列车轨道实时无线探测系统的制作方法

本发明涉及列车技术领域，具体涉及列车轨道实时无线探测系统。

背景技术：

由于列车轨道状态的好坏会直接影响列车运行的安全性和平稳性，因此为了保证列车能够长时间处于良好的运行状态，定期对列车轨道状态进行检测是至关重要的。现有技术中采用人工检测的方式进行轨道检测。

然而，人工检测速度慢且不能及时反馈检测结果，从而无法实时地处理问题，并且特殊位置的人工检测对检测人员的专业素养要求较高，人工成本高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供列车轨道实时无线探测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了列车轨道实时无线探测系统，包括：

数据获取子系统，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态探测数据；

探测终端，包括比对单元和异常判定单元，比对单元用于将所述列车轨道状态探测数据与标定范围进行比对；异常判定单元用于当所述列车轨道状态探测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态探测数据为异常；

报警设备，用于在确定所述列车轨道状态探测数据为异常之时，生成报警信息，并展示所述报警信息，以使维护人员对异常的列车轨道进行修复。

其中，所述的数据获取子系统包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集列车轨道状态探测数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的列车轨道状态探测数据并发送至所述探测终端。

优选地，所述传感器节点包括超声波传感器和压力传感器，超声波传感器、压力传感器周期性地对其对应的列车轨道进行检测。

优选地，所述比对单元将超声波传感器采集的超声波信号与第一标定范围进行比对，所述第一标定范围用于表述超声波信号衰减范围；所述比对单元还将压力传感器采集的压力信息与第二标定范围进行比对，所述第二标定范围用于表述压力信息变化范围。

本发明的有益效果为：采用无线传感器网络实现了列车轨道状态探测数据的实时采集，通过将获取的列车轨道状态探测数据与标定范围进行比对，来确定列车轨道的状态是否异常，若列车轨道状态探测数据超出标定范围，则确定列车轨道的状态信息为异常，能够及时地发现问题，实时性强，并且不需要人工参与检测，人工成本低。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的列车轨道实时无线探测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的探测终端的结构示意框图。

附图标记：

数据获取子系统1、探测终端2、报警设备3、比对单元10、异常判定单元20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本发明实施例提供了列车轨道实时无线探测系统，包括：

数据获取子系统1，用于对列车轨道状态进行检测，获取列车轨道状态探测数据；

探测终端2，包括比对单元10和异常判定单元20，比对单元10用于将所述列车轨道状态探测数据与标定范围进行比对；异常判定单元20用于当所述列车轨道状态探测数据超出所述标定范围时，确定所述列车轨道状态探测数据为异常；

报警设备3，用于在确定所述列车轨道状态探测数据为异常之时，生成报警信息，并展示所述报警信息，以使维护人员对异常的列车轨道进行修复。

其中，所述的数据获取子系统1包括汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点采集列车轨道状态探测数据，汇聚节点汇聚多个传感器节点的列车轨道状态探测数据并发送至所述探测终端2。在一种优选实施的方式中，所述传感器节点包括超声波传感器和压力传感器，超声波传感器、压力传感器周期性地对其对应的列车轨道进行检测。进而，所述比对单元10将超声波传感器采集的超声波信号与第一标定范围进行比对，所述第一标定范围用于表述超声波信号衰减范围；所述比对单元10还将压力传感器采集的压力信息与第二标定范围进行比对，所述第二标定范围用于表述压力信息变化范围。

本发明上述实施例采用无线传感器网络实现了列车轨道状态探测数据的实时采集，通过将获取的列车轨道状态探测数据与标定范围进行比对，来确定列车轨道的状态是否异常，若列车轨道状态探测数据超出标定范围，则确定列车轨道的状态信息为异常，能够及时地发现问题，实时性强，并且不需要人工参与检测，人工成本低。

汇聚节点附近的传感器节点不仅传输自己采集的列车轨道状态探测数据，还要中继转发其他传感器节点的列车轨道状态探测数据，因此在汇聚节点附近的传感器节点相比远离汇聚节点的传感器节点要发送更多的列车轨道状态探测数据，所以无线传感器网络在汇聚节点附近容易产生能量空洞。基于此问题，在一个实施例中，所述汇聚节点可移动，设与汇聚节点的距离小于设定的距离阈值的传感器节点集合为ω，汇聚节点定期对集合ω中的传感器节点进行能量监测，按照下列公式计算传感器节点的能量权值：

式中，vy为集合ω中的传感器节点y的能量权值，qy为传感器节点y的当前剩余能量，qyu为传感器节点y通信范围内的第u个传感器节点的当前剩余能量，my为传感器节点y通信范围内的传感器节点数量，ly为传感器节点y的通信半径，qr为集合ω中的第r个传感器节点的当前剩余能量，lo为汇聚节点的通信半径；

若集合ω中存在能量权值大于0的传感器节点，汇聚节点在能量权值大于0的传感器节点中，选择最大能量权值的传感器节点作为目标节点，向目标节点方向移动设定的距离。

本实施例设置汇聚节点可移动，并创新性地定义了能量权值的计算公式，本实施例在汇聚节点的附近传感器节点的能量权值大于0时，使传感器节点向最大能量权值的传感器节点的方向移动设定的距离，从而促使汇聚节点离开能量较低的附近传感器节点，有益于平衡无线传感器网络中的能量，减少能量空洞现象，进而有效延长网络生存时间，提高列车轨道状态探测数据收集的稳定性。

在一种能够实现的方式中，按照实际需要在设定的监测区域部署传感器节点，部署的传感器节点满足：任意传感器节点的感知半径在[gmin,gmax]范围内，gmax和gmin分为传感器节点感知半径的上下限；设置任意相邻两个传感器节点之间的距离在[gmax-gmin,gmax+gmin]范围内；确定已部署的传感器节点数量p，计算传感器节点的理论数量p0，若p<p0，在监测区域内继续部署至少p0-p个传感器节点。

其中，计算传感器节点的理论数量p0，包括：设传感器节点的理论数量为p0，按照下列公式计算传感器节点的最大可能理论覆盖率s：

为满足网络覆盖要求，设定s＝1，则

式中，f为待监测区域面积。

本实施例基于实际需要部署传感器节点后，按照网络覆盖率的需求计算传感器节点的理论数量，并将实际部署的传感器节点数量与传感器节点的理论数量进行比较，根据比较结果确定是否增加部署传感器节点。本实施例相对于随机抛洒传感器节点的方式，约束了传感器节点的数量，以节省列车轨道状态探测数据的采集成本，且有利于提高网络覆盖率。

在一个实施例中，在监测区域内继续部署至少p0-p个传感器节点，具体为：

(1)将设定的监测区域平均划分为n0个子区域，n0∈[6,8]，计算每个子区域的最大可能实际覆盖率：

式中，sw为第w个子区域的最大可能实际覆盖率，为所述第w个子区域中传感器节点的最小感知半径，为所述第w个子区域中传感器节点的最大感知半径；

(2)设最大可能实际覆盖率小于1的子区域数目为n，n≤n0，若n＝0，按照最大可能实际覆盖率由小到大的顺序对各子区域进行排序，选取前3个子区域作为部署区域，在每个部署区域中增加int[(p0-p)/3]个传感器节点；

若n＝1，在最大可能实际覆盖率小于1的子区域中增加部署p0-p个传感器节点；

若n>1，在第i个最大可能实际覆盖率小于1的子区域中增加部署pi个传感器节点：

式中，si为所述第i个最大可能实际覆盖率小于1的子区域的最大可能实际覆盖率，sj为第j个最大可能实际覆盖率小于1的子区域的最大可能实际覆盖率；int为取整函数。

本实施例在监测区域内继续部署传感器节点时，将设定的监测区域平均划分为多个子区域，并根据每个子区域的最大可能实际覆盖率情况，确定在某个子区域中增加合适数量的传感器节点。

本实施例能够提高网络的实际覆盖率，并进一步均衡各子区域的网络覆盖程度，提升无线传感器网络的监测性能，提高列车轨道状态探测数据收集的全面性。

本发明的有益效果为：采用无线传感器网络实现了列车轨道状态探测数据的实时采集，通过将获取的列车轨道状态探测数据与标定范围进行比对，来确定列车轨道的状态是否异常，若列车轨道状态探测数据超出标定范围，则确定列车轨道的状态信息为异常，能够及时地发现问题，实时性强，并且不需要人工参与检测，人工成本低。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。