一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法
2023-06-10 07:53:46 1
一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法
【專利摘要】一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法，它包括若干組防溜信號採集單元、由若干個路由器和一個網絡協調器構成的無線傳輸單元和一個智能防溜監控上位機，所述的防溜信號採集單元均包括加速度傳感器、超聲距離傳感器、磁場傳感器、溫度傳感器、RFID傳感器、中央處理器和無線收發模塊，傳感器用於採集車輛停車的對應參數信息，傳感器的信號輸出端均與中央處理器的對應信號輸入端相連，中央處理器通過無線收發模塊與路由器連接，各路由器均與網絡協調器無線連接，網絡協調器與智能防溜監控上位機相連。本發明是一套基於高效、易操作、可靠性高的監控系統，可實現對防溜裝置的實時監測及管理，對保障鐵路安全運行具有非常重要的意義和實用價值。
【專利說明】一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鐵路車輛停車防溜領域，尤其是適用於實現對鐵路現場停車智能防溜 裝置的實時監測及管理，具體地說是一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法。
【背景技術】
[0002] 目前，傳統防溜裝置存在以下問題：防溜裝置是否放置到位難以監控；發車時防 溜裝置是否已經取出同樣難以監控；防溜裝置發生被盜無法及時報警；防溜裝置的領取、 放置、取出和還回，均由人工操作完成，值班員無法及時判明防溜裝置是否處於規範的安全 狀態。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對上述問題，提出一種鐵道車輛停車智能防溜系統及其方法。 本發明是一套基於高效、易操作、可靠性高的鐵道車輛停車智能防溜系統，可實現對防溜 裝置放置到位、壓鞋、逸溜、被盜等狀態及放置方位、逸溜距離等信息的實時監控，對保障鐵 路安全運行具有非常重要的意義和實用價值。
[0004] 本發明的技術方案是：
[0005] -種鐵道車輛停車智能防溜系統，它包括若干組對應於防溜裝置本體設置的防溜 信號採集單元、由若干個路由器和一個網絡協調器構成的無線傳輸單元和一個智能防溜 監控上位機，所述的防溜信號採集單元均包括加速度傳感器、超聲距離傳感器、溫度傳感 器、磁場傳感器、RFID傳感器、中央處理器和無線收發模塊，所述的加速度傳感器、超聲距 離傳感器、磁場傳感器和RFID傳感器分別用於採集車輛停車的對應參數信息，加速度傳感 器、超聲距離傳感器、溫度傳感器、磁場傳感器和RFID傳感器的信號輸出端均與中央處理 器的對應信號輸入端相連，中央處理器的通信信號端通過無線收發模塊與對應的路由器 的下行通信信號端無線連接，各路由器的上行通信信號端均與網絡協調器無線連接，網絡 協調器與智能防溜監控上位機相連，所述的智能防溜監控上位機用於顯示各防溜信號採 集單元採集的車輛停車的對應參數信息，其中，溫度傳感器用於修正超聲距離傳感器測距 所採用的聲波速度，若溫度傳感器的測量溫度為T，則修正後的聲波速度計算公式為：V = 331. 5+0. 607T。
[0006] 本發明的防溜裝置本體中，面向車輪的斜面上設有水平向內凹陷的凹槽，超聲距 離傳感器卡裝在前述凹槽內，該超聲距離傳感器與防溜裝置本體的斜面垂直，用於檢測防 溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之間的距離。
[0007] 本發明的防溜裝置本體的內部設有中空的腔體，加速度傳感器、磁場傳感器和 RFID傳感器及中央處理器均嵌於防溜裝置本體的腔體中，所述的加速度傳感器用於檢測防 溜信號採集單元在X、y、z三個方向的加速度大小；磁場傳感器用於檢測防溜信號採集單元 與該防溜信號採集單元所在地磁場間的方向。
[0008] 本發明的鐵道車輛停車軌道上每隔一定距離設有一個射頻卡，該射頻卡用於存儲 位置信息，RFID傳感器與車輛所停位置處的射頻卡感應連接，用於採集防溜信號採集單元 所在地的位置信息；所述的網絡協調器與智能防溜監控上位機之間通過RS485總線或TCP/ IP方式相連。
[0009] -種鐵道車輛停車智能防溜方法，應用鐵道車輛停車智能防溜系統，它包括以下 步驟：
[0010] (1)、在中央處理器中設置到位距離dset即防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車 輪之間的設定距離，單位mm;
[0011] (2)、超聲距離傳感器（2)向鐵道所停車輛的車輪位置發送脈衝信號，採集發送脈 衝和接收脈衝之間的時間間隔t，並且發送至中央處理器；溫度傳感器採集車輛停放處的 環境溫度T並且發送至中央處理器；
[0012] (3)、在中央處理器中，首先採用下述公式對聲波速度進行修正，其中，T為溫度傳 感器採集的溫度；
[0013] V = 331. 5+0. 607T,
[0014] 其次，計算防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之間的實際距離即修正後的實 際到位距離d，單位mm，t為超聲距離傳感器（2)採集的發送脈衝和接收脈衝之間的時間間 隔；
[0015] d = VXt ；
[0016] (4)、中央處理器根據前述修正後的實際到位距離d判斷鐵道所停車輛的到位狀 況，並且通過無線收發模塊和無線傳輸單元將車輛到位狀況和報警信息發送至智能防溜監 控上位機
[0017] 當d>dset+3時，鐵道所停車輛放置不到位，報警；
[0018] 當dset-3 < d < dset+3時，鐵道所停車輛放置到位，不報警；
[0019] 當cKdset - 3時，鐵道所停車輛為壓鞋狀態，報警。
[0020] 本發明的步驟（1)中，設置的到位距離dset的範圍是8_16mm。
[0021] 本發明的步驟（2)中，還包括：加速度傳感器採集車輛停放處防溜信號採集單元 在X、y、z三個方向的加速度大小A x、Ay、Az並且發送至中央處理器；
[0022] 步驟⑷中，當d〈dset+3時，計算車輛的逸溜速度Vk
[0023] Vk = Vk_1+AxXt0
[0024] 其中，Vtl = 0, k表示採樣周期的個數，k = 1，2,…N，h表示中央處理器的採樣周 期，單位s，Ax、Ay、Az的單位mg ;
[0025] 當Vk>0並且k>200時，鐵道所停車輛為逸溜狀態，報警。
[0026] 本發明的步驟（4)中，計算各採樣周期的逸溜距離Sk，& =i^x^+〇.5x；S七〇2， 則總逸溜距離S = Σ Sk。
[0027] 本發明的步驟（4)中，如果d>dset+10並且x、y、z三個方向中任一方向的加速度 不等於0即A x尹0或者Ay尹0或者Az尹0並且k>100,則認為防溜裝置本體被盜，報警。
[0028] 本發明的步驟（4)中，當中央處理器檢測到需要報警時，中央處理器處於喚醒狀 態，提高向路由器發送信號的頻率。
[0029] 本發明的有益效果：
[0030] 本發明的鐵道車輛停車智能防溜系統，是一套基於高效、易操作、可靠性高的監控 系統，可實現對防溜裝置狀態的實時監控對保障鐵路安全運行，具有非常重要的意義和實 用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明的原理框圖。
[0032] 圖2是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0034] 如圖1所示，一種鐵道車輛停車智能防溜系統，它包括若干組對應於防溜裝置 本體設置的防溜信號採集單元、由若干個路由器（選用F8914Zigbee模塊）和一個網絡 協調器（選用F8125Zigbee模塊）構成的無線傳輸單元和一個智能防溜監控上位機，所 述的防溜信號採集單元均包括加速度傳感器（型號為ADXL345)、超聲距離傳感器2(型 號為NU40A16TR-1)、溫度傳感器、磁場傳感器（型號為MAG3110)、RFID傳感器（型號為 YW-603-1)、中央處理器（型號為CC2530)和無線收發模塊，所述的加速度傳感器、超聲距 離傳感器（2)、磁場傳感器和RFID傳感器分別用於採集車輛停車的對應參數信息，加速度 傳感器、超聲距離傳感器（2)、溫度傳感器、磁場傳感器和RFID傳感器的信號輸出端均與中 央處理器的對應信號輸入端相連，中央處理器的通信信號端通過無線收發模塊與對應的路 由器的下行通信信號端無線連接，各路由器的上行通信信號端均與網絡協調器無線連接， 網絡協調器與智能防溜監控上位機相連，所述的智能防溜監控上位機用於顯示各防溜信號 採集單元採集的車輛停車的對應參數信息，其中，溫度傳感器用於修正超聲距離傳感器（2) 測距所採用的聲波速度，若溫度傳感器的測量溫度為T，則修正後的聲波速度計算公式為： V = 331. 5+0. 607T。
[0035] 如圖2所示，本發明的防溜裝置本體中，面向車輪的斜面上設有水平向內凹陷的 凹槽1，超聲距離傳感器2卡裝在前述凹槽1內，該超聲距離傳感器2與防溜裝置本體的斜 面垂直，用於檢測防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之間的距離。
[0036] 本發明的防溜裝置本體的內部設有中空的腔體，加速度傳感器、磁場傳感器和 RFID傳感器及中央處理器均嵌於防溜裝置本體的腔體中，所述的加速度傳感器用於檢測防 溜信號採集單元在X、y、z三個方向的加速度大小；磁場傳感器用於檢測防溜信號採集單元 與該防溜信號採集單元所在地磁場間的方向。
[0037] 本發明的鐵道車輛停車軌道上每隔一定距離設有一個射頻卡（型號可為 TK4100)，該射頻卡用於存儲位置信息，RFID傳感器與車輛所停位置處的射頻卡感應連接， 用於採集防溜信號採集單元所在地的位置信息；網絡協調器與智能防溜監控上位機之間通 過RS485總線相連。
[0038] 具體實施時：本發明的鐵道車輛停車智能防溜方法，包括以下步驟：
[0039] (1)、在中央處理器中設置到位距離dset = 10即防溜信號採集單元與鐵道所停車 輛車輪之間的設定距離IOmm ;
[0040] (2)、超聲距離傳感器2向鐵道所停車輛的車輪位置發送脈衝信號，採集發送脈衝 和接收脈衝之間的時間間隔t，並且發送至中央處理器；溫度傳感器採集車輛停放處的環 境溫度T並且發送至中央處理器；加速度傳感器採集車輛停放處防溜信號採集單元在x、y、 z三個方向的加速度大小Ax、Ay、Az並且發送至中央處理器；
[0041] (3)、在中央處理器中，首先採用下述公式對聲波速度進行修正，其中，T為溫度傳 感器採集的溫度；
[0042] V = 331. 5+0. 607T,
[0043] 其次，計算防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之間的實際距離即修正後的實 際到位距離d，單位mm，t為超聲距離傳感器2採集的發送脈衝和接收脈衝之間的時間間 隔；
[0044] d = VXt ；
[0045] (4)、中央處理器根據前述修正後的實際到位距離d判斷鐵道所停車輛的到位狀 況，並且通過無線收發模塊和無線傳輸單元將車輛到位狀況和報警信息發送至智能防溜監 控上位機
[0046] 當d>13時，鐵道所停車輛放置不到位，報警；
[0047] 當7彡d彡13時，鐵道所停車輛放置到位，不報警；
[0048] 當d〈7時，鐵道所停車輛為壓鞋狀態，報警。
[0049] 本發明的步驟（1)中，設置的到位距離dset的範圍是8_16mm。
[0050] 步驟⑷中，當d〈 13時，計算車輛的逸溜速度Vk
[0051] Vk = VkJAxXt0
[0052] 其中，Vtl = 0, k表示採樣周期的個數，k = 1，2,…N，h表示中央處理器的採樣周 期，單位s，Ax、Ay、Az的單位mg ;
[0053] 當Vk>0並且k>200時，鐵道所停車輛為逸溜狀態，報警；
[0054] 計算各採樣周期的逸溜距離Sk，& =Fm +0.5x；^々q2，則總逸溜距離S = Σ Sk。
[0055] 本發明的步驟（4)中，如果d>20並且x、y、z三個方向中任一方向的加速度不等於 0即A x尹0或者Ay尹0或者Az尹0並且k>100,則認為防溜裝置本體被盜，報警。
[0056] 本發明的步驟（4)中，當中央處理器檢測到需要報警時，中央處理器處於喚醒狀 態，提高向路由器發送信號的頻率。
[0057] 本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
【權利要求】
1. 一種鐵道車輛停車智能防溜系統，其特徵是它包括若干組對應於防溜裝置本體設置 的防溜信號採集單元、由若干個路由器和一個網絡協調器構成的無線傳輸單元和一個智能 防溜監控上位機，所述的防溜信號採集單元均包括加速度傳感器、超聲距離傳感器（2)、溫 度傳感器、磁場傳感器、RFID傳感器、中央處理器和無線收發模塊，所述的加速度傳感器、超 聲距離傳感器（2)、磁場傳感器和RFID傳感器分別用於採集車輛停車的對應參數信息，力口 速度傳感器、超聲距離傳感器（2)、溫度傳感器、磁場傳感器和RFID傳感器的信號輸出端均 與中央處理器的對應信號輸入端相連，中央處理器的通信信號端通過無線收發模塊與對應 的路由器的下行通信信號端無線連接，各路由器的上行通信信號端均與網絡協調器無線連 接，網絡協調器與智能防溜監控上位機相連，所述的智能防溜監控上位機用於顯示各防溜 信號採集單元採集的車輛停車的對應參數信息，其中，溫度傳感器用於修正超聲距離傳感 器（2)測距所採用的聲波速度，若溫度傳感器的測量溫度為T，則修正後的聲波速度計算公 式為：V= 331. 5+0. 607T。
2. 根據權利要求1所述的鐵道車輛停車智能防溜系統，其特徵是所述的防溜裝置本體 中，面向車輪的斜面上設有水平向內凹陷的凹槽（1)，超聲距離傳感器（2)卡裝在前述凹槽 (1)內，該超聲距離傳感器（2)與防溜裝置本體的斜面垂直，用於檢測防溜信號採集單元與 鐵道所停車輛車輪之間的距離。
3. 根據權利要求1所述的鐵道車輛停車智能防溜系統，其特徵是所述的防溜裝置本體 的內部設有中空的腔體，加速度傳感器、磁場傳感器和RFID傳感器及中央處理器均嵌於防 溜裝置本體的腔體中，所述的加速度傳感器用於檢測防溜信號採集單元在X、y、z三個方向 的加速度大小；磁場傳感器用於檢測防溜信號採集單元與該防溜信號採集單元所在地磁場 間的方向。
4. 根據權利要求3所述的鐵道車輛停車智能防溜系統，其特徵是鐵道車輛停車軌道上 每隔一定距離設有一個射頻卡，該射頻卡用於存儲位置信息，RFID傳感器與車輛所停位置 處的射頻卡感應連接，用於採集防溜信號採集單元所在地的位置信息；所述的網絡協調器 與智能防溜監控上位機之間通過RS485總線或TCP/IP方式相連。
5. -種鐵道車輛停車智能防溜方法，應用權利要求1-4之一所述的鐵道車輛停車智能 防溜系統，其特徵是它包括以下步驟： (1) 、在中央處理器中設置到位距離dset即防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之 間的設定距離，單位mm; (2) 、超聲距離傳感器（2)向鐵道所停車輛的車輪位置發送脈衝信號，採集發送脈衝和 接收脈衝之間的時間間隔t，並且發送至中央處理器；溫度傳感器採集車輛停放處的環境 溫度T並且發送至中央處理器； (3) 、在中央處理器中，首先採用下述公式對聲波速度進行修正，其中，T為溫度傳感器 採集的溫度； V= 331. 5+0. 607T, 其次，計算防溜信號採集單元與鐵道所停車輛車輪之間的實際距離即修正後的實際到 位距離d，單位mm，t為超聲距離傳感器（2)採集的發送脈衝和接收脈衝之間的時間間隔； d=VXt； (4) 、中央處理器根據前述修正後的實際到位距離d判斷鐵道所停車輛的到位狀況，並 且通過無線收發模塊和無線傳輸單元將車輛到位狀況和報警信息發送至智能防溜監控上 位機 當d>dset+3時，鐵道所停車輛放置不到位，報警； 當dset-3 <d<dset+3時，鐵道所停車輛放置到位，不報警； 當cKdset- 3時，鐵道所停車輛為壓鞋狀態，報警。
6. 根據權利要求5所述的鐵道車輛停車智能防溜方法，其特徵是步驟（1)中，設置的到 位距離dset的範圍是8_16mm。
7. 根據權利要求5所述的鐵道車輛停車智能防溜方法，其特徵是： 步驟（2)中，還包括：加速度傳感器採集車輛停放處防溜信號採集單元在X、y、z三個 方向的加速度大小Ax、Ay、Az並且發送至中央處理器； 步驟（4)中，當d〈dset+3時，計算車輛的逸溜速度Vk Vk =Vk-I+AxXt0 其中，％ = 〇，k表示採樣周期的個數，k= 1，2,…Itci表示中央處理器的採樣周期，單 位s，Ax、Ay、Az 的單位mg; 當Vk>0並且k>200時，鐵道所停車輛為逸溜狀態，報警。
8. 根據權利要求7所述的鐵道車輛停車智能防溜方法，其特徵是：步驟（4)中，計算各 採樣周期的逸溜距離Sk，& =L1 % +0.5χΣ>：Λ2，則總逸溜距離S=ΣSk。
9. 根據權利要求7所述的鐵道車輛停車智能防溜方法，其特徵是：步驟（4)中，如果 d>dset+10並且X、y、z三個方向中任一方向的加速度不等於O即Ax尹O或者Ay尹O或者 Az尹O並且k>100,則認為防溜裝置本體被盜，報警。
10. 根據權利要求5-9之一所述的鐵道車輛停車智能防溜方法，其特徵是：步驟（4) 中，當中央處理器檢測到需要報警時，中央處理器處於喚醒狀態，提高向路由器發送信號的 頻率。
【文檔編號】G08C17/02GK104240477SQ201410478671
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】葉彥斐, 朱雨, 曹忠國, 金玉書, 陳國平 申請人:南京富島信息工程有限公司