接觸網系統的運行參數的遠程監控的製作方法

2023-12-09 19:15:06 2

專利名稱：接觸網系統的運行參數的遠程監控的製作方法
技術領域：
本發明涉及藉助由無線電傳感器節點構成的網絡對接觸網系統 (Fahrleitungsanlage)的運行參數的監控。
背景技術：
尤其是軌道導向的交通工具或者運輸工具(例如火車、有軌電車、市內高速鐵路或者地鐵，以下通常簡稱為「列車」)的接觸網系統中的幹擾目前由於列車行駛在其上的大範圍的和複雜的軌道網而只能困難地進行檢測。這樣的接觸網系統公知地通常包括多個部件或構件、譬如絕緣子、接地導線、開關、輪張緊器(Radsparmer)等等，以及包括下級系統、譬如架空線和/或導電軌或行駛軌。由於接觸網系統非冗餘地實施，所以具有構件的功能損耗的損傷會導致鐵路運輸的幹擾。這會導致鐵路運輸中的誤點。幹擾例如可能由於在接觸網區域中的構件的短路、故障、誤操作或者過載造成。迄今僅存在複雜的自動化解決方案來監控接觸網系統和識別幹擾。在此所採用的傳感器需要布線和外部電源供給，這在沿著鐵路線路或列車線路布置時極其昂貴。在許多幹擾的情況下，迄今並沒有技術上經濟的解決方案，例如在短路時在15kV/16. 7Hz網絡的有時強烈交織的接觸網系統中通過維護人員沿著線路的巡查來確定未知的短路地點，以便找到並且評估損傷。故障地點可以被界定，然而不精確性大多達到數千米。部分短路地點沒有被識別。在非交織的網絡、如25kV/50Hz網絡中，數字接觸網保護裝置能夠實現將短路地點界定到最好情況為500m。精確的定位此處目前還不可能。可替換地，可能會通過經由GSM等等的通信來讀取被構造例如用於檢測在接觸網絡系統中的短路的傳感器。然而，這種傳感器或相對應的無線電傳感器為了通信而具有非常高的能量需求或電流需求。同樣，不利的是，對於具有所需的電子裝置的相對應的無線電傳感器而言，成本比較高。

發明內容
因而，迫切地需要自動地識別接觸網系統中的幹擾或者關於運行狀態的一般信息並且可靠且快速地將相對應的信息轉發給處理所述信息的位置的可能性。該任務通過在獨立權利要求中說明的本發明來解決。有利的擴展方案由從屬權利要求得到。該任務的解決方案通過採用多個無線電傳感器節點來得到，這些無線電傳感器節點檢測接觸網系統中的故障並且將相對應的故障圖轉發給處理這些信息的位置並且因此簡單地標識出幹擾。這種處理這些信息的位置例如可以是中樞(kntrale)、譬如維護控制中心。從信息到達並且被分析的中樞出發，接著開始用於消除幹擾的所需步驟。與接觸網系統的幹擾定位或者故障識別相關的信息在無線的、有利地為線性的無線電傳感器網絡之內以無線纜的方式被檢測並且被轉發，該無線電傳感器網絡沿著線路分布並且由多個無線電傳感器節點構成。
根據本發明，建議了一種用於監控接觸網系統的運行參數的設備，該設備包括多個無線電傳感器節點，其中無線電傳感器節點被安裝在接觸網系統中的不同的地點處。無線電傳感器節點分別具有至少一個傳感器，用於監控運行參數。無線電傳感器節點中的至少數個形成無線網絡，通過該無線網絡經由無線電可以將由網絡的第一無線電傳感器節點製成的並且發送的數據包、尤其是故障電報傳輸給接觸網系統的中樞。有利地，無線電傳感器節點中的至少數個具有收發裝置，由第一無線電傳感器節點發送的故障電報通過該收發裝置被接收並且緊接著通過該網絡的一個或多個另外的無線電傳感器節點或者直接地被轉發給中樞。由此實現了，無線電傳感器節點僅須具有比較小的作用距離。僅僅對於緊鄰中樞安裝的那個無線電傳感器節點檢測到故障情況的情況， 故障電報直接由進行檢測的無線電傳感器節點傳輸給中樞。在有利的擴展方案中，由無線電傳感器節點構成的網絡是線性網絡。此外，有利的是，該網絡根據自組織(ad-hoc)網絡的方式工作。通過在另一有利的擴展方案中無線電傳感器節點中的至少一個具有帶有多個用於監控多個不同的運行參數的傳感器的傳感器庫，實現了不必安裝相對應較大數目的無線電傳感器節點來監控多個不同的運行參數。為了也能夠監控接觸網系統的並不直接位於無線電傳感器節點的安裝地點的構件，在另一實施形式中，附加地採用了用於監控接觸網系統的運行參數的至少一個無線電傳感器。所述至少一個無線電傳感器與無線電傳感器節點之一關聯並且與關聯的無線電傳感器節點處於無線電連接，其中通過該無線電連接可以將無線電傳感器的數據傳輸給無線電傳感器節點。無線電傳感器節點中的至少數個能量自給地被構造。由此有利地實現了不必設置用於進行能量供給的線纜輸送裝置，並且不需要電池等等，使得在這方面的維護開銷最小。故障電報包含如下信息由所述信息得知故障的地點和/或性質。因此，利用簡單的手段能確定故障地點。在根據本發明的用於利用多個無線電傳感器節點來監控接觸網系統的至少一個運行參數的方法中，其中所述無線電傳感器節點被安裝在接觸網系統中的不同地點並且分別具有用於監控運行參數之一的傳感器，無線電傳感器節點中的至少數個形成了無線網絡。在第一無線電傳感器節點中製成可以通過無線網絡被傳輸給接觸網系統的中樞的電報。無線電傳感器節點中的至少數個具有收發裝置，由第一無線電傳感器節點發送的電報通過該收發裝置被接收並且緊接著通過該網絡的一個或多個另外的無線電傳感器節點或者直接地被轉發給中樞。該電報從進行轉發的無線電傳感器節點出發在所有情況下被傳輸到與進行轉發的無線電傳感器節點相鄰的無線電傳感器節點，直至中樞在進行轉發的無線電傳感器節點之一的作用距離中。由此保證了，該方法也可以利用具有比較小的作用距離的無線電傳感器節點來執行。有利地，無線電傳感器節點中的至少數個從相應的無線電傳感器節點的環境中獲得了對於相應的無線電傳感器節點的運行所需的能量。在另一有利的擴展方案中，如果沒有故障電報被轉發，則無線電傳感器節點轉到節能模式。除了具有上面所述的優點之外，根據本發明的解決方案還具有如下優點 -從中央位置出發，可靠地識別和定位接觸網系統中的幹擾和故障。-不再需要例如通過走完該路線來現場尋找幹擾。-可以直接且比迄今更快速地進行幹擾消除。-也可以識別迄今不能被標識出的例如短路的幹擾和故障。-通過可靠的幹擾識別可以減小後續幹擾和損傷。-不同於迄今的識別系統，省去了布線和昂貴的安裝。利用根據本發明的解決方案，可以通過對功能的連續且可靠地監控並且對各個接觸網部件和接觸網構件進行幹擾識別或故障識別來快速地標識出幹擾，並且將相對應的信息快速地轉發給中樞。此外，可以通過可靠定位面向目標地發現並且迅速地消除損傷、故障和後續損傷。因此可以減輕幹擾的影響。


本發明的其他優點、特徵和細節由以下所描述的實施例以及依據附圖得到。在此，
圖1示出了具有多個無線電傳感器節點的接觸網系統， 圖2示出了無線電傳感器節點。在附圖中，相同的或彼此相對應的區域、構件、組件或者方法步驟用相同的附圖標記表徵。
具體實施例方式圖1示出了具有架空線110、導電軌或行駛軌120和多個支柱130的接觸網系統 100。此外，示出了中樞140，該中樞140例如可以是維護控制中心。其他構件出於清楚性原因未示出。在接觸網系統100中安裝有用於監控接觸網系統100的運行參數的多個無線電傳感器節點200-i (其中i=l、2、3、4…)。要監控的運行參數一般而言是接觸網系統的對於接觸網系統的未被幹擾的運行相關的那些參數。例如，根據本發明的技術在接觸網系統中可以有利地用於遠程監控軌道電勢、過電壓保護裝置、短路、絕緣子閃絡、導體和構件的溫度、 開關位置、再張緊裝置(Nachsparmeinrichtimg)的功能和接觸線磨損。無線電傳感器節點 200包含例如電流傳感器，該電流傳感器能夠識別短路。另一可能性是採用電壓傳感器，該電壓傳感器通常監控額定電壓。通常，根據要監控的參數例如使用電壓傳感器、電流傳感器、加速度傳感器或者溫度傳感器，這些傳感器全部都可以被集成在結合圖2提及的傳感器庫220中。無線電傳感器節點200被安裝在接觸網系統100的每個接觸網支柱130上。可替換地或者附加地，此處但是未示出，無線電傳感器節點200可以至少分別每隔例如數百米地被安裝。在兩個相鄰的傳感器節點之間的最大距離在此取決於無線電傳感器節點的相應的作用距離。在根據本發明的解決方案中採用的無線電傳感器或無線電傳感器節點200本身是公知的。在圖2中示例性地示出了這種無線電傳感器節點200。該無線電傳感器節點 200通常包含至少一個具有發射器211和接收器212的無線收發裝置210、至少一個傳感器 220並且包含天線M0。收發裝置210 —方面可以用於利用發射器211以無線方式將利用一個或多個傳感器220檢測到的數據傳輸給另一無線電傳感器節點或者傳輸給中樞140。 另一方面，利用無線收發裝置210的接收器212可以從另外的無線電傳感器節點或者從中樞140接收到數據，後者例如以便對傳感器220或者在無線電傳感器200中包含的電子裝置230、CPU等等進行重新編程或者以便配置無線電傳感器節點。例如，此處可採用無線電標準IEEE 802. 15. 4等來進行通信。無線電傳感器節點200的傳感器220如所描述的那樣被使用，以便確定例如在無線電傳感器節點200的地點上佔主導的運行參數、譬如電流、電壓和/或溫度。無線電傳感器節點自然也可以被設計為使得傳感器220被構造為如下傳感器庫該傳感器庫具有多個不同的傳感器(未示出)，利用這些不同的傳感器可以測量不同的參數，例如測量電流、電壓和溫度。因此完全可能的是，將多個不同的傳感器集成在一個無線電傳感器節點200中，以便能夠確定不同的參數，而不必採用多個單個無電線傳感器節點。電子裝置230不僅與傳感器220連接而且與收發裝置210連接，以便例如處理傳感器數據並且通過天線240保證下面描述的與其他無線電傳感器節點和/或中樞等等的通信。有利地，無線電傳感器節點200-i是能量自給的，即這些無線電傳感器節點200-i 從環境中獲取對於無電線傳感器節點200-i的運行所需的能量。例如，太陽能模塊250可以被設置用於進行能量供給。可替換地，也會設想以變壓器方式耦合到交流電流流經的導體。可替換地，也會適合於在利用風能的情況下來驅動無線電傳感器節點。在圖1的例子中，無線電傳感器節點200-2的傳感器220是電流傳感器，利用該電流傳感器要檢測接觸網系統100中的短路。在識別故障情況時，即一般在利用傳感器220 確定的運行參數偏離額定值時，在無線電傳感器節點200-2的電子裝置230中製成故障電報，該故障電報給出了關於故障的地點和性質的信息。故障電報藉助收發單元210被傳輸給在無線電傳感器節點200-2的作用距離中的無線電傳感器節點200-3。無線電傳感器節點200-3在其方面將故障電報傳輸給另一無線電傳感器節點200-4。轉髮長時間地進行，直至在中樞140中接收到該故障電報。故障電報的傳輸因此通過從傳感節點到傳感器節點的所謂多跳和信息轉交 (Informationsweiterreichung)來實現。在中樞140中進行故障電報的分析，以便最後必要時開始必要的措施，以消除所檢測到的故障。有利地，故障電報簡單地在空間上相鄰的無線電傳感器節點之間被傳輸，使得各個無線電傳感器節點的作用距離不必異常大。無線電傳感器節點200-1在該情況下沒有被併入由無線電傳感器節點構成的無線網絡中。但是，原則上也可能的是，網絡由所有無線電傳感器節點200-i建立。利用這樣形成的由多個無線電傳感器節點200-i構成的無線網絡能精確確定故障地點，因為無線電傳感器節點200-i的安裝地點在中樞140中是已知的，並且不同於迄今的不精確的界定，形成的故障電報要麼直接包含進行檢測的無線電傳感器節點200-2的地點要麼包含該無線電傳感器節點200-2的標誌。由無線電傳感器節點構成的網絡沿著鐵路線路在理想情況下線性地布置，即例如無線電傳感器節點200-2僅與其相鄰的節點200-1和200-3進行通信。與此相對應地，節點200-3僅與節點200-2和200-4進行通信，諸如此類。這具有如下優點特定地，各個無線電傳感器節點200-i的發射器211不必具有大的作用距離。尤其是，該網絡可以根據所謂的「自組織網絡」的方式被構造，其中數據從網絡的一個節點被轉交到接下來的節點，直至數據到達確定的目標。從全局來看，例如從中樞來看，網絡原則上分層地或樹狀地被布置，其中該樹的每個分支本身首先一次形成線性網絡。例如，在鐵路線路的道叉處接著分出至少兩個另外的本身線性的網絡。網絡的其他拓撲結構原則上自然同樣是可設想的，例如星形地、交織地或者分散地。但是，由於通常的無線電傳感器節點的有限的作用距離，適合於選擇上面所提及的線性網絡。幹擾信息沿著線路被轉發直至中樞140。可替換地，足夠的是，將幹擾信息至少例如傳輸直至接下來的變壓器變電站、至接下來的開關子站或者接下來的耦合位置。從那裡出發，信息接著經由線纜連接被轉交到涉及的中樞，其中可以動用已經現有的線纜連接、例如通信導線或者電流到線或者現有的無線電連接，使得不產生附加的安裝開銷。為了節約能量，如果沒有信息或故障電報被轉發或者等待處理，則無線電傳感器節點200-i切換到節能模式。如果在某一線路區段中不需要採用無線電傳感器節點來進行監控，則不是構建無線電傳感器節點而是也構建所謂的中繼器(Repeater)，所述中繼器僅僅具有將無線電傳感器節點的信息沿著該線路轉發的任務。作為中繼器例如可以採用如下無線電傳感器節點 所述無線電傳感器節點不具有傳感器，或者在所述無線電傳感器節點中，傳感器被停用等寸。為了也能夠監控接觸網系統100的不是直接位於無線電傳感器節點200-i的安裝地點的構件，一些或者所有無線電傳感器節點200-i也可以被設計為使得這些無線電傳感器節點200-i經由無線電可以詢問附加的、本地的、無線的並且必要時能量自給的傳感器。 這種應用的例子會是軌道電勢測量，其中具有電壓傳感器(未詳細示出)的無線的無線電傳感器400被安裝在導電軌或行駛軌120的可以被在相鄰的支柱130上的其負責的無線電傳感器節點200-1詢問的區域中。在故障情況下，在無線電傳感器節點200-1中製成故障電報，該故障電報類似於上面的描述通過無線電傳感器節點200-2、200-3和200-4被傳輸給中樞140。原則上自然並非所有上面稱作無線電傳感器節點的無線電傳感器節點。上面的描述涉及特定地針對第一無線電傳感器節點檢測到故障情況的情況，故障電報由進行檢測的無線電傳感器節點製成並且通過網絡被傳送給中樞。但是，根據本發明的設備也可以被用於將無線電傳感器節點中的一個或多個的傳感器數據例如以電報的形式傳送給中樞，而不必存在故障情況，例如用於記錄感興趣的運行參數。
權利要求
1.一種用於監控接觸網系統(100)的運行參數的設備，其包括多個無線電傳感器節點 (200-i)，所述多個無線電傳感器節點(200-i)被安裝在接觸網系統(100)中的不同地點上，其中，-在所述多個無線電傳感器節點(200-i)中的至少一個第一無線電傳感器節點 (200-2)具有用於監控運行參數的傳感器(220)，-無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點(200-1，200-2，200-3) 形成無線網絡，通過所述無線網絡經由無線電能夠將由所述網絡的第一無線電傳感器節點 (200-2)製成的並且發送的數據包、尤其是電報傳輸給接觸網系統(100)的中樞(140)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點具有收發裝置(210)，由第一無線電傳感器節點(200-2)發送的電報通 過所述收發裝置(210)被接收並且緊接著通過所述網絡的一個或多個另外的無線電傳感器節點(200-3)或者直接地被轉發給中樞(140)。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，由無線電傳感器節點構成的網絡是線性網
4.根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，所述網絡是自組織網絡。
5.根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，無線電傳感器節點(200-i)中的至少一個具有帶有多個用於監控多個不同的運行參數的傳感器的傳感器庫(220 )。
6.根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，附加地設置有用於監控接觸網系統(100)的運行參數的至少一個無線電傳感器(400)，所述至少一個無線電傳感器(400)與無線電傳感器節點(200-1)關聯並且與關聯的無線電傳感器節點(200-1)處於無線電連接，其中通過所述無線電連接能夠將無線電傳感器(400)的數據傳輸給所述無線電傳感器節點(200-1)。
7.根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點能量自給地被構造。
8.根據上述權利要求之一所述的設備，其特徵在於，無線網絡附加地具有至少一個中繼器，通過所述至少一個中繼器將電報轉發給另外的中繼器、無線電傳感器節點(200-i)或者中樞(140)。
9.一種用於利用多個無線電傳感器節點(200-i)來監控接觸網系統(100)的至少一個運行參數的方法，所述多個無線電傳感器節點(200-i)被安裝在接觸網系統(100)中的不同地點上並且分別具有用於監控運行參數之一的傳感器(220)，其中所述無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點(200-1，200-2，200-3)形成無線網絡，並且在第一無線電傳感器節點(200-2)中製成通過無線網絡能夠被傳輸給接觸網系統(100)的中樞(140)的電報。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點具有收發裝置(210)，由第一無線電傳感器節點(200-2)發送的電報通過該收發裝置(210)被接收並且緊接著通過所述網絡的一個或多個另外的無線電傳感器節點(200-3 )或者直接地被轉發給中樞(140 )。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，電報從進行轉發的無線電傳感器節點 (200-3)出發在所有情況下被傳輸到與進行轉發的無線電傳感器節點(200-3)相鄰的無線電傳感器節點(200-4)，直至中樞(140)在進行轉發的無線電傳感器節點之一的作用距離中。
12.根據權利要求9至11之一所述的方法，其特徵在於，由無線電傳感器節點構成的網絡是線性網絡。
13.根據權利要求9至12之一所述的方法，其特徵在於，所述網絡是自組織網絡。
14.根據權利要求9至13之一所述的方法，其特徵在於，附加地設置有用於監控接觸網系統(100)的運行參數的至少一個無線電傳感器(400)，所述至少一個無線電傳感器(400) 與無線電傳感器節點(200-1)關聯並且通過無線電連接能夠將無線電傳感器(400)的數據傳輸給所述無線電傳感器節點(200-1)。
15.根據權利要求9至14之一所述的方法，其特徵在於，無線電傳感器節點(200-i)中的至少數個無線電傳感器節點從相應的無線電傳感器節點的環境中獲取對於相應的無線電傳感器節點的運行所需的能量。
16.根據權利要求9至15之一所述的方法，其特徵在於，如果沒有電報被轉發，則無線電傳感器節點(200-i )轉到節能模式。
17.根據權利要求9至16之一所述的方法，其特徵在於，無線網絡附加地具有至少一個中繼器，通過所述至少一個中繼器將電報轉發給另外的中繼器、無線電傳感器節點(200-i) 或者中樞(140)。
全文摘要
本發明涉及藉助由無線電傳感器節點構成的網絡對鐵路線路的接觸網系統的運行參數的監控。所述無線電傳感器節點被安裝在接觸網系統的不同位置上，並且分別具有監控運行參數的傳感器。例如針對利用傳感器之一確定的值偏離額定值的情況，由相對應的無線電傳感器節點製成故障電報。無線電傳感器節點中的至少數個形成如下網絡通過該網絡將電報傳輸給中樞。在此，電報經由無線電沿著鐵路線路從一個無線電傳感器節點被傳輸到接下來的無線電傳感器節點，直至該電報最後在中樞中被接收到。
文檔編號B61L27/00GK102341291SQ201080010168
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月5日 優先權日2009年3月4日
發明者德林 A., 施米德 A., 沃爾夫 A., 埃弗斯 D., 斯奈德 E., 庫德雷夫斯基 G., 布利茨 H-U., 皮斯託爾 K., 福貝爾 P. 申請人:西門子公司