一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其包括传感器网络、监控调度中心和专家平台，其中，传感器网络包括多个多功能信号采集器，多功能信号采集器包括多个传感器，监控调度中心包括存储设备、显示设备、监控软件和调度设备。由此，通过本发明的在线监测调度系统，可实现在移动的轨道列车上随时添加传感器或删减传感器，而不会对整个系统造成影响；多种传感器在同一个无线传感节点上存在，简化拓扑结构，降低系统成本；把安装于隧道内、轨道上、桥梁上的无线传感器和高速行驶列车上的传感器构成一个巨大的无线传感器网络。
【专利说明】
一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统，特别涉及一种基于物联网技术的城市轨道交通在线监测调度系统。
【背景技术】
[0002]随着城市轨道交通的大力发展，其安全问题也日益突出。由于城市轨道交通客流量大，地理位置特殊，一旦发生事故，将会造成严重后果。因此，提高城市轨道交通的安全管理水平和应急能力具有重要意义。
[0003]轨道交通现场控制中，需要大量且种类繁多的传感器，通常的解决方案是分布有线工业环网。此方案的缺点是布线工程量大，不易维护，添加子系统时扩展困难。采用一般无线传输技术的无线传感器网络，虽可以减少布线的工程量，但也存在以下不足:在类似轨道、桥梁、隧道、列车等的狭窄区域，尤其是位于地表之下的区域，面临施工工作量大、成本高昂、敷设线缆困难、系统调试困难、维护扩展难度大等问题。因此，随着传感器数量的增加和轨道线路的延伸，利用现场总线方式几乎变成不可能完成的任务。
[0004]物联网具有全面感知、可靠传输、智能计算的特点，在安全与应急领域具有可观的应用前景。将物联网应用在城市轨道交通安全应急领域，可极大提高城市轨道交通的安全监控水平与应急响应的效率。
【发明内容】
[0005]本发明的发明人提出了一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其利用多功能信号采集器构建轨道交通实时监测物联网系统，构造了适用于狭长密闭环境条件下分布的无线传感器网络，以较低的成本解决了传统的城市轨道交通安全监控系统中存在的上述问题。
[0006]具体地，本发明的发明人提出了以下技术方案以解决上述问题。
[0007]根据本发明的一个【具体实施方式】，提供了一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其为采用物联网技术构建而成的物联网系统，包括传感器网络、监控调度中心和专家平台，其中，所述传感器网络即所述物联网系统的感知层，包括多个多功能信号采集器，所述多功能信号采集器安装于城市轨道交通线和城市轨道交通工具上，用于向所述监控调度中心实时发送交通状况和交通工具运行状况信息;所述监控调度中心和所述专家平台共同相当于物联网系统的应用层，其中所述监控调度中心包括存储设备、显示设备、监控软件和调度设备;所述专家平台设置有数据中心和计算中心，所述数据中心存储了各种可能出现的交通状况信息以及交通工具故障状况信息及相应的应对方法，所述计算中心能够对交通工具前进中出现的自身故障和道路状况进行分析自动并提供应对建议;所述传感器网络与所述监控调度中心之间，所述监控调度中心与所述专家平台之间分别通过所述物联网的网络层相互通信连接。
[0008]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述城市轨道交通线包括隧道、桥梁、铁路轨道、地铁轨道;所述城市轨道交通工具包括火车、地铁车辆和轻轨车辆。
[0009]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述多功能信号采集器包括多个传感器、电源、无线传输单元、处理器、通道开关控制单元和传感器转接板，所述多个传感器与所述传感器转接板连接，所述无线传输单元和所述通道开关控制单元分别与所述处理器进行交互连接，所述通道开关控制单元与所述传感器转接板连接并控制所述传感器组的开关，所述传感器转接板与所述处理器连接并将所述传感器采集的数据传递给所述处理器，所述电源分别与所述无线传输单元、所述处理器、所述通道开关控制单元和所述传感器转接板连接并对各连接单元进行供电。
[0010]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述电源包括适配器、电池组和太阳能充电板，所述适配器将交流电转变为直流电来为所述各连接单元提供直流电，所述电池组在没有交流电时为所述各连接单元提供直流电，所述太阳能充电板与所述电池组连接并对所述电池组进行充电或直接对所述各连接单元供电。
[0011]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述传感器转接板包括模拟传感器接头、数字传感器接头和模数转换器，其中所述数字传感器接头直接与所述通道开关控制单元或所述处理器相连接，所述模拟传感器接头通过所述模数转换器与所述通道开关控制单元或所述处理器相连接。
[0012]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述无线传输单元包括无线传输模块和天线，所述天线通过所述无线传输模块与所述处理器进行交互连接。
[0013]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，其采用物联网技术组建，其中，所述多功能信号采集器构成物联网的传感层之后，能够正常采集数据，并通过所述物联网的网络系统进行数据传输，最终将数据发送至所述监控调度中心。
[0014]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述物联网的网络系统为GPRS、CDMA、互联网或专用虚拟局域网。
[0015]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述隧道、桥梁、铁路轨道、地铁轨道、火车、地铁车辆和轻轨车辆上的所述多功能信号采集器分别构成独立的无线传感器网络，并可以根据实际需要随时添加或删减所述多功能信号采集器。
[0016]根据本发明的一个实施例的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其中，所述独立的无线传感器网络共同构成一个整体无线传感器网络。
[0017]发明效果
[0018]通过以上技术方案，本发明主要取得了如下技术效果。
[0019]①可以在移动的轨道列车、隧道、桥梁、轨道上设置任意数量的具有不同功能的无线传感器，并且轨道列车、隧道、桥梁、轨道上的传感器分别构成独立的无线传感器网络;可以根据实际需要随时添加或删减传感器，而不会对整个系统造成影响；
[0020]②可以实现多种传感器在同一个无线传感节点上存在，可以将在一个无线通讯模块上集成了多个传感器的设备安装于监测点上减少无线传感节点的数量，简化拓扑结构，降低系统成本。
[0021]③可以把安装于隧道内、轨道上、桥梁上的无线传感器和高速行驶列车上的传感器构成一个巨大的无线传感器网络。
[0022]④以功能强大的后台云计算中心为监测调度中心，自动调度车辆的安全运行，向城市轨道交通的管理人员提供各种数据，遇到紧急故障情况启动应急响应子系统，并通过远程专家服务提供指导意见和方案，对发现的故障隐患进行及时有效地处理。由此实现了监测调度系统快速发现故障隐患并预警、调度车辆正常运行。
[0023]⑤组建的无线传感器网络具备高速移动与快速漫游切换的能力，可以大规模大范围自由组网。并可通过提高各环节无线通讯的分时切换速度，使得高速运行的列车可以和地面保持稳定的无线通讯。
[0024]⑥由于可根据需要铺设传感器构建在线监测调度系统，因此减少了大量线缆的敷设，简化了网络结构，同时也大大减少了施工量，提高了经济效益。本申请上述系统的成功实施，将大幅度降低系统的成本，本申请所述系统的成本约为现有同类系统成本的60% ;由此也大大降低了城市轨道交通的建设、运营与维护成本，可节约成本30%。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的在线监测调度系统的构成示意图；
[0026]图2为本发明的传感器网络的构成示意图；
[0027]图3为本发明的监测调度中心的构成示意图；
[0028]图4为本发明的多功能信号采集器的结构示意图；
[0029]图5为电源与各个连接单元之间的通信示意图；
[0030]图6为传感器转接板与通道开关控制单元之间的通信示意图；
[0031 ]图7为传感器转接板与处理器之间的通信示意图；
[0032]图8为无线传输单元与处理器之间的通信示意图。
【具体实施方式】
[0033]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使读者对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0034]如图1所示，本发明的城市轨道交通在线监测调度系统采用物联网技术构成，包括传感器网络、监测调度中心和专家平台。
[0035]其中，传感器网络为物联网系统的感知层，监测调度中心和专家平台共同构成物联网系统的应用层。传感器网络和监测调度中心，监测调度中心和专家平台之间分别通过物联网的网络层通信连接。传感器网络设置于列车上、各车站内及总站内，其为云计算中心。
[0036]继续参考图1并进一步参考图2可知，传感器网络包括若干多功能信号采集器，该多功能信号采集器包括设置于列车上、车站内及沿途轨道上的多个传感器。具体地，所述传感器包括用于检测列车运行环境参数的传感器，用于检测桥梁、隧道、轨道安全的无线传感器，用于检测列车上处于运行状态的关键部位的运行参数的无线传感器及用于检测城市轨道交通站台状况的无线传感器等。
[0037]其中，用于检测列车运行环境参数的传感器包括空气温湿度传感器、光照传感器、雨量传感器，用于检测风速、风向、大气压力等物理量等。通过在特征区域加装相应的无线传感器，采集与环境相关的数据，进而形成对环境的评估。
[0038]用于检测桥梁、隧道、轨道安全的无线传感器用于检测桥梁、隧道、轨道的振幅、振动频谱、位移、倾角、应力、裂缝、轨道平整度等参数，并在关键点加装无线视频监控器，实时监控重要路段如桥梁、隧道、轨道等的路况信息，采集到的数据以及监控画面能够实时传输至监控调度中心，即云计算平台上。
[0039]用于检测列车上处于运行状态的关键部位的无线传感器用于检测列车的处于运行状态的关键部位的物理量如北斗定位、轴瓦温度、车轴裂纹、振动幅度、振动频谱、轴应力、车厢烟雾、车厢视频、拖动电动机的电气参数、拖动电动机的机械参数等。通过该传感器能够使列车的运行中的关键部件加装传感器变得简便易行，省去列车内布线的难题。用于检测城市轨道交通站台状况的无线传感器主要检测电梯参数、月台的自动护栏开关状态、烟雾、人员流动、自动售票、自动检票等。
[0040]通过在城市轨道交通不同部位、部件安装的各类无线传感器、组成一个覆盖整个轨道交通运行区域的无线传感器网络，通过设置中继器延长无线通距离，在隧道内布置漏泄电缆克服隧道内信号传输差的问题，最终将数据传输至数据汇集终端采用网口转串口的方式将数据输送到至监控调度中心，在偏远的地方可以将数据统一采集并通过移动网络将数据发送至电信运营商的基站再经过网络传输至监控调度中心。
[0041]如图3所示，监控调度中心包括存储设备、显示设备、监控软件及调度设备。由于监测调度中心本身即云计算中心，因此可以在这将数据进行分类处理、显示，将综合结果通过仿真模型对列车行驶的情况进行一个系统的分析，任何一个因素出现异常或者报警，地面调度中心都能实时与列车保持通讯，及时处理突发事件。
[0042]由于列车行驶的环境比较复杂再加上列车本身复杂的机械机构和电子系统，工作人员由于受到技术和经验的限制不能及时有效的处理突发事件，因此本发明的城市轨道交通在线监测调度系统内设置有专家系统。专家平台设置有数据中心和计算中心，所述数据中心存储了各种可能出现的交通状况以及交通工具故障状况及相应的应对方法，所述计算中心能够对交通工具前进中出现的自身故障和道路状况进行分析自动并提供应对建议。由此，可以通过登录专家系统平台第一时间获取相关信息，获得专家的指导意见以处理突发事件。
[0043]如图4所示，本发明的多功能信号采集器包括多个处理器、通道开关控制单元、无线传输单元、传感器转接板、电源。其中所述无线传输单元和通道开关控制单元分别与处理器相连接，所述通道开关控制单元与传感器转接板连接，并且各个单元均与电源相连接。
[0044]如图5所示，电源包括电池组、太阳能充电板和适配器，其中，所述太阳能充电板与所述电池组连接，电池组再与各个连接单元连接，所述适配器与连接单元连接，当连接有交流电时，通过适配器将交流电转变为直流电直接给连接单元供电；当未连接交流电时，可连接太阳能充电板为电池组供电，继而为各个连接单元供电，当然根据需要，也可由太阳能充电板直接为各个连接单元供电。
[0045]如图6-7所示，传感器转接板包括模拟传感器接头、数字传感器接头和模数转换器，其中所述模拟传感器接头与所述模数转换器连接，所述通道开关控制单元同时与所述模数转换器和数字传感器接头进行信号传递;所述模数转换器和数字传感器接头同时与所述处理器进行信号传递。
[0046]如图8所示，无线传输单元包括无线传输模块、天线、处理器，所述无线传输模块与所述天线连接;所述天线传输单元与所述处理器之间进行交互的信号传递。
[0047]本发明的在线监测调度系统可根据所需测量的数据设置多个传感器组，从而组成监测网络，实现多种数据信号采集;无线传输单元接受远程控制信号，将信号传送给处理器，处理器控制通道开关控制单元实现各个传感器的打开与关闭，模拟传感器通过模数转换器将读取数据的模拟量转换成数字量传送给处理器，数字传感器直接将采集的数据传送给处理器，处理器经过数据处理后再通过无线传输单元发送给客户端。
[0048]产业上的实用性
[0049]本发明的用于城市轨道交通的在线监测调度系统可以随时添加传感器或删减传感器，而不会对整个系统造成影响;可以实现多种传感器在同一个无线传感节点上存在;可以减少无线传感节点的数量，简化拓扑结构，降低系统成本;可以实现列车上和列车下被监测点组成一个大的无线传感器网络；可以通过远程专家服务及时提供指导意见和方案；可以使高速运行的列车与地面保持稳定的无线通讯;可以减少大量线缆的敷设和施工量，可根据需要铺设，简化了网络结构。
【主权项】
1.一种用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其为采用物联网技术构建而成的物联网系统，包括传感器网络、监控调度中心和专家平台，其特征在于， 所述传感器网络即所述物联网系统的感知层，包括多个多功能信号采集器，所述多功能信号采集器安装于城市轨道交通线和城市轨道交通工具上，用于向所述监控调度中心实时发送交通状况和交通工具运行状况信息； 所述监控调度中心和所述专家平台共同相当于物联网系统的应用层，其中所述监控调度中心包括存储设备、显示设备、监控软件和调度设备； 所述专家平台设置有数据中心和计算中心，所述数据中心存储了各种可能出现的交通状况信息以及交通工具故障状况信息及相应的应对方法，所述计算中心能够对交通工具前进中出现的自身故障和道路状况进行分析自动并提供应对建议； 所述传感器网络与所述监控调度中心之间，所述监控调度中心与所述专家平台之间分别通过所述物联网的网络层相互通信连接。2.根据权利要求1所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述城市轨道交通线包括隧道、桥梁、铁路轨道、地铁轨道； 所述城市轨道交通工具包括火车、地铁车辆和轻轨车辆。3.根据权利要求1或2所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述多功能信号采集器包括多个传感器、电源、无线传输单元、处理器、通道开关控制单元和传感器转接板，所述多个传感器与所述传感器转接板连接，所述无线传输单元和所述通道开关控制单元分别与所述处理器进行交互连接，所述通道开关控制单元与所述传感器转接板连接并控制所述传感器组的开关，所述传感器转接板与所述处理器连接并将所述传感器采集的数据传递给所述处理器，所述电源分别与所述无线传输单元、所述处理器、所述通道开关控制单元和所述传感器转接板连接并对各连接单元进行供电。4.根据权利要求3所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述电源包括适配器、电池组和太阳能充电板，其中，所述适配器将交流电转变为直流电来为所述各连接单元提供直流电，所述电池组在没有交流电时为所述各连接单元提供直流电，所述太阳能充电板与所述电池组连接并对所述电池组进行充电或直接对所述各连接单元供电。5.根据权利要求3所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述传感器转接板包括模拟传感器接头、数字传感器接头和模数转换器，其中所述数字传感器接头直接与所述通道开关控制单元或所述处理器相连接，所述模拟传感器接头通过所述模数转换器与所述通道开关控制单元或所述处理器相连接。6.根据权利要求3所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述无线传输单元包括无线传输模块和天线，所述天线通过所述无线传输模块与所述处理器进行交互连接。7.根据权利要求3所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，其采用物联网技术组建，其中，所述多功能信号采集器构成物联网的传感层之后，能够正常采集数据，并通过所述物联网的网络系统进行数据传输，最终将数据发送至所述监控调度中心。8.根据权利要求1所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述物联网的网络系统为GPRS、CDMA、互联网或专用虚拟局域网。9.根据权利要求2所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述隧道、桥梁、铁路轨道、地铁轨道、火车、地铁车辆和轻轨车辆上的所述多功能信号采集器分别构成独立的无线传感器网络，并可以根据实际需要随时添加或删减所述多功能信号采集器。10.根据权利要求9所述的用于城市轨道交通的在线监测调度系统，其特征在于，所述独立的无线传感器网络共同构成一个整体无线传感器网络。
【文档编号】B61L27/00GK105923022SQ201610429593
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】李湃
【申请人】苏州迪芬德物联网科技有限公司