發布日期：2022-05-20 點擊率：57
鐵路運輸是我國各種運輸方式中的主力，實現鐵路列車在途信息實時管理是列車必然的發展方向。鐵路信息化發展趨勢是掌握列車運行中內部的各種信息，如列車車廂運行狀態、列車溫度、載重程度、列車濕度等。鐵路運輸具有分布地域廣、實時性信息要求精確度高等特點。列車巡檢智能管理系統的引入將大大提高在途列車信息的實時性、準確性，從而提高列車管理部門的管理水平和工作效率。
1 系統功能及組成
列車運行時無法與車站控制臺實現實時通信，車站控制臺不能得到列車運行時的信息，給車站管理人員帶來了極大的不便。巡檢管理系統采用巡更技術，可以記錄列車運行時的信息，并通過GPRS網絡傳輸，將信息發送至車站控制臺，從而實現實時通信，提高控制臺的管理能力。巡檢智能管理系統的結構如圖1，檢測設備對列車進行定時檢測，并將檢測結果傳輸至巡更系統中的信息紐扣中，巡更員使用巡更棒獲取信息，再發送至車站控制臺。
圖1 系統結構
2 系統硬件設計
2．1 檢測設備
檢測設備由重量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、測速傳感器4部分組成。
2．1．1 重量傳感器：將壓力形變測重傳感器安裝在車體與行走部之間，傳感器將重力轉化為電壓，經放大及過濾處理后，傳輸至信息鈕扣。
2．1．2 溫度傳感器：溫度傳感器采用熱電偶式設計。熱電偶由2種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套，使用方便。將2種不同材料的導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的2個執著點I和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一個電流，傳輸至信息鈕扣。
2．1．3 濕度傳感器：濕度傳感器主要由濕敏電容和轉換電路2部分組成。濕敏電容由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極4部分組成。2個下電極與濕敏材料、上電極構成2個電容串聯連接。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數隨著環境的相對濕度變化而變化：當環境相對濕度增大時，濕敏電容隨之增大；反之減小。傳感器轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓變化，對應于相對濕度0～100％RH的變化，傳感器的輸出呈0～1 V的線性變化，并傳輸至信息鈕扣。
2．1．4 測速傳感器：在機車車軸上安裝激光發射及感應裝置，在輪對相應的位置上安裝反射鏡，通過計算列車運行時車輪每秒轉次W，從而根據V=W·2π·R 計算出列車運行速度，其中r為輪對半徑。
2．2 巡更系統
該系統由信息鈕扣(iButton)、巡更棒、通信座、列車長專用PC(系統管理軟件)4部分組成，如圖1。在每個巡更點設置一個信息鈕扣，信息鈕扣中存儲了該點的檢測設備的檢測信息；巡更員手持不銹鋼巡更棒，到達巡更點時只需用巡更棒接觸嵌在車上的信息鈕扣，就可以把到達該巡更點的時間、檢測信息等數據自動記錄在巡更棒上。巡更員完成巡更后，把巡更棒插入通信座，將所有巡更記錄傳送到列車長專用PC，系統管理軟件立即顯示出該巡更員巡更的路線、到達每個巡更點的時間和名稱及漏查的巡更點，并按照要求生成巡更報告。
2．2．1 信息鈕扣
信息鈕扣是一個直徑為16 mm左右的微型計算機晶片，具有雙向通信功能，數據傳輸使用獨特的單總線協議。信息鈕扣一端通過數據線與檢測設備連接，另一端接地。信息鈕扣同巡更棒的信息傳輸僅需短暫接觸即可完成，最高傳輸速率可達126 kb／s。在信息鈕扣晶片上刻有8位數字，為其獨一無二的編號，使用激光工藝，可永久保留，并加保護層，使其不可更改、偽造。信息鈕扣的關鍵部件硅晶片被封裝在不銹鋼防護殼中，這使它具有超強的抗沖擊、防腐蝕、防靜電、防水、防磨擦、防干擾等性能，極大地提高數據的安全性，延長了信息鈕扣的使用壽命。信息鈕扣工作黃金溫度為-o～+55℃。硅晶片內部使用先進的防靜電電路，使其能承受6 000 V的靜電而確保硬件本身及保存數據完好無損。
2．2．2 巡更棒
巡更棒是對巡更員及巡更過程進行記錄和管理的工具。采用嵌入式技術，可存儲2 000條巡更記錄，內置實時時鐘和個人身份信息。該巡更棒像普通手持電筒，在握把處設計了2個按鈕，顏色分別為紅、綠2種標準色。正常情況，按下綠色按鈕，巡更棒處于休眠狀態；按下紅色按鈕，讀取巡更信息。巡更棒采用大容量充電電池供電，要求體積盡可能小，便于攜帶，所以要選擇功耗小、體積小、集成度高的器件。巡更棒使用DS1302時鐘芯片作為系統時鐘。該芯片通過程序設定和提供年、月、日、時、分、秒、星期等時間參數，有2個電源，一主一備，備用電源可接鋰電池，對電池進行充電。當主電源斷開時，可自動切換備用電源而保證時間數據不丟失。巡更棒工作電壓范圍5～215 V，具有簡單的總線串行接口，本系統采用9 V電池供電，通過LM293l穩壓至5 V工作電壓。當輸入端LM降至513 V時，輸出端仍有5 V，其性能遠優于LM7805。巡更棒的信息最終要傳給列車長專用PC進行管理。由于列車長專用PC采用RS232協議，在此設計了通訊座，將RS232電平轉換成TrL電平，使用89C205l的串行通訊功能與列車長專用PC交換數據。
2．2．3 通信座
通信座實現巡更棒和列車長專用PC的互連，進行各種設置操作和數據通訊，具體包括：將巡更棒中的數據上傳至列車長專用PC，清空巡更棒中的數據，設置巡更棒的內部時問和設置巡更棒讀取同一信息鈕扣的最小時間間隔等。通信座還可以實現巡更棒的電量測量，提示用戶及時充電或更換電池。通信座在通電、通訊和測電狀態下均有LED燈進行狀態指示。和通信座配套的還有一個36 V交流到5 V直流的電源轉換器和可以直接插入列車專用電源的36 v、50 Hz的電源，為通信座充電，以及一根串口通訊線，用手通信座與列車長專用PC的串口通訊。
2．2．4 列車長專用PC
列車長專用PC為筆記本電腦，裝有列車巡檢系統軟件，并帶有2個RS232串口：第1個RS232串口連接通信座，實現巡更棒與PC之問的數據傳輸；第2個RS232串口與無線上網模塊(該模塊具有斷點續傳功能)相連，通過移動公司GPRS網絡，將信息傳輸至移動公司中的服務器。
2．3 控制臺系統
控制臺系統由GPRS服務器和車站控制臺2部分組成。
2．3．1 GPRS服務器：該服務器安放在移動公司中，接收由GPRS網絡傳輸過來的信息，在服務器中保存并通過鐵路專用網傳輸至車站控制臺，功能是實現GPRS網絡與鐵路專用網之間的通信。
2．3．2 車站控制臺：車站控制臺電腦中安裝巡檢系統后，接收GPRS服務器傳輸的數據。控制臺操作員僅需輸入列車車次，便可查詢該列車長最后一次發出的信息，同時也可查閱列車長此前發出的信息。
3 系統軟件設計
本系統操作軟件分為列車長版本和控制臺版本2種。
3．1 列車長版本
該版本主要特點是接受巡更棒傳輸的信息，通過GPRS模塊將該信息傳輸出去。系統讀取巡更棒中信息后，將各項信息顯示在主界面中，如圖2。界面中還設置“應急報告”版塊，列車長將途中的突發事件及不安全隱患記錄在該板塊，最后連同其他信息一同發送至控制臺。該版本除“應急報告”版塊為手寫輸入外，其余信息均來自巡更棒，不可改動．
圖2 列車巡檢智能管理系統系統界面(列車長版本)
3．2 控制臺版本
該版本與列車長版本界面基本相似，但由于其功能僅是查詢各項信息，所以缺少圖2中“發送”、“取消”及“重新錄入”3個功能鍵，并將“發送”功能鍵改為“查詢”功能鍵。該版本中的“車次”、“列車長”可手寫輸入，方便查詢。
4 結束語
科學技術的發展，已使鐵路再次成為朝陽工業。以高技術武裝起來的新一代鐵路技術，可以實現高速度、高效率、高可靠性和低成本。將巡更系統與GPRS無線網絡傳輸融為一體的在途巡檢系統，為鐵路管理系統提供了信息技術支持。
作者簡介：戶國(1983-) 林松原人，蘭州交通大學自動化與電氣工程學院 碩士研究生，主要從事交通信息工程及控制研究
參考文獻：
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