CN102865891A - 电气化铁路接触网无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电气化铁路接触网无线监测系统，包括安装在不同杆塔上的多个监测终端和一个监测中心，监测终端中环境数据采集单元采集接触网周边的风速、风向和温度数据，通过中心处理单元和无线通讯设备发送到监测中心，同时将风速与预警阀值比较，如果超过阀值，则报警并将故障位置和故障类型传给监测中心，同时拍摄单元的视频音频数据发送到监测中心；监测中心存储监测终端发回的风速、风向和温度数据以及视频音频数据，并视频音频数据通过显示单元进行播放。本发明的可以实现对接触网状态动态实时监控，可以覆盖全部铁路沿线，做到无遗漏监测。

Description

电气化铁路接触网无线监测系统

技术领域

本发明涉及电气化铁路接触网状态监测领域，具体应用于大风区段电气化铁路接触网状态的远程无线可视化监测。

背景技术

电气化铁路接触网是电气化铁路沿线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。携带高压电的接触线由吊弦悬挂在承力索下方，两端用坠砣紧绷固定，使其不至摇摆不定影响电力机车的正常行驶。尽管如此，接触网仍然极易送到恶劣气候条件的影响。在我国西北部地区，气象条件恶劣，大风导致的接触网震荡，造成的弓网故障频发，对铁路的运输生产安全造成了极大的障碍。因此，对接触网状态的监测显得十分重要。

传统接触网状态的监测方法，只停留在人工巡视阶段。这种方发的执行效率比较低，为了保障机车安全运行，必须定期反复巡视，遇到大风等极端天气，更要注意特别巡视。尽管如此，巡视也不可避免的存在大范围盲区。目前人工巡视的内容主要通过巡视人员根据观察接触网及其防护设备有无损坏，判断周围环境对接触网的正常工作有无威胁，为人员经验判断，容易造成遗漏。如果能够对接触网状态能够做出实时、准确的监测，将有助于为调度决策做出及时、正确的指导，从而提前做好防范，减小事故概率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供电气化铁路接触网无线监测系统，可以实时对接触网状态进行无线可视化监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括安装在不同杆塔上的多个监测终端和一个监测中心，每个监测终端都有唯一的编码，对应记录一组监测终端的所处杆塔位置信息。

所述的监测终端包括电源单元、环境数据采集单元、中心处理单元、拍摄单元、预警器和无线通讯单元。电源单元分别给环境数据采集单元、中心处理单元和拍摄单元供电；环境数据采集单元包括风速传感器、风向传感器和温度传感器，分别采集接触网周边的风速、风向和温度数据，传输至中心处理单元，中心处理单元将风速、风向和温度数据通过无线通讯设备发送到监测中心，同时中心处理单元按照设定的时间间隔采样风速后与预制的预警阀值比较，如果超过阀值，则通过预警器发出报警命令，将故障区域的地理位置信息和故障类型回传给监测中心，同时拍摄单元开始工作，拍摄到的视频音频数据经过中心处理单元编码后通过无线通讯设备发送到监测中心。

所述的监测中心包括数据存储单元和显示单元，将监测终端发回的风速、风向和温度数据以及视频音频数据存入数据存储单元；当风速值超过阀值时，视频音频数据通过显示单元进行播放；如果风速没有超过阀值，监测中心也可以向监控终端发送命令，获取视频音频数据通过显示单元进行播放。

本发明的有益效果是：基于无线传输技术的电气化铁路接触网监测系统，结合了无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术及计算机软件技术，可以实现对接触网状态动态实时监控。通过多点监测，可以覆盖全部铁路沿线，记录每个监测地点的监测信息，做到无遗漏监测。通过将风速、风向、温度传感器采集到的环境信息数据进行采集，传输到监控中心动态实时显示，让监测人员时刻可以掌握监测点周边的环境变化。另一方面，风速作为影响接触网状态最主要的，也是最直接的因素，因此，将风速作为警戒依据，与风速阀值进行比较，对超过阀值的风速进行预警；当风速超过警戒阀值之后，监测人员更加关心接触网的工作状态。这时，视频监测设备自动开启，把现场视频音频图像和数据传回监控中心，为调度人员做调度决策提供依据。工作人员也可以通过远程控制随时启动视频监测设备。

附图说明

图1为本发明监测系统的原理结构图；

图2为本发明监测终端的流程图；

图3为本发明监测中心的数据获取工作流程图；

图4为本发明监测终端的设备的安装布置图；

图中，1-配电柜、内置嵌入式系统以及预警设备，2-太阳能板，3-环境监测设备，4-红外云台摄像机，5-接触网，6-吊弦，7-承力索。

具体实施方式

电气化铁路接触网监测系统，其特点在于，它采用多点监测技术，它包括多个监测终端和一个监测中心。每个监测终端都有唯一的编码，对应记录一组监测终端的所处杆塔位置信息。监测终端包括：电源单元、环境数据采集单元、中心处理单元、拍摄单元、无线通讯单元。监测中心由数据存储服务单元和信息显示单元构成。

系统技术方案如下：

监测终端的技术方案：电源单元分别给环境数据采集单元、中心处理单元和拍摄单元供电。环境数据采集单元由风速传感器、风向传感器和温度传感器构成。打开环境数据监测设备，分别检测接触网周边的风速、风向、温度数据。采集到的数据经中心处理单元的嵌入式系统中进行转换处理，首先将转换后的风速每间隔Δt1时间取值与预制好的预警阀值比较，如果超过阀值，一方面通知预警单元发出报警命令，将故障区域的地理位置信息和故障类型回传给控制中心工作人员。预警单元由一个预警器构成，通过与中心处理单元连接，获得中心处理单元的预警命令。监测人员以短信的方式收到预警器发送来的环境信息和监测点所处的杆塔位置信息。中心处理单元随后将处理好的环境监测数据通过无线通讯设备发送到无线3G网络中去，监测中心通过Web服务下载这些环境监测数据，并储存和管理。另一方面，开启拍摄单元开始工作，拍摄到的视频音频数据经过中心处理单元的嵌入式系统中进行编码处理，发送给无线通讯单元。无线通讯单元负责将编码后的视频音频数据通过无线通讯设备发送到3G网络中去，监测中心通过Web服务下载环境监测数据和视频信息，储存并显示。

监测中心的技术方案：监测中心分为数据存储与管理单元和显示单元，采用基于Intranet的B/S结构。Web应用程序的环境数据展示界面通过WCF服务的环境数据服务程序向监控终端定时请求数据。获得的环境数据被写入数据库，Web应用程序通过访问数据库得以将环境数据进行展示。当风速值超过阀值时，用户就可能更加关心接触网的状态情况，这时的云台摄像机由于触发器的触发已经被启动，用户可以通过视频观看到现场接触网及其周围设备的状态画面。如果风速没有超过阀值，用户仍然可以通过Web应用程序向WCF的视频音频数据服务程序向监控终端发送开启摄像机的命令。返回的视频音频数据经过解码处理变成数据流直接送到视频音频数据展示界面，用户便可浏览。

本发明最终产生的效果是：工作人员可以不用去现场进行巡视，在远程通过无线网络就可以对铁路接触网设备进行实时监控；当显示现场的气象条件超过预警阀值时，系统会以短信的形式自动引发报警，提示工作人员加强主要防范；收集到的接触网状态的监测信息，可以为提高接触网设备运行管理提供数据支持；监测系统覆盖全部铁路接触网区域，监测过程可视化，为工作人员的调度决策提供更加准确全面的依据。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明电气化铁路接触网无线监测系统。供电模块为监控终端的传感器、控制器和无线通讯设备提供持续性电源。考虑到受大风影响比较严重的我国西北部地区日照条件充足，另外，铁路沿线途经无人区，周围很难寻找到居民用电，然而将接触网27.5kv转变为市电需要用到变压设备的成本较高，因此，选择太阳能电池作为电源。供电模块由太阳能板、蓄电池和电源控制器构成，太阳能板和蓄电池分别通过电源线和电源控制器的充电端子和蓄电端子相连接。包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、摄像机在内的所有监控数据采集设备，中心处理单元以外挂的形式与蓄电池的负载端相连，以得到电源供电。

数据采集单元由一个风向传感器，一个风速传感器和一个红外温度传感器组成。根据监控中心调度决策的需求，选择一定精度的传感器。一般风力达到5级左右的，就会对接触网状态产生较为显著影响，因此，风速预警阀值可以设定为10.0m/s。

中心处理单元采用嵌入式系统技术，安装在配电电柜内部，具有唯一的标识，能够表达监测终端所处的杆塔和地理位置信息。这个嵌入式系统包含了数据采集和控制模块，主要负责环境数据的采集、处理转换工作、内部各个部分的协调工作和外围控制；视频音频采集编码模块，主要用于视频音频采集编码模块主要负责视频音频信号的采集、前处理、编码压缩工作；预警模块，负责将发送预警信息的监测终端的环境信息、地理位置信息、故障类型信息等通过短信的方式发送给监测人员。

拍摄单元为减少电耗采用风速触发启动模式。根据大风区段特定的气候条件，以及夜间采集视频图像的工作需要，选择附带阵列式红外灯，防护等级高、工作极限温度范围大的夜视云台摄像机。为了更好的监测到接触网受风力影响的摆动状态，摄像机被安装到杆塔与接触网以下超过一米的安全位置，并且可能够俯仰180°和水平360°的巡航，监测接触网周围设备防护情况。云台摄像机通过控制线与数据采集和控制模块相连，发出脉冲信号控制云台（内置功率放大器）的水平和俯仰旋转。

具体地，环境监测数据进入到中心处理单元的数据采集与控制模块，经过放电、滤波、采样、保持等一系列数据处理工作，同时每间隔Δt1时间进行采样，将得采样信息与风速阀值比对，一旦超过阀值，预警单元开启；预警单元由一个短信猫构成，以USB接口与嵌入式系统，通过数据采集与控制芯片一系列的运算结果，控制发布命令，以短信的模式发布警报信息；数据采集与控制模块通过一组内置继电器，继电器常开端串联接入摄像机的电源回路，可以实现对摄像机开启和关闭控制，通过数据采集与控制芯片一系列运算结果，控制拍摄单元的与电源开闭合回路，并通过脉冲控制信号控制拍摄单元的工作状态，当风速采样数据大于阀值时，继电器闭合，发出脉冲控制信号产生开启命令，拍摄单元开始工作。拍摄的视频音频信息传入到视频音频采集编码模块，通过视频音频编码芯片对采集到的模拟视频信号进行编码，将其转换为数字视频音频信号，然后送入到中心处理单元的数字信号处理器内部。数据采集控制模块通过数字信号处理器提供的HPI接口访问其内外部地址空间和寄存器，从而读取数据。

无线通讯单元是指3G无线传输设备。它与中心处理单元数据采集控制模块进行数据传输和控制，通过3G网络将接触网监测的环境和视频数据传输给监控中心，或将监控中心发送出来的命令发送给监测终端中心处理单元。

在监控中心，数据存储与管理单元通过WCF数据处理程序与监测终端进行通讯，获得视频音频数据和环境数据发送的到监控中心的数据库进行数据存储、配置和管理；WCF服务首先需要初始化协议栈，建立远程监控站点，获取站点的唯一标识符和站点数据，然后通过视频音频数据通道，获得视频音频数据调用音频视频解码卡进行解码，然后发往视频音频界面浏览；通过环境数据通道，获得环境数据，每间隔Δt2时间，写入监控中心数据库一次进行存储，然后发往环境数据展示界面。时间间隔Δt2越小，数据越连续，实时性就越高。如果放弃继续执行操作，则中断连接，WCF终止释放协议栈。显示单元通过Web应用程序实现人机交换和视频音频展示功能。如果监测人员需要自行开启、关闭摄像机或调整摄像机拍摄角度，可以直接通过Web应用程序向WCF发送指令，与监测终端建立通讯，执行操作。

Claims (1)

1.一种电气化铁路接触网无线监测系统，包括安装在不同杆塔上的多个监测终端和一个监测中心，其特征在于：每个监测终端都有唯一的编码，对应记录一组监测终端的所处杆塔位置信息；所述的监测终端包括电源单元、环境数据采集单元、中心处理单元、拍摄单元、预警器和无线通讯单元，电源单元分别给环境数据采集单元、中心处理单元和拍摄单元供电；环境数据采集单元包括风速传感器、风向传感器和温度传感器，分别采集接触网周边的风速、风向和温度数据，传输至中心处理单元，中心处理单元将风速、风向和温度数据通过无线通讯设备发送到监测中心，同时中心处理单元按照设定的时间间隔采样风速后与预制的预警阀值比较，如果超过阀值，则通过预警器发出报警命令，将故障区域的地理位置信息和故障类型回传给监测中心，同时拍摄单元开始工作，拍摄到的视频音频数据经过中心处理单元编码后通过无线通讯设备发送到监测中心；所述的监测中心包括数据存储单元和显示单元，将监测终端发回的风速、风向和温度数据以及视频音频数据存入数据存储单元；当风速值超过阀值时，视频音频数据通过显示单元进行播放；如果风速没有超过阀值，监测中心也可以向监控终端发送命令，获取视频音频数据通过显示单元进行播放。

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