用于监控接触网系统的运行参数的设备的制作方法

本申请是申请号为201080010168.0、申请日为2010年2月5日、发明名称为“接触网系统的运行参数的远程监控”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及借助由无线电传感器节点构成的网络对接触网系统（fahrleitungsanlage）的运行参数的监控。

背景技术：

尤其是轨道导向的交通工具或者运输工具（例如火车、有轨电车、市内高速铁路或者地铁，以下通常简称为“列车”）的接触网系统中的干扰目前由于列车行驶在其上的大范围的和复杂的轨道网而只能困难地进行检测。这样的接触网系统公知地通常包括多个部件或构件、譬如绝缘子、接地导线、开关、轮张紧器（radspanner）等等，以及包括下级系统、譬如架空线和/或导电轨或行驶轨。由于接触网系统非冗余地实施，所以具有构件的功能损耗的损伤会导致铁路运输的干扰。这会导致铁路运输中的误点。干扰例如可能由于在接触网区域中的构件的短路、故障、误操作或者过载造成。

迄今仅存在复杂的自动化解决方案来监控接触网系统和识别干扰。在此所采用的传感器需要布线和外部电源供给，这在沿着铁路线路或列车线路布置时极其昂贵。在许多干扰的情况下，迄今并没有技术上经济的解决方案，例如在短路时在15kv/16.7hz网络的有时强烈交织的接触网系统中通过维护人员沿着线路的巡查来确定未知的短路地点，以便找到并且评估损伤。故障地点可以被界定，然而不精确性大多达到数千米。部分短路地点没有被识别。在非交织的网络、如25kv/50hz网络中，数字接触网保护装置能够实现将短路地点界定到最好情况为500m。精确的定位此处目前还不可能。

可替换地，可能会通过经由gsm等等的通信来读取被构造例如用于检测在接触网络系统中的短路的传感器。然而，这种传感器或相对应的无线电传感器为了通信而具有非常高的能量需求或电流需求。同样，不利的是，对于具有所需的电子装置的相对应的无线电传感器而言，成本比较高。

技术实现要素：

因而，迫切地需要自动地识别接触网系统中的干扰或者关于运行状态的一般信息并且可靠且快速地将相对应的信息转发给处理所述信息的位置的可能性。

该任务通过在独立权利要求中说明的本发明来解决。有利的扩展方案由从属权利要求得到。

该任务的解决方案通过采用多个无线电传感器节点来得到，这些无线电传感器节点检测接触网系统中的故障并且将相对应的故障图转发给处理这些信息的位置并且因此简单地标识出干扰。这种处理这些信息的位置例如可以是中枢（zentrale）、譬如维护控制中心。从信息到达并且被分析的中枢出发，接着开始用于消除干扰的所需步骤。

与接触网系统的干扰定位或者故障识别相关的信息在无线的、有利地为线性的无线电传感器网络之内以无线缆的方式被检测并且被转发，该无线电传感器网络沿着线路分布并且由多个无线电传感器节点构成。

根据本发明，建议了一种用于监控接触网系统的运行参数的设备，该设备包括多个无线电传感器节点，其中无线电传感器节点被安装在接触网系统中的不同的地点处。无线电传感器节点分别具有至少一个传感器，用于监控运行参数。无线电传感器节点中的至少数个形成无线网络，通过该无线网络经由无线电可以将由网络的第一无线电传感器节点制成的并且发送的数据包、尤其是故障电报传输给接触网系统的中枢。

有利地，无线电传感器节点中的至少数个具有收发装置，由第一无线电传感器节点发送的故障电报通过该收发装置被接收并且紧接着通过该网络的一个或多个另外的无线电传感器节点或者直接地被转发给中枢。由此实现了，无线电传感器节点仅须具有比较小的作用距离。仅仅对于紧邻中枢安装的那个无线电传感器节点检测到故障情况的情况，故障电报直接由进行检测的无线电传感器节点传输给中枢。

在有利的扩展方案中，由无线电传感器节点构成的网络是线性网络。此外，有利的是，该网络根据自组织（ad-hoc）网络的方式工作。

通过在另一有利的扩展方案中无线电传感器节点中的至少一个具有带有多个用于监控多个不同的运行参数的传感器的传感器库，实现了不必安装相对应较大数目的无线电传感器节点来监控多个不同的运行参数。

为了也能够监控接触网系统的并不直接位于无线电传感器节点的安装地点的构件，在另一实施形式中，附加地采用了用于监控接触网系统的运行参数的至少一个无线电传感器。所述至少一个无线电传感器与无线电传感器节点之一关联并且与关联的无线电传感器节点处于无线电连接，其中通过该无线电连接可以将无线电传感器的数据传输给无线电传感器节点。

无线电传感器节点中的至少数个能量自给地被构造。由此有利地实现了不必设置用于进行能量供给的线缆输送装置，并且不需要电池等等，使得在这方面的维护开销最小。

故障电报包含如下信息：由所述信息得知故障的地点和/或性质。因此，利用简单的手段能确定故障地点。

在根据本发明的用于利用多个无线电传感器节点来监控接触网系统的至少一个运行参数的方法中，其中所述无线电传感器节点被安装在接触网系统中的不同地点并且分别具有用于监控运行参数之一的传感器，无线电传感器节点中的至少数个形成了无线网络。在第一无线电传感器节点中制成可以通过无线网络被传输给接触网系统的中枢的电报。

无线电传感器节点中的至少数个具有收发装置，由第一无线电传感器节点发送的电报通过该收发装置被接收并且紧接着通过该网络的一个或多个另外的无线电传感器节点或者直接地被转发给中枢。

该电报从进行转发的无线电传感器节点出发在所有情况下被传输到与进行转发的无线电传感器节点相邻的无线电传感器节点，直至中枢在进行转发的无线电传感器节点之一的作用距离中。由此保证了，该方法也可以利用具有比较小的作用距离的无线电传感器节点来执行。

有利地，无线电传感器节点中的至少数个从相应的无线电传感器节点的环境中获得了对于相应的无线电传感器节点的运行所需的能量。

在另一有利的扩展方案中，如果没有故障电报被转发，则无线电传感器节点转到节能模式。

除了具有上面所述的优点之外，根据本发明的解决方案还具有如下优点：

-从中央位置出发，可靠地识别和定位接触网系统中的干扰和故障。

–不再需要例如通过走完该路线来现场寻找干扰。

–可以直接且比迄今更快速地进行干扰消除。

–也可以识别迄今不能被标识出的例如短路的干扰和故障。

–通过可靠的干扰识别可以减小后续干扰和损伤。

–不同于迄今的识别系统，省去了布线和昂贵的安装。

利用根据本发明的解决方案，可以通过对功能的连续且可靠地监控并且对各个接触网部件和接触网构件进行干扰识别或故障识别来快速地标识出干扰，并且将相对应的信息快速地转发给中枢。此外，可以通过可靠定位面向目标地发现并且迅速地消除损伤、故障和后续损伤。因此可以减轻干扰的影响。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节由以下所描述的实施例以及依据附图得到。

在此，

图1示出了具有多个无线电传感器节点的接触网系统，

图2示出了无线电传感器节点。

在附图中，相同的或彼此相对应的区域、构件、组件或者方法步骤用相同的附图标记表征。

具体实施方式

图1示出了具有架空线110、导电轨或行驶轨120和多个支柱130的接触网系统100。此外，示出了中枢140，该中枢140例如可以是维护控制中心。其他构件出于清楚性原因未示出。

在接触网系统100中安装有用于监控接触网系统100的运行参数的多个无线电传感器节点200-i（其中i=1、2、3、4…）。要监控的运行参数一般而言是接触网系统的对于接触网系统的未被干扰的运行相关的那些参数。例如，根据本发明的技术在接触网系统中可以有利地用于远程监控轨道电势、过电压保护装置、短路、绝缘子闪络、导体和构件的温度、开关位置、再张紧装置（nachspanneinrichtung）的功能和接触线磨损。无线电传感器节点200包含例如电流传感器，该电流传感器能够识别短路。另一可能性是采用电压传感器，该电压传感器通常监控额定电压。通常，根据要监控的参数例如使用电压传感器、电流传感器、加速度传感器或者温度传感器，这些传感器全部都可以被集成在结合图2提及的传感器库220中。

无线电传感器节点200被安装在接触网系统100的每个接触网支柱130上。可替换地或者附加地，此处但是未示出，无线电传感器节点200可以至少分别每隔例如数百米地被安装。在两个相邻的传感器节点之间的最大距离在此取决于无线电传感器节点的相应的作用距离。

在根据本发明的解决方案中采用的无线电传感器或无线电传感器节点200本身是公知的。在图2中示例性地示出了这种无线电传感器节点200。该无线电传感器节点200通常包含至少一个具有发射器211和接收器212的无线收发装置210、至少一个传感器220并且包含天线240。收发装置210一方面可以用于利用发射器211以无线方式将利用一个或多个传感器220检测到的数据传输给另一无线电传感器节点或者传输给中枢140。另一方面，利用无线收发装置210的接收器212可以从另外的无线电传感器节点或者从中枢140接收到数据，后者例如以便对传感器220或者在无线电传感器200中包含的电子装置230、cpu等等进行重新编程或者以便配置无线电传感器节点。例如，此处可采用无线电标准ieee802.15.4等来进行通信。无线电传感器节点200的传感器220如所描述的那样被使用，以便确定例如在无线电传感器节点200的地点上占主导的运行参数、譬如电流、电压和/或温度。无线电传感器节点自然也可以被设计为使得传感器220被构造为如下传感器库：该传感器库具有多个不同的传感器（未示出），利用这些不同的传感器可以测量不同的参数，例如测量电流、电压和温度。因此完全可能的是，将多个不同的传感器集成在一个无线电传感器节点200中，以便能够确定不同的参数，而不必采用多个单个无电线传感器节点。电子装置230不仅与传感器220连接而且与收发装置210连接，以便例如处理传感器数据并且通过天线240保证下面描述的与其他无线电传感器节点和/或中枢等等的通信。

有利地，无线电传感器节点200-i是能量自给的，即这些无线电传感器节点200-i从环境中获取对于无电线传感器节点200-i的运行所需的能量。例如，太阳能模块250可以被设置用于进行能量供给。可替换地，也会设想以变压器方式耦合到交流电流流经的导体。可替换地，也会适合于在利用风能的情况下来驱动无线电传感器节点。

在图1的例子中，无线电传感器节点200-2的传感器220是电流传感器，利用该电流传感器要检测接触网系统100中的短路。在识别故障情况时，即一般在利用传感器220确定的运行参数偏离额定值时，在无线电传感器节点200-2的电子装置230中制成故障电报，该故障电报给出了关于故障的地点和性质的信息。故障电报借助收发单元210被传输给在无线电传感器节点200-2的作用距离中的无线电传感器节点200-3。无线电传感器节点200-3在其方面将故障电报传输给另一无线电传感器节点200-4。转发长时间地进行，直至在中枢140中接收到该故障电报。

故障电报的传输因此通过从传感节点到传感器节点的所谓多跳和信息转交（informationsweiterreichung）来实现。

在中枢140中进行故障电报的分析，以便最后必要时开始必要的措施，以消除所检测到的故障。有利地，故障电报简单地在空间上相邻的无线电传感器节点之间被传输，使得各个无线电传感器节点的作用距离不必异常大。无线电传感器节点200-1在该情况下没有被并入由无线电传感器节点构成的无线网络中。但是，原则上也可能的是，网络由所有无线电传感器节点200-i建立。

利用这样形成的由多个无线电传感器节点200-i构成的无线网络能精确确定故障地点，因为无线电传感器节点200-i的安装地点在中枢140中是已知的，并且不同于迄今的不精确的界定，形成的故障电报要么直接包含进行检测的无线电传感器节点200-2的地点要么包含该无线电传感器节点200-2的标志。

由无线电传感器节点构成的网络沿着铁路线路在理想情况下线性地布置，即例如无线电传感器节点200-2仅与其相邻的节点200-1和200-3进行通信。与此相对应地，节点200-3仅与节点200-2和200-4进行通信，诸如此类。这具有如下优点：特定地，各个无线电传感器节点200-i的发射器211不必具有大的作用距离。

尤其是，该网络可以根据所谓的“自组织网络”的方式被构造，其中数据从网络的一个节点被转交到接下来的节点，直至数据到达确定的目标。

从全局来看，例如从中枢来看，网络原则上分层地或树状地被布置，其中该树的每个分支本身首先一次形成线性网络。例如，在铁路线路的道叉处接着分出至少两个另外的本身线性的网络。

网络的其他拓扑结构原则上自然同样是可设想的，例如星形地、交织地或者分散地。但是，由于通常的无线电传感器节点的有限的作用距离，适合于选择上面所提及的线性网络。

干扰信息沿着线路被转发直至中枢140。可替换地，足够的是，将干扰信息至少例如传输直至接下来的变压器变电站、至接下来的开关子站或者接下来的耦合位置。从那里出发，信息接着经由线缆连接被转交到涉及的中枢，其中可以动用已经现有的线缆连接、例如通信导线或者电流到线或者现有的无线电连接，使得不产生附加的安装开销。

为了节约能量，如果没有信息或故障电报被转发或者等待处理，则无线电传感器节点200-i切换到节能模式。

如果在某一线路区段中不需要采用无线电传感器节点来进行监控，则不是构建无线电传感器节点而是也构建所谓的中继器（repeater），所述中继器仅仅具有将无线电传感器节点的信息沿着该线路转发的任务。作为中继器例如可以采用如下无线电传感器节点：所述无线电传感器节点不具有传感器，或者在所述无线电传感器节点中，传感器被停用等等。

为了也能够监控接触网系统100的不是直接位于无线电传感器节点200-i的安装地点的构件，一些或者所有无线电传感器节点200-i也可以被设计为使得这些无线电传感器节点200-i经由无线电可以询问附加的、本地的、无线的并且必要时能量自给的传感器。这种应用的例子会是轨道电势测量，其中具有电压传感器（未详细示出）的无线的无线电传感器400被安装在导电轨或行驶轨120的可以被在相邻的支柱130上的其负责的无线电传感器节点200-1询问的区域中。在故障情况下，在无线电传感器节点200-1中制成故障电报，该故障电报类似于上面的描述通过无线电传感器节点200-2、200-3和200-4被传输给中枢140。

原则上自然并非所有上面称作无线电传感器节点的无线电传感器节点。

上面的描述涉及：特定地针对第一无线电传感器节点检测到故障情况的情况，故障电报由进行检测的无线电传感器节点制成并且通过网络被传送给中枢。但是，根据本发明的设备也可以被用于将无线电传感器节点中的一个或多个的传感器数据例如以电报的形式传送给中枢，而不必存在故障情况，例如用于记录感兴趣的运行参数。