一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于轨道交通日常巡检和应急检修的可视化智能故障诊断和维保系统的智能终端。包括：核心系统模块、人机交互系统模块、信息采集系统模块、轨道交通信号测量系统模块、通讯系统模块和供电系统模块，通过无线远程网络或任务现场快速布置的自组网络，实现现场视频、音频、高清图片、仪表传感数据和位置信息的快速采集和实时回传，语音集群调度管理等多种功能，综合管理平台数据和图像的精细化管理、智能化分析、综合性故障诊断和决策，为轨道交通用户提供集各种复杂环境和地形下的综合信息全面监测、高效通畅调度、可视化实时交互、智能故障分析诊断于一体的智能维保服务，实现轨道交通安全运营管理。
【专利说明】
一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端
技术领域
[0001]本发明开发一套应用于轨道交通日常巡检和应急检修的可视化智能故障诊断和维保系统的智能终端。通过无线远程网络或任务现场快速布置的自组网络，实现现场视频、音频、高清图片、仪表传感数据和位置信息的快速采集和实时回传，语音集群调度管理等多种功能，综合管理平台数据和图像的精细化管理、智能化分析、综合性故障诊断和决策，为轨道交通用户提供集各种复杂环境和地形下的综合信息全面监测、高效通畅调度、可视化实时交互、智能故障分析诊断于一体的智能维保服务，实现轨道交通安全运营管理。
【背景技术】
[0002]当前，我国轨道交通事业蓬勃发展，安全防范问题也是其中重中之重，很多路局对针对轨道交通日常巡检和维修管理已经建立了一套信息化管理措施，主要是针对设备维修计划管理、作业审批等工作，但对于电务维修作业的“最后一公里”，即维修作业现场的管理，却缺少自动化、信息化、智能化的手段，因此难以实现维修作业管理的标准化、精细化管理。对于施工质量及人员安全，往往需要进行人工盯控，对于点外上道、超范围作业等情况，难以实现有效管控，容易出现工作疏漏，造成安全隐患，国内市场上尚无有效的手段来克服这个问题。
[0003]
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有业务及技术管理存在的缺陷，提供一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端。该智能终端能实现电流电压、移频、相敏等轨道交通电务信号测量、二维条码、RFID标签轨道交通电务设备信息采集、北斗/GPSD导航双模定位、4G LTE全网通讯、高清全数字化显示、触摸屏操作以及HMDI高清图像视频传输，PPT—键对讲通讯，辅以远程巡检作业管理系统，完成精细化、标准化现场作业的监控监护，达成运营安全管控的目的。
[0005]本发明采用的技术方案是，设计一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端，包括核心系统模块、人机交互系统模块、信息采集系统模块、轨道交通信号测量系统模块、通讯系统模块和供电系统模块，其中:
所述的核心系统模块作为主控模块，由操作系统核心和硬件驱动组成，负责各模块之间的协调和通讯；
所述人机交系统互模块是智能终端的人机交互接口，包括触控屏、输入按键，用来执行各项操作并反馈显示各项操作结果；
所述的轨道交通信号测量系统模块用于测量各种电压电流、移频、相位、相敏轨道交通电务信号，将测量的数据传输给核心系统模块进行数据存储、转发，同时用于人机交互系统模块进行数据显示；
所述的信息采集系统模块是包括RFID标签、二维条码扫描、北斗导航、GPS导航、HDMI视音频输入模块的组合，用来采集RFID标签、二维码、条码、地理定位信息、视音频信息，将采集的信息传输给核心系统模块进行存储转发，同时用于人机交互系统模块进行数据显示；所述的通讯系统模块用于将测量的数据与其他智能终端或者远端轨道交通中心服务器进行数据交互，同时实现无线高清图像视频传输、一对一以及分组式音频通讯功能；所述的供电系统模块用于各系统模块的协同供电工作。
[0006]所述的轨道交通信号测量模块包括MCU处理器、通道选择电路、量程选择电路、模数采样电路和内部通讯电路，所述的微控制器作为轨道交通信号测量模块的核心模块，通过接收核心系统模块的测量命令，分析测量类型，驱动通道选择电路和量程选择电路，选择正确的AD采样电路，读取采样值，计算得出最终的测量结果，并将测量结果通过内部通讯电路将数据传输到核心系统模块，同时实现量程的自动调整和测量值的存储。
[0007]所述HDMI高清视音频输入模块为迷你型HDMI接口，可外接一路视频，包括手持式摄像机、带摄像头及语音采集的防护头盔、领夹式摄像头，实现轨道交通设备检修、作业现场视音频的采集、视音频信息沟通交流、故障处理、远程警报；
【附图说明】:
图1是本方案一体式智能终端的系统示意图；
图2是图1中轨道交通信号测量模块的示意图；
图3是本发明中多通道数据选择电路图；
图4是本发明中自动量程选择电路图图5数模AD采样转换电路图。
[0008]【具体实施方式】:下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。
[0009]如图1所示，本发明提出的轨道交通信号测量智能终端主要包括核心系统模块、人机交互系统模块、信息采集系统模块、轨道交通信号测量系统模块、通讯系统模块和供电系统模块六部分。其中:
核心系统模块用于实现各个模块之间的调度，通过操作系统核心实现多线程管理，保证各模块之间的协调工作，还可实现数据存储功能。核心系统模块通过人机交互模块的输入信息判断是进行何种操作，根据输入信息生成相应的测量命令，并将测量命令下发至轨道交通信号测量模块;轨道交通信号测量系统模块测量信号完成后将数据传输到核心系统模块进行分析处理，同时将数据传输给人机交互系统模块进行数据显示；
人机交互系统模块用于作业人员的功能操作、数据输入以及数据显示功能。人机交互系统模块将输入信息传输到核心系统模块，并接收核心系统模块传输来的数据，同时将数据显示在人机交互界面上；
轨道交通信号测量系统模块不仅实现轨道交通信号测量功能，还具备与核心系统模块进行内部通讯的功能。该模块接收并分析核心系统模块下发的测量命令，根据测量命令选择相应的模数采样转换电路，读取模数采样值并按预设的算法进行计算处理得到测量的真实数据，信号测量结束后将数据回传给核心系统模块进行处理；
通讯系统模块实现与其他智能终端或者远程轨道交通内部中心服务器进行数据交互，实现智能一体化的轨道交通信号测量，位于远程的中心服务器通过调度管理软件对前端现场作业人员进行远程监护、调度指挥管理。通讯模块包括4G LTE、GPS、北斗导航模块、HDMI视频模块、RS232模块、RS485模块、USB模块、以太网模块、无线网卡、红外模块、蓝牙模块、RFID模块、对讲模块中的组合；
通讯系统模块实现利用串口、USB、以太网、WIF1、4G LTE全网通、红外、蓝牙、RFID中的一种或多种组合的通讯方式与其他智能终端或者远程轨道交通中心应用服务器进行数据交互;通过WIF1、4G LTE网络以及对讲机模块中的多种组合实现音视频通讯。
[0010]实现一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端的条件主要包括以下部分:首先，核心系统模块作为主控模块，由操作系统核心和硬件驱动组成，负责各模块之间的协调和通讯。系统应该是个完整的智能终端模块，支持Linux、Windows CE、WindowsMobile,Android等主流操作系统核心，拥有人机交互系统模块，包括数字键盘、实体按钮、触控显示屏，具备WIF1、蓝牙、红外、微波、Zigbee、GPRS、3G、4G等多种无线传输方式以及USB、HDM1、SCI串行通信接口、SPI等一种或多种有线传输方式，支持存储容量扩展以及音视频输入输出。其次，系统还应该具备轨道交通信号测量系统模块，轨道交通信号测量系统模块不仅具有信号测量功能，还应具备与智能终端模块进行数据交互的内部通讯模块，包括USB、HDM1、SC1、IIC、SPI等一种或多种通讯方式。信息采集系统模块中，包括RFID信息采样、二维条码信息采样数据，关联轨道交通设备管理、作业管理、故障管理功能，轨道交通信号的测量，保存，显示以及传输是系统的核心组成部分，实现智能一体化轨道交通信号测量，综合中心应用服务器管理平台数据和图像的精细化管理、智能化分析、综合性故障诊断和决策，为轨道交通用户提供集各种复杂环境和地形下的综合信息监测、高效通畅调度、可视化实时交互、智能故障分析诊断于一体的智能维保服务，实现轨道交通安全运营管理。
[0011]核心系统模块还包括内部存储器和外部存储器。内部存储器包括SRAM、DRAM、R0M、EPROM、EEPROM、NandFlash，或NorFlash中的一种或多种。外部存储器包括SD存储卡，TF存储卡。
[0012]硬件驱动包括串口驱动、网卡驱动，WLAN网卡驱动、HDMI摄像头驱动、声卡驱动、内置摄像头驱动、4G LTE模块驱动、红外模块驱动、蓝牙模块驱动、二维码模块驱动、RFID模块驱动、测量模块驱动、温湿度测量模块驱动中的一种或多种的组合。
[0013]人机交互模块不仅包括LCD显示屏，还应包括触摸屏、实体按钮、虚拟按钮、旋钮中的一种或多种的组合。
[0014]图2是轨道交通信号测量系统模块的结构框图。轨道交通信号测量系统模块包括微控制单元、多通道数据选择电路、自动量程选择电路、数模采样转换电路和内部通讯电路。微控制单元作为轨道交通信号测量系统模块的核心模块，通过接收智能终端核心系统模块的测量命令，分析测量类型，驱动多通道数据选择电路和量程选择电路，选择正确的数模采样转换电路，读取采样值，计算得出最终的测量结果，并将测量结果通过内部通讯电路将数据传输到核心系统模块，同时实现量程的自动调整和测量值的存储。
[0015]轨道交通信号主要包括移频、相敏、交流电压、频率、直流电压、直流电流、功率、电阻阻值、电容容值、相位、温湿度等，以上的信号测量均可以采用数模采样的方法获取测量数据，考虑到实用便利性，本方案中设计采用独立的微控制单元作为测量模块的主控模块，将其中的2路数模转换作为采样通道(包括多通道选择电路、自动量程选择电路以及数模采样转换电路)，核心系统模块将人机交互系统模块选择的测量信号内容及量程范围下发到测量系统模块，测量系统模块根据收到的测量命令选择相应的数模采样转换电路进行测量。测量系统模块不仅完成数模采样，还要对数模采样值进行处理计算，得出最终的测量结果，并将该结果临时存储起来，并传输到核心系统模块。
[0016]微控制单元主要作为轨道交通信号测量系统模块的核心模块，通过接收核心系统模块的测量命令，分析测量类型，驱动通道选择电路和量程选择电路，选择正确的数模采样电路读取采样值，经过计算得出最终的测量结果，并将测量结果通过内部通讯电路将数据传输到系统模块，完成整个测量过程。
[0017]微控制器电路主要作为轨道交通信号测量模块的核心模块，通过接收核心系统模块的测量命令，分析测量类型，驱动多通道选择电路和量程选择电路，选择正确的数模采样转换电路读取采样值，经过计算得出最终的测量结果，并将测量结果通过内部通讯电路将数据传输到核心系统模块，完成整个测量过程。
[0018]轨道交通信号测量系统模块还应包括RS232接口、RS485接口、USB接口、USB接口、RJ45接口、轨道交通信号测量探针接口、温湿度探头接口。
[0019]图3是本方案中多通道选择电路图。多通道选择电路用于交流/直流自动选择人机交互系统模块选择交流AC或者直流DC测量时，轨道交通信号测量系统模块根据接收系统模块的命令驱动交流/直流端口为高电平或者低电平，从而选择数模输入端口为交流AC采样还是直流DC米样。
[0020]在一实施例中，多通道选择电路主要利用继电器、微控制单元1端口、交流AC/直流DC、三极管、二极管以及电阻电容通过PCB走线连接，当微控制控制单元1端口 AC/DC输入为高电平，三极管作为开关管导通，从而驱动继电器吸合，导致Vin与Vdc导通，选择Vdc进行测量;在电路图中，CD4066作为控制开关来使用。根据输入的二进制的不同，接通的开关也不同。如输入的二进制地址为11，根据⑶4555的真值表可知，输出端Q3为高电平状态，开关IV被打开，所以V3被传输到输出端。
[0021]同理，可以根据不同的测量命令选择数模输入端口为不同的采样类型。
[0022]图4是本方案一实施例中自动量程选择电路图。轨道交通信号测量系统模块接收到命令后通过微控制单元驱动￥如_4、￥(1(3_8和Vdc_C选择反馈电阻，从而实现自动调整量程。不仅测量电压如此，测量其他的轨道交通信号也可以按照上述电流进行扩展。
[0023]图5是本方案在一实施例中，数模AD采样转换电路主要利用模拟开关、微控制单元1端口 Vdc_A，Vdc_B，Vdc_C、运算放大器以及电阻电容构成，模拟开关与微控制单元1构成量程选择，运算放大器主要用于数模AD采样。微控制器1端口通过输入不同的电平值使模拟开关选择运放接入不同的反馈电阻，从而形成不同的放大比例，实现不同量程范围的测量，运算放大器将待测信号进行分压、放大转变为数模AD端口可以采样的范围，再进行计算得出相应的测量值。
[0024]工作时，当用户在人机界面上选择测试交流电压及测量的量程范围时，人机交互系统模块将命令传递给核心系统模块，由系统主控模块负责调度信号，生成测量命令，同时将测量命令下发到轨道交通岗信号测量系统模块。当轨道交通信号测量系统模块接收到信号时，分析该命令需要测量的内容选择相应的数模AD采样电路，并将测量的数据回传至核心系统主控模块，进行数据分析与存储，同时用于人机交互系统模块进行数据实时显示，测量完成后可以通过在人机界面上选择上传到中心应用服务器，实现数据上传到远程轨道交通中心服务器。当测量信号过程中如果遇到信号出现问题时还可通过该终端与其他操作人员进行视音频对讲告知，及时报告问题，防止出现危险事故。
[0025]上述实施例仅用于说明本方案的【具体实施方式】。
【主权项】
1.一种基于安全运营的轨道交通维保管理一体式智能终端，包括:核心系统模块、人机交互系统模块、信息采集系统模块、轨道交通信号测量系统模块、通讯系统模块和供电系统模块，其特征在于: 所述的核心系统模块作为主控模块，由操作系统核心和硬件驱动组成，负责各模块之间的协调和通讯； 所述人机交系统互模块是智能终端的人机交互接口，包括触控屏、输入按键，用来执行各项操作并反馈显示各项操作结果； 所述的轨道交通信号测量系统模块用于测量各种电压电流、移频、相位、相敏轨道交通电务信号，将测量的数据传输给核心系统模块进行数据存储、转发，同时用于人机交互系统模块进行数据显示； 所述的信息采集系统模块是包括RFID标签、二维条码扫描、北斗导航、GPS导航、HDMI视音频输入模块的组合，用来采集RFID标签、二维码、条码、地理定位信息、视音频信息，将采集的信息传输给核心系统模块进行存储转发，同时用于人机交互系统模块进行数据显示； 所述的通讯系统模块用于将测量的数据与其他智能终端或者远端轨道交通中心服务器进行数据交互，同时实现无线高清图像视频传输、一对一以及分组式音频通讯功能； 所述的供电系统模块用于各系统模块的协同供电工作。2.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于:所述的硬件驱动包括HDMI摄像头驱动、二维码扫描头驱动、4G LTE模块驱动、RFID驱动、轨道交通电务信号测量模块驱动、温湿度测量模块驱动中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于:所述人机交互模块不仅包括LCD电容式触摸显示屏，还包括信号测量实体按钮、PTT—键对讲实体按钮、二维码扫描实体按钮、手电筒实体按钮、以及主菜单、返回、确认实体按钮键。4.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于:所述的通讯模块包括4GLTE模块、RS232模块、RS485模块、HDMI模块、USB模块、以太网模块、无线网卡、红外模块、蓝牙模块、RFID模块、GPS模块、北斗导航通信模块、PTT对讲机模块中的一种或多种的组合。5.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于:所述的GPS以及北斗模块进行双模系统工作，GPS定位信息、时间信息通过RS232传送给数据采集与输入输出接口模块，数据采集与输入输出接口模块处理相关数据信息并将有效信息提取并通过RS232串口将这个信息传输给北斗导航通信模块，北斗模块通过配套天线将这些信息远程传给地面控制中心，实现终端精确双定位。6.根据权利要求3所述的实体按钮，其特征在于:PTT键实现一键对讲功能，手电筒键实现一键触发闪光灯，实现手电筒功能。7.根据权利要求1所述的智能终端，其特征在于:带有HDMI视频外置接口，能接入外部丰吴拟尚清摄像机，包括头蓝摄像机、领夹摄像机、手持摄像机。
【文档编号】H04W88/02GK105991153SQ201610382958
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】黄志华, 邓朝义
【申请人】上海控创信息技术股份有限公司