可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统及监控平台的制作方法

本实用新型涉及悬索桥主缆架设技术领域，尤其涉及一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统及基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台。

背景技术：

随着科学技术和国民经济的发展，我国加大了交通基础设施的投资与建设，许多特大跨径桥梁陆续建成通车，其中，悬索桥为特大跨径桥梁的主要形式之一。牵引系统上悬索桥上部结构安装施工的中央组成部分，它除用于主缆索股的架设外，在前期还承担着猫道架设施工，牵引系统的设计将直接影响猫道架设和主缆索股架设的施工质量与施工效率。

通常，牵引系统中的拽拉器在运行过程中，到达某些特定位置时需要执行加减速或者其他操作。在现有的牵引系统中，无法对牵引系统中的拽拉器的位置进行自动化监控，通常是由人工判断位置进而现场使用无线电沟通以通知其他工作人员执行相应的操作。人工判断位置容易出现偏差，并且，工作人员无法时刻关注拽拉器的动态，容易出现失误。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统，其能在某些特定位置处自动上报位置信息，并传送至牵引系统控制端，使得控制端的工作人员可根据位置信息执行相应的操作。

本实用新型的目的之二在于提供一种基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台，其能实时监控悬索桥牵引系统在进行索股架设时的状态。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统，包括：主牵引卷扬机、辅牵引卷扬机、第一牵引绳、第二牵引绳、第三牵引绳、第一拽拉器、第二拽拉器、锚碇门架导轮组、猫道门架导轮组、塔顶门架导轮组、锚背门架导轮组、回转轮、RFID电子标签，RFID读卡器及无线通讯模块；

所述锚碇门架导轮组设置在锚碇门架上，所述猫道门架导轮组设置在猫道门架上，所述塔顶门架导轮组设置塔顶门架上，所述锚背门架导轮组设置在锚背门架上；

所述主牵引卷扬机和所述辅牵引卷扬机设置在悬索桥一端的锚碇的后方或者上方，所述回转轮设置在悬索桥另一端的锚碇的后方或者上方，所述主牵引卷扬机收放所述第一牵引绳，所述辅牵引卷扬机收放所述第三牵引绳，所述第二牵引绳与悬索桥主缆长度相同且依次穿过所述锚碇门架导轮组、所述猫道门架导轮组、所述塔顶门架导轮组、所述锚背门架导轮组以及所述回转轮以悬挂于猫道上方；所述第二牵引绳的一端通过所述第一拽拉器与所述第一牵引绳连接，所述第二牵引绳的另一端通过所述第二拽拉器与所述第三牵引绳连接，所述第一牵引绳、所述第二牵引绳及所述第三牵引绳均悬挂于所述猫道门架上；

所述RFID电子标签具有多个且沿着猫道的长度方向分布在猫道上，猫道的两侧均分布有所述RFID电子标签，所述RFID电子标签的编码信息包含了该 RFID电子标签所在的位置信息；所述第一拽拉器和所述第二拽拉器上均设置有一所述RFID读卡器和一所述无线通讯模块，所述RFID读卡器与所述无线通讯模块一对一连接；

当所述RFID读卡器随着所述第一拽拉器或者所述第二拽拉器移动至所述RFID电子标签的位置处时，所述RFID读卡器射频辐射方向正对所述RFID电子标签以读取所述RFID电子标签的编码信息，所述RFID读卡器可通过所述无线通讯模块将所读取到的RFID电子标签的编码信息发送至牵引系统控制端。

进一步地，所述锚碇门架导轮组具有两组且分别设置在悬索桥两端的锚碇门架上；所述猫道门架导轮组具有若干组且设置在悬索桥的猫道门架上，所述猫道门架与所述猫道门架导轮组一一对应设置；所述塔顶门架导轮组具有至少两组且设置在悬索桥的塔顶门架上；所述锚背门架设置在锚碇锚背上。

进一步地，所述猫道上设置有猫道滚轮。

进一步地，所述RFID电子标签等间隔地分布在猫道上。

进一步地，所述猫道两侧的所述RFID电子标签以猫道为轴线对称分布。

进一步地，所述无线通讯模块采用LoRa无线通讯终端。

进一步地，所述RFID读卡器固定在固定框中，所述固定框由两个被切除了一侧壁的矩形管及两条角钢组成，所述角钢的一端焊接在其中一个所述矩形管的与被切除的侧壁垂直的侧壁上，所述角钢的另一端焊接另一所述矩形管的与被切除的侧壁垂直的侧壁上，两个所述矩形管的被切除的侧壁相对，两条所述角钢分布在所述矩形管的两端且两条所述角钢焊接在所述矩形管的同一侧壁上，所述RFID读卡器的两端分别被包覆在一所述矩形管内，所述矩形管的侧壁与所述RFID读卡器之间设有防撞垫层，所述LoRa无线通讯终端设置在所述RFID 读卡器的上方且两者通过RS485接口连接。

进一步地，所述固定框安装在与拽拉器的后连杆的轴向成逆时针45°的方向上，其中，所述拽拉器包括所述第一拽拉器和所述第二拽拉器。

本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

一种基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台，包括上述的可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统、后台数据分析系统及应用终端系统；所述悬索桥索股牵引系统的RFID读卡器在读取到RFID电子标签的编码信息之后通过无线通讯模块将编码信息传送至所述后台数据分析系统，所述后台数据分析系统通过对编码信息的分析得出拽拉器的实时位移及速率，所述应用终端从所述后台数据分析系统读取拽拉器的实时位移及速率并按物体仿真方式显示拽拉器的实时位移及速率。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

该牵引系统在工作过程中，当拽拉器运动至特定位置处时可自动上报位置信息并传送给牵引系统控制端，使得牵引系统控制端的工作人员可以根据拽拉器的位置信息来执行相应的操作，避免了由于人工判断容易出现偏差及失误的情况。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统的正视结构示意图；

图2为图1中的一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统的俯视结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种悬索桥设有回转轮的一侧的锚碇立面布置图；

图4为本实用新型提供的一种悬索桥设有牵引卷扬机的一侧的锚碇立面布置图；

图5为本实用新型所提供的拽拉器和固定框的装配结构示意图；

图6为本实用新型所提供的一种固定框的结构示意图，其中，(a)为固定框的正视图，(b)为固定框的侧视图；

图7为RFID读卡器读取某一处的RFID电子标签信息时的位置关系示意图，图中阴影区为RFID读卡器的感知区域；

图8为本实用新型提供的一种基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台的平台架构示意图；

图9为本实用新型提供的一种基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台的应用终端系统的牵引系统监控界面。

图中：1、主牵引卷扬机；2、辅牵引卷扬机；3、第一牵引绳；4、第二牵引绳；5、第三牵引绳；6、第一拽拉器；7、第二拽拉器；8、锚碇门架导轮组； 9、猫道门架导轮组；10、塔顶门架导轮组；11、锚背门架导轮组；12、回转轮； 13、RFID电子标签；14、RFID读卡器；15、无线通讯模块；16、锚碇门架； 17、猫道门架；18、塔顶门架；19、锚背门架；20、锚碇；21、放索架；22、索股；23、猫道；24、猫道门架承重索；25、固定框；2501、矩形管；2502、角钢。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1至图7，一种可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统，包括：主牵引卷扬机1、辅牵引卷扬机2、第一牵引绳3、第二牵引绳4、第三牵引绳5、第一拽拉器6、第二拽拉器7、锚碇门架导轮组8、猫道门架导轮组9、塔顶门架导轮组10、锚背门架导轮组11、回转轮12、RFID电子标签13、RFID读卡器14及无线通讯模块15；

锚碇门架导轮组8设置在锚碇门架16上，猫道门架导轮组9设置在猫道门架17上，塔顶门架导轮组10设置塔顶门架18上，锚背门架导轮组11设置在锚背门架19上；

主牵引卷扬机1和辅牵引卷扬机2设置在悬索桥一端的锚碇20的后方或者上方，回转轮12设置在悬索桥另一端的锚碇20的后方或者上方，放索架21设置在回转轮12后方，拽拉器用于将放索架21上的索股22牵拉以将其架设在悬索桥上，拽拉器包括第一拽拉器6和第二拽拉器7；主牵引卷扬机1收放第一牵引绳3，辅牵引卷扬机2收放第三牵引绳5，第二牵引绳4与悬索桥主缆长度相同且依次穿过锚碇门架导轮组8、猫道门架导轮组9、塔顶门架导轮组10、锚背门架导轮组11以及回转轮12以悬挂于猫道23上方；猫道门架17等间距布置于猫道23上，猫道门架17的顶部悬挂固定于猫道门架承重索24上，猫道门架 17的底梁连接在猫道23的面层上。第二牵引绳4的一端通过第一拽拉器6与第一牵引绳3连接，第二牵引绳4的另一端通过第二拽拉器7与第三牵引绳5连接，第一牵引绳3、第二牵引绳4及第三牵引绳5均悬挂于猫道门架17上；

RFID电子标签13具有多个且沿着猫道23的长度方向分布在猫道23上，猫道23的两侧均分布有RFID电子标签13，RFID电子标签13的编码信息包含了该RFID电子标签13所在的位置信息；第一拽拉器6和第二拽拉器7上均设置有一RFID读卡器14和一无线通讯模块15，RFID读卡器14与无线通讯模块 15一对一连接；

当RFID读卡器14随着第一拽拉器6或者第二拽拉器7移动至RFID电子标签13的位置处时，RFID读卡器14射频辐射方向正对RFID电子标签13以读取RFID电子标签13的编码信息，RFID读卡器14可通过无线通讯模块15将所读取到的RFID电子标签13的编码信息发送至牵引系统控制端。

该牵引系统的工作流程为：

将多个RFID电子标签13按需求布置在猫道23上，RFID电子标签13的编码信息包含了其所在的位置信息，位置信息可反映出拽拉器在此位置处应该执行的操作信息(例如，某一RFID电子标签13位于减速点处，则其编码信息会说明该位置为减速点，提示牵引系统控制端的工作人员操控拽拉器进行减速操作)，启动牵引系统进行索股架设，当拽拉器每运行至一个RFID电子标签13处时，位于拽拉器上的RFID读卡器14读取该RFID电子标签13的编码信息并通过无线通讯模块15将编码信息传送至牵引系统控制端，控制端的工作人员根据该RFID电子标签13的编码信息可得知拽拉器的位置以及该对拽拉器执行什么操作，若该RFID电子标签13位于减速点，则控制拽拉器减速；若是位于加速点，则控制拽拉器加速。

在本实施例中，RFID电子标签13按一定间距布置在拽拉器运行轨迹正下方的猫道23上，以及布置于运行起点、锚碇门架16、塔顶门架18、运行终点等拽拉器运行轨迹的关键节点位置处，并且，猫道23两侧的所述RFID电子标签13以猫道23为轴线对称分布。

该牵引系统可自动上报拽拉器的位置信息，此外，还可通过位移定位来分析获取拽拉器的动态运行轨迹及其速率变化，还可间接得知卷扬机的运行状态；可实现对牵引系统的整体运行过程进行监控，实时采集牵引系统各项关键指标数据变化，利用先进的信息化技术手段，建设完善的数据采集传输，提高对机电设施的运行管理能力以及突发事件的快速处理能力，为建立和健全统一指挥、快速响应、有序协调及高效运转的运行机制带来帮助。

作为一种优选的实施方式，锚碇门架导轮组8具有两组且分别设置在悬索桥两端的锚碇门架16上；猫道门架导轮组9具有若干组且设置在悬索桥的猫道门架17上，猫道门架17与猫道门架导轮组9一一对应设置；塔顶门架导轮组10具有至少两组且设置在悬索桥的塔顶门架18上；锚背门架导轮组11设置在锚背门架19上，锚背门架19设置在锚碇锚背上。

作为一种优选的实施方式，猫道23上设置有猫道滚轮，猫道滚轮为索股牵引架设提供承托作用。

作为一种优选的实施方式，无线通讯模块15采用LoRa无线通讯终端。

伴随着通讯技术的发展，目前已有了多种成熟稳定的数据通讯传输方式，主要包括：电信运营商所提供的光纤宽带有线传输、2G/3G/4G无线通讯传输；以蓝牙、wifi为代表的短距离无线传输；以及以微波基站发射为代表的远距离无线传输等。

由于悬索桥实施现场所处位置与实际施工原因，无法部署光纤宽带以实现覆盖项目现场的有线通讯网络；缺乏电信运营商基站服务支持，无法建立基于2G/3G/4G的稳定无线数据通讯；因为距离较远，蓝牙、WIFI均无法做到全程覆盖；现场环境的高温、潮湿，周边5000KVA高压线影响，导致微波通讯的损耗率高达90％以上。在此需求基础上，采用先进的LoRa通讯技术，建设物联网低功耗广域网通讯网络是满足悬索桥施工现场数据传输的最佳选择。

经过现场恶劣条件的实地测试，基于LoRa通讯技术的物联网低功耗广域网通讯网络成功覆盖悬索桥实施现场，包括最远端设施与中控中心、塔顶与中控中心、水道区域与中控中心的远程对接，不受潮湿、高压线、无线电通讯影响。

作为一种优选的实施方式，RFID读卡器14固定在固定框25中，固定框25 由两个被切除了一侧壁的矩形管2501及两条角钢2502组成，矩形管2501采用 50X80X2.0的矩形管，角钢2502采用20X20X3.0的角钢，角钢2502的一端焊接在其中一个矩形管2501的与被切除的侧壁垂直的侧壁上，角钢2502的另一端焊接另一矩形管2501的与被切除的侧壁垂直的侧壁上，两个矩形管2501的被切除的侧壁相对，两条角钢2502分布在矩形管2501的两端且两条角钢2502 焊接在矩形管2501的同一侧壁上，RFID读卡器14的两端分别被包覆在一矩形管2501内，矩形管2501的侧壁与RFID读卡器14之间设有防撞垫层，LoRa无线通讯终端设置在RFID读卡器14的上方且两者通过RS485接口连接。

作为一种优选的实施方式，固定框25安装在与拽拉器的后连杆的轴向成逆时针45°的方向上，其中，拽拉器包括第一拽拉器6和第二拽拉器7。安装在与后连杆的轴线方向逆时针45°的方向上，更能保证当拽拉器运行至RFID电子标签13正上方时，RFID读卡器14刚好能读取到RFID电子标签13的信息。

此外，请参阅图8和图9，本实用新型还提供了一种基于物联网的悬索桥索股牵引系统监控平台，包括上述的可自动上报位置信息的悬索桥索股牵引系统、后台数据分析系统及应用终端系统；所述悬索桥索股牵引系统的RFID读卡器在读取到RFID电子标签的编码信息之后通过无线通讯模块将编码信息传送至所述后台数据分析系统，所述后台数据分析系统通过对编码信息的分析得出拽拉器的实时位移及速率，所述应用终端从所述后台数据分析系统读取拽拉器的实时位移及速率并按物体仿真方式显示拽拉器的实时位移及速率。

以下为本实用新型中主要涉及的关键技术手段的详细说明：

(1)关于RFID：

RFID(Radio Frequency Identification)－无线射频身份识别系统，是一种内建无线电技术的芯片,芯片中可储放一系列的信息，像是产品别、日期、位置等等, 我们通常称为感应卡、感应式IC卡或近接卡、非接触卡等等。

是针对接触式系统的缺点而发展出来，利用射频讯号以无线方式传送及接收数据且同时使用此射频讯号来做无线传能，因此识别卡不需与卡片阅读机接触即可做数据的交换。

无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波(调成无线电频率的电磁场)。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。

RFID的优点包括：

·除了天线外之所有组件皆己做成芯片，可有效降低成本。

·使用无线传能，不必使用电池不用担心电池秏尽的问题(Passive Tag)。

·芯片密码为世界唯一无法复制COPY，安全性高。

·可制成各种包装类型，以应用在各种不同场合。

·采近接式读卡，不用和卡片阅读机直接接触、不用刷卡所以不怕接点脏污及磨损，可放于口袋皮包内，不必取出就能直接辨识

·卷标数据可重新由卡片阅读机更改，用完可回收再利用。

·使用寿命长。

(2)关于RFID电子标签的说明：

采用目前世界上最先进的RFID超高频(UHF)技术的读写器，不仅读写电子标签距离远，而且读写电子标签灵敏度高，在物流管理、车辆管理、资产管理、生产控制、仓库管理、人员定位等方面有着广泛的应用。

(3)关于LoRa无线通讯路由的说明：

LoRa无线通信路由器能够利用公用无线网络为用户提供无线长距离数据传输功能，同时支持LoRa无线传输技术进行短距离数据传输。

该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供1个RS232(或RS485/RS422)、1个以太网LAN，1个以太网WAN/LAN复用口以及1个WIFI接口，可同时连接串口设备、以太网设备和WIFI设备，实现数据透明传输和路由功能。

该产品已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、军事、空间探索、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。

工业级应用设计

·采用高性能工业级LoRa模块

·采用高性能工业级无线模块

·采用高性能工业级32位通信处理器

·支持低功耗模式，包括休眠模式、定时上下线模式

·采用金属外壳，保护等级IP30。金属外壳和系统安全隔离，特别适合于工控现场的应用

·宽电源输入(DC 5～36V)

稳定可靠

·WDT看门狗设计，保证系统稳定

·采用完备的防掉线机制，保证数据终端永远在线

·以太网接口内置1.5KV电磁隔离保护

·RS232/RS485/RS422接口内置15KV ESD保护

·SIM/UIM卡接口内置15KV ESD保护

·电源接口内置反相保护和过压保护

·天线接口防雷保护(可选)

标准易用

·提供标准RS232(或RS485/RS422)、以太网和WIFI接口，可直接连接串口设备、

·以太网设备和WIFI设备

·提供标准有线WAN口(支持标准PPPOE协议)，可直接连接ADSL设备

·智能型数据终端，上电即可进入数据传输状态

·提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理(可选)

·使用方便，灵活，多种工作模式选择

·方便的系统配置和维护接口(包括本地和远端WEB和CLI方式)

功能强大

·支持多种WAN连接方式，包括静态IP，DHCP，L2TP，PPTP，PPPOE， 2.5G/3G/4G

·支持无线蜂窝和有线WAN双链路智能切换备份功能(可选)

·支持VPN client(PPTP，L2TP，OPENVPN，IPSEC和GRE)(注：仅 VPN版支持)

·支持VPN sever(PPTP，L2TP，OPENVPN，IPSEC和GRE)(注：仅 VPN版支持)

·支持远程管理，SYSLOG、SNMP、TELNET、SSHD，HTTPS等功能

·支持本地和远程在线升级，导入导出配置文件

·支持NTP，内置RTC

·支持国内外多种DDNS

·支持MAC地址克隆，PPPOE服务器

·WIFI支持802.11b/g/n,支持WIFI AP、AP Client，中继器，中继桥接和WDS等多种工作模式(可选)

·WIFI支持WEP,WPA，WPA2等多种加密方式，支持RADIUS认证， MAC地址过滤等功能

·支持多种上下线触发模式，包括短信、电话振铃、串口数据、网络数据触发上下线模式

·支持APN/VPDN

·支持多路DHCP server及DHCP client，DHCP捆绑MAC地址，DDNS，防火墙，NAT，DMZ主机，QOS，流量统计,实时显示数据传输速率等功能

·支持TCP/IP、UDP、FTP(可选)、HTTP等多种网络协议

·支持SPI防火墙，VPN穿越，访问控制，URL过滤，等功能

·支持LoRa网络无线数据传输功能

(4)关于LoRa无线通讯终端：

工业级应用设计

·采用高性能工业级芯片

·低功耗设计，支持多级休眠和唤醒模式，最大限度降低功耗

·采用金属外壳，保护等级IP30。金属外壳和系统安全隔离，特别适合于工控现场的应用

·宽电源输入(DC 5～36V)

稳定可靠

·WDT看门狗设计，保证系统稳定

·RS232/RS485/RS422接口内置15KV ESD保护

·电源接口内置反相保护和过压保护

·天线接口防雷保护(可选)

标准易用

·采用工业端子接口，特别适合于工业现场应用

·提供标准RS232和标准RS485(或RS422)接口，可直接连接串口设备·可定制TTL电平串口，可定制ADC

·智能型数据终端，上电即可进入数据传输状态

·提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理(可选)

·使用方便，灵活，多种工作模式选择

·方便的系统配置和维护接口

·支持串口软件升级和远程维护

功能强大

·支持LoRa无线短距离数据传输功能，具有自组网能力

·具备中继路由和终端设备功能

·网络容量大：65000个节点(典型个数300个)

·发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选

·提供5路I/O，可实现3路模拟量输入、2路数字量输入输出；兼容2 路脉冲计数功能

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。