yùn)任務(wù)時(shí)，采用多機(jī)重聯(lián)的方式牽引貨物。根據(jù)上述情況的需要，精細(xì)化數(shù)據(jù)整合包括如下三個(gè)步驟：

4.1.雙節(jié)機(jī)車能耗數(shù)據(jù)整合

雙節(jié)機(jī)車每節(jié)配屬獨(dú)立的LKJ監(jiān)控記錄器（LKJ），安裝能耗裝置及LAIS車載設(shè)備，分別讀取機(jī)車能耗數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)車工作時(shí)，只有一端LKJ開機(jī)，擔(dān)當(dāng)牽引任務(wù)，能耗裝置以LKJ時(shí)間為基準(zhǔn)記錄能耗信息，另一端LKJ不開機(jī)，能耗裝置以自身時(shí)鐘為基準(zhǔn)記錄電量信息。

機(jī)車雙節(jié)能耗數(shù)據(jù)到達(dá)地面后，地面系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的能耗裝置與機(jī)車對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷哪兩組能耗數(shù)據(jù)屬于一臺(tái)機(jī)車，并以時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行同步疊加。

4.2單臺(tái)機(jī)車（雙節(jié)）能耗數(shù)據(jù)與運(yùn)行信息數(shù)據(jù)整合

機(jī)車能耗數(shù)據(jù)與運(yùn)行信息數(shù)據(jù)在到達(dá)地面時(shí)處于彼此獨(dú)立的狀態(tài)，需要將兩種數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，才能夠形成精細(xì)化的能耗數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)以時(shí)間為依據(jù)，如機(jī)車運(yùn)行信息傳輸率為S秒一次，能耗信息傳輸率為S1秒一次，S1>=S，地面系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，將時(shí)間誤差范圍在S秒內(nèi)的同一機(jī)車能耗數(shù)據(jù)及運(yùn)行信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，形成一條完整的單臺(tái)機(jī)車精細(xì)化能耗數(shù)據(jù)（包括：時(shí)間、速度、司機(jī)手柄級(jí)位、列車位置、正/反向有功電能、電流等等）。

4.3本務(wù)、重聯(lián)機(jī)車能耗數(shù)據(jù)整合

以雙機(jī)四節(jié)機(jī)車牽引重車情況為例，只有本務(wù)機(jī)車參與主控操縱，因而重聯(lián)機(jī)車工作情況對(duì)分析乘務(wù)員節(jié)能操縱沒(méi)有分析價(jià)值，根據(jù)神朔機(jī)務(wù)段需求調(diào)研結(jié)果，以整列機(jī)車耗電量為基準(zhǔn)進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)，即可避免總重噸公里分劈計(jì)算，又可以更加直觀地體現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中的耗電情況。因此，本系統(tǒng)采用將本務(wù)、重聯(lián)機(jī)車所有能耗數(shù)據(jù)累加后，以本務(wù)機(jī)車為主體進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)的方案。

為實(shí)現(xiàn)上述要求，在（1）（2）步驟中已實(shí)現(xiàn)本務(wù)、重聯(lián)機(jī)車各自精細(xì)化數(shù)據(jù)的整合，下面再根據(jù)本務(wù)、重聯(lián)機(jī)車擔(dān)當(dāng)車次相同這一特性，地面系統(tǒng)以機(jī)車擔(dān)當(dāng)車次及時(shí)間為依據(jù)，將同車次且時(shí)間誤差小于等于S秒的本務(wù)、重聯(lián)機(jī)車精細(xì)化能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同步整合，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期能耗統(tǒng)計(jì)及分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5. 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能模塊劃分為五大類：LAIS信息平臺(tái)、電力機(jī)車能耗統(tǒng)計(jì)、能耗分析、節(jié)能操縱模型及系統(tǒng)維護(hù)。

下面僅對(duì)本系統(tǒng)主要功能模塊進(jìn)行介紹。

5.1. 整列機(jī)車能耗數(shù)據(jù)累加

整列機(jī)車能耗數(shù)據(jù)累加模塊負(fù)責(zé)將整列機(jī)車（包括本務(wù)、重聯(lián)機(jī)）的所有機(jī)車能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行同步疊加，并分別按照區(qū)間及擔(dān)當(dāng)車次劃分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)，為后期的能耗統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5.2. 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

該模塊實(shí)現(xiàn)精細(xì)化能耗統(tǒng)計(jì)，根據(jù)不同的查詢條件，分車型、分日期統(tǒng)計(jì)、分值乘司機(jī)統(tǒng)計(jì)機(jī)車能耗情況，包括：總重噸、萬(wàn)噸公里單耗、總走行、起始時(shí)間、起始地點(diǎn)、機(jī)車基本信息、乘務(wù)員信息等等，可根據(jù)要求進(jìn)行排序。

5.3. 能耗精細(xì)化統(tǒng)計(jì)

該模塊實(shí)現(xiàn)按任意運(yùn)行區(qū)段進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)，包括：總重噸、萬(wàn)噸公里單耗、總走行、起始時(shí)間、起始地點(diǎn)、機(jī)車基本信息、乘務(wù)員信息等等，可根據(jù)要求進(jìn)行排序。

為了能更好體現(xiàn)電力機(jī)車能耗數(shù)據(jù)的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)據(jù)二次疊加后，還需要根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)整合，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)符合業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用，特別是神朔鐵路現(xiàn)有的運(yùn)輸體質(zhì)，編組方式，數(shù)據(jù)組織形式為：以同一車次為索引，組織同一牽引任務(wù)多車參與數(shù)據(jù)組合與運(yùn)算，并通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算體現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)車運(yùn)用指標(biāo)及能耗使用指標(biāo)

5.4. 能耗數(shù)據(jù)分析

能耗數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)整合后，統(tǒng)計(jì)機(jī)車值乘及電能消耗情況，為分析機(jī)車值乘操縱與電能消耗關(guān)系提供數(shù)據(jù)依據(jù)?？筛鶕?jù)查詢條件進(jìn)行設(shè)置，可設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)單耗值，以此值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于超出此單耗值的值乘車次進(jìn)行高亮顯示：

能耗曲線分析圖主要展現(xiàn)本務(wù)機(jī)車以位置（公里標(biāo)）為X軸，展現(xiàn)限速曲線、速度曲線、網(wǎng)壓曲線、電流曲線、有功電能（耗電）曲線，直觀展示機(jī)車值乘的情況。

5.5 系統(tǒng)維護(hù)

對(duì)系統(tǒng)字典表數(shù)據(jù)及配屬、機(jī)車、LAIS車載設(shè)備、能耗裝置情況的維護(hù)。

6.結(jié)束語(yǔ)

電力機(jī)車能耗統(tǒng)計(jì)與分析系統(tǒng)的研發(fā)，建立在神朔機(jī)務(wù)段LAIS信息平臺(tái)基礎(chǔ)上，采用電力機(jī)車能耗、網(wǎng)壓數(shù)據(jù)與列車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的同步疊加技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車能耗精細(xì)化數(shù)據(jù)的整合、統(tǒng)計(jì)和應(yīng)用，為機(jī)車能耗分析提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效提高信息獲取機(jī)制和高效的決策手段，從而進(jìn)一步提高公司能耗現(xiàn)代化管理水平。

作為智能化的應(yīng)用平臺(tái)，系統(tǒng)還可不斷增加和完善功能，如增加局間電費(fèi)核算功能，為局間用電量結(jié)算提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，并集成神朔鐵路車機(jī)工電輛等相關(guān)專業(yè)，開發(fā)更多應(yīng)用功能，促進(jìn)鐵路信息化的加快實(shí)施。

【參考文獻(xiàn)】

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