基于物联网的智能列车监控系统的制作方法

本发明实施例涉及列车监控技术，尤其涉及一种基于物联网的智能列车监控系统。

背景技术：

铁路运输具有运输量大、运输速度快等优点，已经逐渐成为当今社会主要的交通运输方式之一，从运输对象上看，铁路运输可分为客运运输和货运运输两类，就目前而言，这两类运输方式在我国均有着广泛的应用，因此，列车的运行安全性越来越受到铁路部门关注。目前，为保证列车的安全，可对列车运行过程进行监控，以便于及时发现列车出现异常情况以及在出现异常情况时，及时进行处理。

目前，铁路部门通过增设地面监控系统，对列车运行的安全进行定点监测。具体的，列车上设置有数据采集装置，并在列车整个运行轨道上的固定位置设置数据接收装置。当列车每行驶到其中一个固定位置时，将列车上的数据采集装置采集到的数据传输给该固定位置上设置的数据接收装置。

根据上文可知，现有技术中，列车上的数据采集装置采集到的数据只能在列车到达安装数据接收装置的固定位置时，才能将数据传输给数据接收装置，而不能实时的将数据传输给数据接收装置，导致列车操作人员不能及时发现列车出现异常情况以及在出现异常情况时，及时解决，从而增加了列车运行的安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于物联网的智能列车监控系统，以实现远程实时监控列车运行状态，从而及时发现列车出现的异常情况以及在出现异常情况时，及时进行处理。

第一方面，本发明实施例提供一种基于物联网的智能列车监控系统，所述监控系统包括：

车载数据采集单元、数据传输单元以及地面监控诊断单元；所述车载数据采集单元和所述数据传输单元设置在列车端，所述地面监控诊断单元设置在地面端；所述车载数据采集单元与所述数据传输单元、所述地面监控诊断单元连接；

所述车载数据采集单元，用于实时采集所述列车的状态数据；

所述数据传输单元，用于将所述车载数据采集单元实时采集的所述列车的状态数据，基于物联网协议实时发送给所述地面监控诊断单元；

所述地面监控诊断单元，用于实时接收所述车载数据采集单元发送的所述列车的状态数据，并根据所述状态数据对所述列车进行监控。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述监控系统还包括：自发电单元；

所述自发电单元与所述车载数据采集单元、所述数据传输单元连接；

所述自发电单元，用于将所述列车的动能转换为电能，并向所述车载数据采集单元、所述数据传输单元提供电能。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述自发电单元包括：

转速转换箱和发电机，所述转速转换箱一端与所述列车的车轮连接，另一端与所述发电机连接，所述发电机的另一端分别与所述车载数据采集单元、所述数据传输单元连接；

所述转速转换箱，用于提升所述列车车轮的转速；

所述发电机，用于将所述列车的动能转换成电能，并向所述车载数据采集单元、所述数据传输单元提供电能。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述自发电单元还包括：蓄电池，所述蓄电池的一端与所述发电机连接，另一端与所述车载数据采集单元、所述数据传输单元连接；

所述发电机，还用于向所述蓄电池提供电能；

所述蓄电池，用于储存所述电能，并在所述列车停止运行时，向所述车载数据采集单元、所述数据传输单元提供电能。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述车载数据采集单元，包括：计时器和车载数据采集子单元，所述计时器与所述车载数据采集子单元；

所述计时器，用于计时所述列车停止运行时长，以及计时车载数据采集子单元进入休眠状态的休眠时长；

所述车载数据采集子单元，用于在所述列车停止运行时长等于或大于第一预设时长时，进入休眠状态；当休眠时长等于或等于第二预设时长，和/或，所述列车启动时，继续实时采集所述列车的状态数据。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述车载数据采集单元还与所述列车的定位设备连接；

所述车载数据采集单元，还用于实时获取所述列车的定位设备输出的所述列车的位置信息。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述位置信息包括经纬度和海拔高度。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述数据传输单元包括：无线网卡和wifi模块；

所述数据传输单元，用于当所述列车在轨道上时，通过所述无线网卡，基于所述物联网协议，将所述列车的状态数据实时发送给所述地面监控诊断单元；当所述列车停放在列车停靠点时，通过wifi模块，基于所述物联网协议，将所述列车的状态数据实时发送给所述地面监控诊断单元。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述地面监控诊断单元包括：地面监控诊断子单元和预警装置：

所述地面监控诊断子单元，用于根据实时接收的所述状态数据，确定所述列车出现故障的规律；

所述预警装置，用于根据所述列车出现故障的规律，发出预警信号。

可选地，在第一方面的一种可能的实施方式中，所述物联网协议为：mqtt协议，或者nb-iot协议，或者lora协议。

本发明实施例提供了一种基于物联网的智能列车监控系统，通过车载数据采集单元实时采集列车的状态数据，并通过数据传输单元实时将状态数据发送给地面监控诊断单元，地面监控诊断单元对接收到的状态数据进行分析和管理，并将分析结果实时的显示以及通过数据传输单元发送至列车端，从而使地面端的工作人员和列车上的工作人员根据数据分析结果掌握列车的实时状态。并且，如果列车发生故障，地面监控诊断单元可以给出列车出现故障的位置及故障处理指导，从而保障了列车的运行安全，降低了列车运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的基于物联网的智能列车监控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的基于物联网的智能列车监控系统的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的自发电单元21的原理图；

图4为本发明实施例一提供的列车实时位置及状态查询界面显示图；

图5为本发明实施例一提供的列车轨迹回放功能界面显示图；

图6为本发明实施例一提供的列车故障报警功能界面显示图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例一提供的基于物联网的智能列车监控系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的监控系统可以包括：车载数据采集单元11、数据传输单元12以及地面监控诊断单元13。

车载数据采集单元11和数据传输单元12设置在列车端，地面监控诊断单元13设置在地面端；车载数据采集单元11与数据传输单元12、地面监控诊断单元13连接。

车载数据采集单元11，用于实时采集列车的状态数据。

数据传输单元12，用于将车载数据采集单元11实时采集的列车的状态数据，基于物联网协议实时发送给地面监控诊断单元13。

地面监控诊断单元13，用于实时接收车载数据采集单元11发送的列车的状态数据，并根据状态数据对所述列车进行监控。

本实施例中，车载数据采集单元11和数据传输单元12设置在列上，由列车供电系统提供电能。车载数据采集单元11通过数据通信总线与数据传输单元12连接，数据传输单元12通过设置的无线通信通道与地面监控诊断单元13连接。需要说明的是，数据传输单元12可以通过无线通信通道向地面监控诊断单元13发送数据信息，数据传输单元12还可以通过无线通信通道接收地面监控诊断单元13发送的数据信息。

车载数据采集单元11采集的状态数据包括列车的故障信息以及通过列车上的传感器实时采集到的列车参数。需要说明的是，只有在列车发生故障时，状态信息中才包括列车的故障信息。

具体的，车载数据采集单元11通过总线与列车上安装的各种传感器连接，实时接收传感器上的采集的信息，并可以将接收到的传感器上的采集的信息进行转换，从而得到列车的状态数据。其中，不同的传感器上的采集的信息通过不同的通信接口传输至车载数据采集单元11。例如，车载数据采集单元11通过与用于检测列车上制动缸压力的压力传感器实时获取列车制动缸的压力，其中，列车制动缸的压力通过电流模拟量表示，车载数据采集单元11获取到该电流模拟量后，将电流模拟量转换为制动缸的压力数据。车载数据采集单元11通过rs485通信接口实时获取列车加速度传感器上采集到的列车运行时的加速度。车载数据采集单元11还可以通过rs485通信接口实时获取列车重量传感器上采集到的列车重量。车载数据采集单元11通过can总线通信接口实时获取列车轴温传感器上采集到的列车轴温。列车门状态通过数字量表示，例如当车载数据采集单元11接收到的列车门状态传感器上采集的数字量为1时，表示列车门为关闭状态，当数字量为0时，表示列车门为开门状态。

数据传输单元12在列车端和地面端建立用于数据信息传输的通信链路，并且，数据传输单元12与地面监控诊断单元13之间数据信息传输遵循基于物联网的通信协议。从而使得数据传输单元12可以将车载数据采集单元11实时采集到的列车状态数据实时的发送给地面监控诊断单元13。可选的，物联网协议可以为：消息队列遥测传输(messagequeuingtelemetrytransport，mqtt)协议，或者窄带物联网(narrowbandinternetofthings，nb-iot)协议，或者远距离无线电(longrangeradio，lora)协议。

实时接收到车载数据采集单元11发送的列车的状态数据，然后对接收到的列车的状态数据进行数据进行分析和管理。还可以将数据分析结果实时的在人工交互界面显示以及通过数据传输单元12发送至列车，从而使列车上的操作人员根据地面监控诊断单元13发送的数据分析结果掌握列车的实时状态。

需要说明的是，列车上的每节车厢都可以设置图1所示的监控系统10。

本实施例提供的基于物联网的智能列车监控系统，通过车载数据采集单元实时采集列车的状态数据，并通过数据传输单元实时将状态数据发送给地面监控诊断单元，地面监控诊断单元对接收到的状态数据进行分析和管理，并将分析结果实时的显示以及通过数据传输单元发送至列车端，从而使地面端的工作人员和列车上的工作人员根据数据分析结果掌握列车的实时状态。并且，如果列车发生故障，地面监控诊断单元可以给出列车出现故障的位置及故障处理指导，从而保障了列车的运行安全，降低了列车运行成本。

对于货运列车上的每节车厢来说，其没有供电系统，需要通过货运列车的车头的拖动前行。因此，再将图1所示的监控系统用于监控货运列车时，需要设计一个发电装置，从而解决货运列车中的供电难问题。

图2为本发明实施例二提供的基于物联网的智能列车监控系统的结构示意图。如图2所示，本实施例的装置在图1所示监控系统的基础上，进一步地，还可以包括：自发电单元21。

自发电单元21与车载数据采集单元11、数据传输单元12连接。

自发电单元21，用于将列车的动能转换为电能，并向车载数据采集单元11、数据传输单元12提供电能。

可选的，图3为本发明实施例一提供的自发电单元21的原理图。如图3所示，自发电单元21可以包括：转速转换箱211和发电机212，转速转换箱211一端与列车的车轮连接，另一端与发电机212连接，发电机212的另一端分别与车载数据采集单元11、数据传输单元12连接。

转速转换箱211，用于提升列车车轮的转速。

发电机212，用于将列车的动能转换成电能，并向车载数据采集单元11、数据传输单元12提供电能。

具体的，图3所示的自发电单元21中转速转换箱211与列车的车轮连接，使得转速转换箱211可以提升列车车轮的转速，并向提升后的转速提供给发电机212，使发电机212获得更过的机械能，从而产生满足车载数据采集单元11、数据传输单元12对电能的需求。例如，列车最高速度按160km/h，并考虑列车车轮直径为840mm，换算到车轮转速为1011r/min，与车轮连接的转速转换箱211可将车轮下寒素提升5倍，即车轮转速升高到5055r/min。配置一台额定转速范围在1000r/min-6000r/min、额定功率为500w的发电机212，可在列车速度在32km/h-160km/h范围内发电输出24v的直流电。

本实施例，通过在图1所示的监控系统中增加自发电单元，可将监控系统应用于货运列车中，实现对货运列车的实时监控。

可选的，如图3所示，自发电单元21还包括：蓄电池213，蓄电池213的一端与发电机212连接，另一端与车载数据采集单元11、数据传输单元12连接。

发电机212，还用于向蓄电池213提供电能。

蓄电池213，用于储存电能，并在列车停止运行时，向车载数据采集单元11、数据传输单元12提供电能。

具体的，在列车运行时，发电机212可直接向车载数据采集单元11、数据传输单元12提供电能，并将多余的电能存储在蓄电池213中。在列车停止运行时，发电机212停止产生电能，车载数据采集单元11、数据传输单元12通过蓄电池213获得电能。

本实施例，通过在自发电单元中增加蓄电池，将发电机产生的电能存储在蓄电池中，使得在列车停止运行时，利用蓄电池为车载数据采集单元、数据传输单元提供电能，实现在列车停止运行时，监控系统依然可以对列车进行实时监控。

需要说明的是，上述实施例中，发电机212产生的电能还可提供给列车上的其他电子负载，同样的，蓄电池213中存储的电能在列车停止运行时，也可提供给列车上的其他电子负载。

可选的，车载数据采集单元11包括：计时器111和车载数据采集子单元112，计时器111与车载数据采集子单元112连接。其中，车载数据采集单元11还包括其他装置，提4中未全部示出。

计时器111，用于计时列车停止运行时长，以及计时车载数据采集子单元112入休眠状态的休眠时长。

车载数据采集子单元112，用于在列车停止运行时长等于或大于第一预设时长时，进入休眠状态；当休眠时长等于或等于第二预设时长，和/或，列车启动时，继续实时采集列车的状态数据。

本实施例中，在列车停止运行时，启动计时器111开始计时，此时，列车上的监控系统继续对列车进行实时监控。当计时器111计时时长等于或大于第一预设时长时，车载数据采集子单元112进入休眠状态，停止实时采集列车的状态数据。此时，计时器111重新开始计时，用于计时车载数据采集子单元112入休眠状态的休眠时长。当计时器111的计时时长等于或等于第二预设时长，和/或，列车启动时，车载数据采集子单元112继续实时采集列车的状态数据，即列车上的监控系统又开始对列车进行实时监控。

在计时器111的计时时长等于或等于第二预设时长，车载数据采集子单元112继续实时采集列车的状态数据时，计时器111再次重新开始计时，当计时时长等于或大于第一预设时长时，车载数据采集子单元112再次进入休眠状态，停止实时采集列车的状态数据。

本实施例通过设置计时器，可以实现在列车停止运行时，使车载数据采集单元间断性的工作，不仅可以满足对列车的监控要求，还可以降低对电能的损耗。

可选的，车载数据采集单元11还与列车的定位设备连接。

车载数据采集单元11，还用于实时获取列车的定位设备输出的列车的。可选的，位置信息包括经纬度和海拔高度。

本实施例，车载数据采集单元11通过与定位设备连接，实时获取列车的位置信息，并将位置信息同列车的状态信息一起通过数据传输单元12实时发送给地面监控诊断单元13。可以获得列车的运行轨迹，从而可以实时获知列车的位置，便于工作人员对列车进行管理和调度。

可选的，数据传输单元12可以包括：无线网卡121和wifi模块122。

数据传输单元12，用于当列车在轨道上时，通过无线网卡121，基于物联网协议，将列车的状态数据实时发送给地面监控诊断单元13；当列车停放在列车停靠点时，通过wifi模块122，基于物联网协议，将列车的状态数据实时发送给地面监控诊断单元13。

本实施例中，数据传输单元12可通过无线网卡121和wifi模块122建立的无线通信通道将列车的状态信息实时传输给地面监控诊断单元13。根据列车的运行状态，数据传输单元12提供不同的无线通信通道，例如，当列车在列车运行轨道上时，数据传输单元12上的无线网卡121提供基于2g或3g或4g网络的无线通信通道，并基于物联网协议，将列车的状态数据实时发送给地面监控诊断单元13。当列车在列车停放在列车停靠点时，数据传输单元12上的wifi模块122提供基于wlan网络的无线通信通道，并基于物联网协议，将列车的状态数据实时发送给地面监控诊断单元13。

本实施例，通过在数据传输单元设置无线网卡和wifi模块，可以根据不同情况选择无线通信通道，从而将列车的状态数据实时且高质量的传输至地面监控诊断单元13，并将地面监控诊断单元13的数据分析结果及时传输至列车端。

可选的，地面监控诊断单元13包括：地面监控诊断子单元131和预警装置132。

地面监控诊断子单元131，用于根据实时接收的状态数据，确定所述列车出现故障的规律。

预警装置132，用于根据所述列车出现故障的规律，发出预警信号。

本实施例中，地面监控诊断子单元131实时接收列车的状态数据，对状态数据进行分析和管理。具体的，地面监控诊断子单元131将及时收到的列车的状态数据进行存储分析，首先通过存储的列车的历史状态数据，分析总结列车出现故障的规律。预警装置132根据列车出现故障的规律，判断地面监控诊断子单元131接收到的状态数据中是否有遵循列车出现故障的规律的参数，若有，预警装置132发出预警信号。其中，不同的故障的预警信号不同。地面监控诊断子单元131将预警信号及时通过数据传输单元12发送至列车端。

例如，在对以往的状态数据分析可知，当状态数据中的列车制动缸压力超过一定值时，列车通常会发生制动故障，则说明列车的制动缸压力超过一定值时，可能会引起列车制动故障。当预警装置132根据列车制动故障的发生规律，判断出地面监控诊断子单元131接收到的状态数据中的制动缸压力接近该一定值时，发出列车制动故障的预警信号，地面监控诊断子单元131将列车制动故障的预警信号发送至列车端。

本实施例，通过地面监控诊断子单元和预警装置，根据列车的状态数据总结列车发生故障的规律，可以判断实时接收到的状态数据中是否存在可能引发列车故障因素，从而可以在故障发生前对故障进行预警，引起工作人员的注意，避免故障的发生。

可选的，地面监控诊断子单元13还可以通过对列车的状态数据的分析，确定列车故障的发生原因，并提供故障解决方案。

具体的，对列车发生故障时的状态数据进行分析，总结故障发生的原因，建立列车故障树。当实时接收到的状态数据中包括故障信息时，根据故障树快速定位故障，找到故障发生的原因，给出故障解决方案，并将故障解决方案发送给列车端，使工作人员更快的解决列车故障，保障列车安全。

可选的，地面监控诊断子单元13还可以对列车的每个部件的使用周期进行统计分析和管理，以便及时更换部件。

可选的，地面监控诊断子单元13还具有列车实时位置及状态查询、列车轨迹回放、列车故障报警的功能。具体的，

(1)列车实时位置及状态查询功能

图4为本发明实施例一提供的列车实时位置及状态查询界面显示图。如图4所示，实时位置及状态信息查询功能可动态的显示列车的位置信息，单击地图中的列车会显示信息框，信息框中提示gps信号的强度，通信网络强度、设备电量，机车运行速度，列车中的温度和时间等信息。

(2)列车轨迹回放功能

图5为本发明实施例一提供的列车轨迹回放功能界面显示图。如图5所示，轨迹回放功能，为用户提供了整个列车运行过程中的轨迹信息，方便用户掌握列车的运行状态。

(3)列车故障报警功能

图6为本发明实施例一提供的列车故障报警功能界面显示图。如图6所示，该故障报警界面实现了温度过高或过低报警、断电报警、低电量报警、箱损报警、人孔盖及卸料阀非正常开关报警等功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。