本發(fā)明涉及電力監(jiān)控，具體為一種城軌列車用手機(jī)充電臺(tái)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在城市軌道列車領(lǐng)域，隨著移動(dòng)設(shè)備的普及，乘客對(duì)于在列車上能夠充電的需求日益增長(zhǎng)；然而，現(xiàn)有的城軌列車手機(jī)充電臺(tái)大多缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)控和故障預(yù)警機(jī)制；這些手機(jī)充電臺(tái)通常無(wú)法提供實(shí)時(shí)的狀態(tài)反饋，一旦發(fā)生故障，往往需要人工巡查才能發(fā)現(xiàn)，這不僅效率低下，而且難以保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題，影響了乘客的使用體驗(yàn)和列車的運(yùn)行效率。

2、由于缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)手機(jī)充電臺(tái)的維護(hù)和管理往往分散且不系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中分析和歷史趨勢(shì)的跟蹤；這種分散的管理模式限制了對(duì)手機(jī)充電臺(tái)性能的深入理解和優(yōu)化，也難以為運(yùn)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)支持；在電力供應(yīng)領(lǐng)域，雖然已有一些監(jiān)控技術(shù)，但它們往往需要復(fù)雜的布線和高昂的維護(hù)成本，且在實(shí)時(shí)性、精確度和智能化方面存在局限；特別是在城軌列車移動(dòng)環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)充電設(shè)備的實(shí)時(shí)、精確監(jiān)控，以及如何通過(guò)智能化手段提高故障預(yù)警的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度，是當(dāng)前技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（一）解決的技術(shù)問(wèn)題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種城軌列車用手機(jī)充電臺(tái)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，解決了如何對(duì)城軌列車上手機(jī)充電臺(tái)對(duì)電力供應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的問(wèn)題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種城軌列車用手機(jī)充電臺(tái)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

5、手機(jī)充電臺(tái)設(shè)置在城軌列車的各個(gè)車廂內(nèi)，每個(gè)手機(jī)充電臺(tái)上配備傳感器模塊，用于實(shí)時(shí)采集手機(jī)充電臺(tái)的電流、電壓及溫度數(shù)據(jù)；

6、傳感器模塊通過(guò)rs485總線與通信模塊連接，用于接收傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

7、通信模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與中央處理單元通信，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸至中央處理單元，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)充電臺(tái)電力供應(yīng)的控制；

8、中央處理單元集成手機(jī)充電臺(tái)電力供應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)解析模塊、人機(jī)交互模塊及數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，其中：

9、數(shù)據(jù)解析模塊接收并存儲(chǔ)從通信模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；數(shù)據(jù)解析模塊通過(guò)自編碼器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，判斷手機(jī)充電臺(tái)電力供應(yīng)的正常工作狀態(tài)，從而通過(guò)人機(jī)交互模塊對(duì)異常狀態(tài)實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警；

10、人機(jī)交互模塊用于實(shí)時(shí)顯示每個(gè)手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)信息，并將手機(jī)充電臺(tái)電力供應(yīng)異常狀態(tài)時(shí)的預(yù)警提示維護(hù)人員；人機(jī)交互模塊基于可視化接口生成手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)數(shù)據(jù)圖表；

11、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果及歷史數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，用于查詢和報(bào)表生成功能，長(zhǎng)期跟蹤和分析手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)。

12、優(yōu)選的，傳感器模塊與通信模塊的連接使用智能橋接技術(shù)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃?；每個(gè)傳感器模塊都配備一個(gè)微型化的rs485接口芯片，該芯片內(nèi)嵌了一個(gè)邊緣計(jì)算單元，使其對(duì)傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，邊緣計(jì)算單元將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)自適應(yīng)量化算法優(yōu)化轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而平衡數(shù)據(jù)精度與傳輸效率；邊緣計(jì)算單元首先對(duì)傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換或頻域分析，判斷信號(hào)的特性，如幅度范圍和變化頻率；基于這些特性，自適應(yīng)量化算法動(dòng)態(tài)調(diào)整量化級(jí)別，對(duì)于變化較快的信號(hào)，如電流波動(dòng)較大的情況下，采用較小的量化步長(zhǎng)，以提高信號(hào)的精度；而對(duì)于變化較平穩(wěn)的信號(hào)，如電壓和溫度的緩慢變化，則增大量化步長(zhǎng)，減少數(shù)據(jù)量，優(yōu)化傳輸效率；在信號(hào)量化的過(guò)程中對(duì)信號(hào)的噪聲進(jìn)行抑制，通過(guò)分析數(shù)字信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，如均值、方差，自適應(yīng)量化算法識(shí)別并濾除噪聲成分，進(jìn)一步提高數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量；轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)rs485總線傳輸給通信模塊。

13、優(yōu)選的，邊緣計(jì)算單元實(shí)時(shí)處理來(lái)自傳感器模塊的模擬信號(hào)，包括電流、電壓和溫度；每個(gè)傳感器模塊通過(guò)其內(nèi)置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，邊緣計(jì)算單元接收數(shù)字信號(hào)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；首先進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，刪除冗余數(shù)據(jù)和重復(fù)信息，以消除因傳感器波動(dòng)或噪聲引起的無(wú)效數(shù)據(jù)；通過(guò)校驗(yàn)的方法，檢查數(shù)據(jù)的一致性，及時(shí)修正傳感器讀數(shù)錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選和過(guò)濾，去除異常值和低頻噪聲；完成數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理后，邊緣計(jì)算單元將進(jìn)行異構(gòu)計(jì)算，即根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型和計(jì)算需求采用不同的計(jì)算方法；對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的電流和電壓數(shù)據(jù)，邊緣計(jì)算單元采用更高效的快速算法進(jìn)行處理和分析，如快速傅里葉變換；而對(duì)于溫度等變化相對(duì)緩慢的信號(hào)，采用較低頻率的計(jì)算方法以節(jié)省處理資源，如卡爾曼濾波；通過(guò)在本地完成這些計(jì)算任務(wù)，邊緣計(jì)算單元能減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧木W(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，只將處理后的數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)上傳，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用，提升系統(tǒng)整體的效率和響應(yīng)速度。

14、優(yōu)選的，邊緣計(jì)算單元接收傳感器模塊采集的模擬信號(hào)，如電流、電壓和溫度信號(hào)，并通過(guò)自適應(yīng)量化算法將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；自適應(yīng)量化算法通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整量化級(jí)別，確保模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持其原始信息，同時(shí)減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的冗余；在信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，邊緣計(jì)算單元對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，以確定信號(hào)的頻率分布；幫助系統(tǒng)識(shí)別信號(hào)中不同頻率成分的強(qiáng)度，尤其是變化劇烈的頻率成分；通過(guò)分析頻率分布，系統(tǒng)確定信號(hào)的變化特性，對(duì)于頻率較高、波動(dòng)較大的信號(hào)部分，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采用較小的量化步長(zhǎng)，以確保信號(hào)的高頻成分得到精細(xì)的捕捉，從而避免數(shù)據(jù)丟失和精度降低；而對(duì)于變化平緩、頻率較低的部分，系統(tǒng)則會(huì)增大量化步長(zhǎng)，以減少數(shù)據(jù)量并提高傳輸效率。

15、在量化過(guò)程中，邊緣計(jì)算單元考慮模擬信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，包括均值和方差參數(shù)；通過(guò)對(duì)模擬信號(hào)的均值和方差的實(shí)時(shí)計(jì)算，識(shí)別噪聲成分并進(jìn)行噪聲抑制，當(dāng)模擬信號(hào)的波動(dòng)超出一定的方差范圍時(shí)，將噪聲成分識(shí)別為異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行濾波處理，減少噪聲對(duì)量化結(jié)果的干擾；例如，在電壓信號(hào)的波動(dòng)中，如果噪聲的方差過(guò)大，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別并減少對(duì)噪聲的量化，從而提高最終結(jié)果的準(zhǔn)確性；為了不斷優(yōu)化量化，系統(tǒng)根據(jù)量化后的數(shù)字信號(hào)與原始數(shù)字信號(hào)的誤差反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整量化過(guò)程中的策略；例如，若發(fā)現(xiàn)某些數(shù)字信號(hào)的量化誤差較大，系統(tǒng)會(huì)減小量化步長(zhǎng)以提高精度，反之則會(huì)增大量化步長(zhǎng)以提高傳輸效率。

16、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)解析模塊接收來(lái)自通信模塊的數(shù)字信號(hào)，接收到的數(shù)字信號(hào)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)解析模塊的緩沖區(qū)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)入自編碼器中解析；自編碼器由輸入層、多個(gè)編碼層、瓶頸層和多個(gè)解碼層組成，輸入層接收來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，包括電流、電壓和溫度；數(shù)據(jù)被送入第一編碼層，該層采用分段線性激活函數(shù)，對(duì)電流的微小變化做出敏感反應(yīng)；在電流值處于正常范圍內(nèi)時(shí)輸出線性變化，而在接近設(shè)定的安全閾值時(shí)迅速增加或減少，以增強(qiáng)對(duì)異常電流變化的敏感性；其中和分別是電流的安全閾值，k是一個(gè)大于1的常數(shù)，如果對(duì)電流不夠敏感，增加k的值，例如，將k從2增加到3或更高；如果對(duì)電流過(guò)于敏感，導(dǎo)致頻繁的誤報(bào)，則減小k的值；第二編碼層專注于電壓數(shù)據(jù)，基于電壓歷史數(shù)據(jù)的自適應(yīng)激活函數(shù)??,?其中μ和σ分別是電壓數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，α是一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)，在訓(xùn)練階段，使用歷史數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)對(duì)自編碼器進(jìn)行訓(xùn)練，在過(guò)程中通過(guò)優(yōu)化算法來(lái)調(diào)整確定參數(shù)α；第三編碼層處理溫度數(shù)據(jù)，使用溫度梯度變化的激活函數(shù)捕捉溫度的快速上升；瓶頸層將編碼層的輸出合并，并降低數(shù)據(jù)維度輸入解碼層；解碼層的結(jié)構(gòu)與編碼層相對(duì)應(yīng)，但功能相反，通過(guò)反向的激活函數(shù)，使其準(zhǔn)確地重構(gòu)輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)重構(gòu)輸入數(shù)據(jù)時(shí)的誤差超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，系統(tǒng)判斷手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)處于異常狀態(tài)，通過(guò)人機(jī)交互模塊發(fā)出預(yù)警。

17、優(yōu)選的，人機(jī)交互模塊將數(shù)據(jù)解析模塊處理后的結(jié)果直觀地呈現(xiàn)給維護(hù)人員，并提供實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警功能；通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)模塊獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，人機(jī)交互模塊展示每個(gè)手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)狀態(tài)，包括電流、電壓、溫度的實(shí)時(shí)變化；人機(jī)交互模塊的可視化界面不僅展示當(dāng)前手機(jī)充電臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還會(huì)進(jìn)行趨勢(shì)分析和預(yù)測(cè)；例如，通過(guò)對(duì)歷史電流、電壓數(shù)據(jù)的回歸分析，系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)電力供應(yīng)的波動(dòng)趨勢(shì)；若系統(tǒng)檢測(cè)到某些手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)出現(xiàn)異常趨勢(shì)，如電流持續(xù)增大、電壓不穩(wěn)定等，人機(jī)交互模塊通過(guò)圖表上顯著的顏色變化，如紅色標(biāo)示提醒維護(hù)人員注意，提供故障預(yù)警，方便其及時(shí)進(jìn)行干預(yù)；當(dāng)數(shù)據(jù)解析模塊通過(guò)自編碼器檢測(cè)到異常時(shí)，人機(jī)交互模塊將立即觸發(fā)故障預(yù)警；預(yù)警包括音頻提示、視覺(jué)警告，例如彈出預(yù)警窗口或改變圖表顏色以及短信或郵件通知等多種方式。

18、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊存儲(chǔ)、管理和檢索所有與手機(jī)充電臺(tái)相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)采集的電流、電壓、溫度，以及自編碼器處理后的分析結(jié)果；所有來(lái)自傳感器模塊的原始數(shù)據(jù)，如電流、電壓、溫度會(huì)被實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)庫(kù)不僅保存實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)著經(jīng)過(guò)自編碼器分析處理后的異常數(shù)據(jù)和歷史故障記錄；自編碼器對(duì)每個(gè)手機(jī)充電臺(tái)的電力供應(yīng)進(jìn)行深度分析，并生成相應(yīng)的異常檢測(cè)結(jié)果；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識(shí)別和趨勢(shì)分析；機(jī)器學(xué)習(xí)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，自動(dòng)識(shí)別出手機(jī)充電臺(tái)可能出現(xiàn)的異常模式；例如，系統(tǒng)根據(jù)歷史的電流波動(dòng)，檢測(cè)到某個(gè)手機(jī)充電臺(tái)電流異常增大的趨勢(shì)，并及時(shí)標(biāo)記這些異常數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，系統(tǒng)能不斷優(yōu)化模式識(shí)別的精度，進(jìn)一步提高故障預(yù)測(cè)能力。

19、（三）有益效果

20、本發(fā)明提供了一種城軌列車用手機(jī)充電臺(tái)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，具備以下有益效果：

21、1、本發(fā)明通過(guò)在每個(gè)傳感器模塊中集成微型化的邊緣計(jì)算單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流、電壓和溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換和自適應(yīng)量化處理；不僅提高了數(shù)據(jù)的精確度和傳輸效率，而且減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，降低了系統(tǒng)對(duì)中心處理能力的依賴。

22、2、本發(fā)明通過(guò)自編碼器結(jié)合手機(jī)充電臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)手機(jī)充電臺(tái)電力供應(yīng)狀態(tài)準(zhǔn)確的智能識(shí)別和異常檢測(cè)；自編碼器學(xué)習(xí)正常狀態(tài)條件下的數(shù)據(jù)特征，當(dāng)手機(jī)充電臺(tái)的工作狀態(tài)偏離這些特征時(shí)，系統(tǒng)能迅速識(shí)別出異常，提高了故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

23、3、本發(fā)明通過(guò)中央處理單元集成的數(shù)據(jù)解析和人機(jī)交互模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的深度分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控，為維護(hù)人員提供了決策支持，推動(dòng)了智能交通系統(tǒng)向更高效、智能化的方向發(fā)展。