CN103632484A - 基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法，包括若干个分布于列车车体内用于采集各点信息的烟火报警节点、用于收集各烟火报警节点信息并对信息进行分类和整理的网关节点、以及对报警和故障信息进行提取并进行报警提示的列车网络控制系统，各个所述烟火报警节点之间及所述烟火报警节点与网关节点之间无线通信连接，所述网关节点与所述列车网络控制系统之间有线连接。本发明采用无线传输方式，无需车内布线，简单方便，减轻列车负担，同时，能够实现实时、智能、全方位的对高速列车进行烟火状态监测、报警，便于及时对烟火灾害采取相应措施，消除高速列车烟火隐患。

Description

基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法

技术领域

本发明涉及一种烟火监测、报警设备，特别涉及一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法。

背景技术

随着高速列车技术的不断发展与高铁系统规模的不断扩大，高速列车运行安全越来越受到重视。列车系统内的强电、大功率设备容易出现的短路情况和车内配置的易燃材料易造成火灾，因此用于消灭火灾隐患的高速列车烟火报警系统的性能显得越发重要。

现有的高速列车烟火报警系统存在如下问题，一是列车内需要监测位置较多，需要大量监测节点，大量监测节点需要大量布线，由此会造成大量资源浪费并给列车带来较大负担；二是在电机、变流器这样大功率易燃设备周围，因为布线困难而无法设置监测节点，因此导致无法对这些易燃设备进行相应监测；三是当监测节点布点完毕后，无法根据现实情况在需要的位置临时增加监测节点或改变现有监测节点的监测位置，缺乏监测的灵活性。

由于以上原因，无法对列车环境进行全方位的智能监测，如何从根本上改进上述存在问题，及时排除列车各个角落的火灾隐患，保障列车运行安全，已成为高铁系统的重大问题。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种布点灵活、无需布线，且能实现全方位智能监测的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，包括若干个分布于列车车体内用于采集各点信息的烟火报警节点、用于收集各烟火报警节点信息并对信息进行分类和整理的网关节点、以及对报警和故障信息进行提取并进行报警提示的列车网络控制系统，各个所述烟火报警节点之间及所述烟火报警节点与网关节点之间无线通信连接，所述网关节点与所述列车网络控制系统之间有线连接。

进一步，所述烟火报警节点向所述网关节点发送的信息至少包括烟火报警节点的ID、烟火报警信息、节点故障信息、节点电量信息、时间信息中的一项。

进一步，所述烟火报警节点包括烟火传感器模块、数据采集与滤波模块、数据处理模块、数据存储模块、无线通信模块及电池模块；所述烟火传感器模块采集周围环境的烟火数据；所述数据采集与滤波模块用于对由烟火传感器模块采集到的烟火数据进行模/数转换与滤波；所述数据处理模块将这些数据放置在所述数据存储模块中，并对数据进行分析与处理；所述无线通信模块用于信息发送，同时用于接收来自其它烟火报警节点的信息数据；所述电池模块用于对各模块进行供电并检测自身所存电量。

进一步，所述数据处理模块定时向所述烟火传感器模块发送指定数据，烟火传感器模块接收该数据后向所述数据处理模块回送指定数据，以此交互发送数据来判断烟火传感器目前的健康状态。

进一步，所述网关节点中设有无线数据接收模块、数据处理模块、数据存储模块、列车网络通信接口模块及电池模块；无线数据接收模块用于接收邻近的烟火报警节点发送的相关信息；数据处理模块将无线数据接收模块接收的信息放置在数据存储模块中，并将这些信息进行分类、整理；列车网络通信接口模块将信息发送至列车网络控制系统中；所述电池模块用于对各模块进行供电并检测自身所存电量。

进一步，在所述列车网络控制系统中将烟火报警节点ID与报警节点位置信息一一对应。

进一步，在所述列车网络控制系统中具有自动识别烟火报警节点加入或离开的自组织与自识别功能模块。

进一步，所述列车网络控制系统的终端为显示器，所有信息在所述显示器中显示。

本发明的另一个技术方案是：

一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统的报警方法，具体包括如下步骤：

分布于列车车体内的若干烟火报警节点采集各个位置的信息；

将信息通过无线路由方式传输给网关节点；

网关节点收集并分类由烟火报警节点上传的信息数据，将信息数据通过有线方式上传至列车网络控制系统；

列车网络控制系统对信息进行处理，进行报警提示。

进一步，距离所述网关节点较近的所述烟火报警节点将信息通过无线通信方式传输至所述网关节点，远离所述网关节点的所述烟火报警节点通过Xmesh单跳或多跳方式传输给所述网关节点。

综上内容，本发明所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统和方法，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）采用无线传输方式，无需车内布线，简单方便，减轻列车负担。

（2）能够布置数量更多、密度更高的报警节点，并可以根据需要任意改动节点的位置，而且可以在不便于布线的地点布置节点，如可以布置在电机、变流器等大功率易燃设备中，扩大监测范围。

（3）网络有自组织、自识别的能力，节点可以再任意位置、任意时间加入或离开网络，任何节点的故障不会影响网络的正常运行。

（4）能够实现实时、智能、全方位的对高速列车进行烟火状态监测、报警，便于及时对烟火灾害采取相应措施，消除高速列车烟火隐患。

附图说明

图1 是本发明报警系统结构示意图；

图2 是本发明烟火报警节点结构示意图；

图3 是本发明网关节点结构示意图。

如图1至图3所示，烟火报警节点1、网关节点2，列车网络控制系统3，显示器4，烟火传感器模块5，数据采集与滤波模块6，数据处理模块7，数据存储模块8，无线通信模块9，电池模块10，无线数据接收模块12，数据处理模块13，数据存储模块14，列车网络通信接口模块15，电池模块16。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，由若干个烟火报警节点1、网关节点2及列车网络控制系统3三部分组成。各个烟火报警节点1之间及烟火报警节点1与网关节点2之间无线通信连接，网关节点2与列车网络控制系统3之间有线连接。因为各个烟火报警节点1之间及烟火报警节点1与网关节点2之间采用的是无线传输方式，无需车内布线，简单方便，减轻列车负担。

若干个烟火报警节点1分布于列车车体内的各个角落，用于采集各点周围环境的烟火数据信息。因为采用的是无线通信方式，所以烟火报警节点1能够布置的数量更多、密度更高，报警节点除设置在车厢内，在电机、变流器等大功率易燃设备中也可以布置，从而可以扩大监测范围，而不受车体结构及设备的限制。若干个烟火报警节点1之间及烟火报警节点1与网关节点2之间的无线通信可以采用如蓝牙、红外线等方式，若干个烟火报警节点1将采用的烟火数据信息和自身的故障信息等通过无线路由的方式传输至网关节点2。

网关节点2用于收集各烟火报警节点1的信息并对收集的各类信息进行分类和整理，网关节点2与列车网络控制系统采用有线连接的方式，网关节点2将整理后的信息通过有线方式传输至列车网络控制系统3。

列车网络控制系统3对报警和故障信息进行提取，并进行报警提示，列车网络控制系统的终端是显示器4，各类报警和故障信息最终在显示器4中显示出来，该系统通过无线传输动态组网方式实时的监控车体内任一角落的烟火报警情况，供操作人员采用相应措施，及时消除烟火隐患。

如图2所示，每一个烟火报警节点1包括烟火传感器模块5、数据采集与滤波模块6、数据处理模块7、数据存储模块8、无线通信模块9、电池模块10。

其中，烟火传感器模块5用于采集周围环境的烟火数据，烟火数据被送入数据采集与滤波模块6，数据采集与滤波模块6用于对由烟火传感器模块5采集到的烟火数据进行模/数转换与滤波，数据处理模块7将这些经过模/数转换与数字滤波的数据放置在数据存储模块8中，数据处理模块7同时对数据进行分析与处理，无线通信模块9将烟火报警与节点故障等信息发送至网关节点2，无线通信模块9还用于接收来自其它烟火报警节点1的信息数据，并将接收到的信息通过Xmesh以单跳或多跳方式传输出去，电池模块10用于对上述各模块进行供电，同时检测自身所存电量。

烟火报警节点1定时向网关节点2或其他烟火报警节点1发送信息数据，所发送的信息数据中除包括烟火报警信息外，还包括烟火报警节点的ID、节点传感器故障信息、节点电量信息、时间信息等。

其中，节点传感器故障的判定方法是：数据处理模块7定时向烟火传感器模块5发送指定数据，烟火传感器模块5接收该数据后向数据处理模块7回送指定数据，以此交互发送数据来判断烟火传感器目前的健康状态。

如图3所示，网关节点2中设有无线数据接收模块12、数据处理模块13、数据存储模块14、列车网络通信接口模块15及电池模块16。

无线数据接收模块12用于接收邻近的烟火报警节点1发送的相关信息，数据处理模块13将无线数据接收模块12接收的信息放置在数据存储模块14中，并将这些信息进行分类、整理，列车网络通信接口模块15将信息发送至列车网络控制系统3中，电池模块16用于对各模块进行供电并检测自身所存电量。

在列车网络控制系统3中将烟火报警节点1的节点ID与报警节点位置信息一一对应，列车网络控制系统3接收来自网关节点2发送的数据信息后，提取已发生报警和故障的节点相关信息与位置信息，将这些信息发送至列车显示器4中，显示器4中将报警或故障的节点位置显示出来，操作人员即可知道是车体的什么位置出现火警，或哪个位置的节点出现故障，进而及时采取相关措施，实现实时、智能、全方位的对高速列车进行烟火状态监测、报警，便于及时对烟火灾害采取相应措施，消除高速列车烟火隐患。

在列车网络控制系统3中还具有自动识别烟火报警节点1加入或离开的自组织与自识别功能模块，烟火报警节点1可以根据需要在任意位置、任意时间加入或离开网络，网络有自组织与自识别能力，能够自动识别节点的目前状态，可以自动识别节点的加入、离开及移动，任何节点的加入、离开、移动、故障都不会影响网络的正常运行。

每个烟火报警节点1受信号发射功率的限制只能与邻近的节点相互通信，离网关节点2较近的烟火报警节点1可以将数据信息通过无线路由的方式直接发送至网关节点2，而远离网关节点2的烟火报警节点1则可以通过Xmesh单跳或多跳方式传输给网关节点2。

下面详细描述报警方法，具体包括如下步骤：

步骤一：

分布于列车车体内各角落的若干烟火报警节点1采集各点周围环境的烟火数据信息，烟火报警节点1中的数据处理模块7对采集的数据进行分析与处理。

同时，烟火报警节点1中的数据处理模块7定时向烟火传感器模块5发送指定数据，烟火传感器模块5接收该数据后向数据处理模块7回送指定数据，以此交互发送数据来判断烟火传感器目前的健康状态。

步骤二：

烟火报警节点1将采集并处理后的数据信息定时通过蓝牙、红外线等无线路由方式传输给网关节点2，烟火报警节点1将烟火信息、烟火报警节点的ID、节点传感器故障信息、节点电量信息及时间信息一并传输给网关节点2。

因为烟火报警节点1受信号发射功率的限制，只能与邻近的节点相互通信，所以，离网关节点2较近的烟火报警节点1将上述数据信息通过无线路由的方式直接发送至网关节点2。远离网关节点2的烟火报警节点1先将数据信息发送给邻近的烟火报警节点1，在烟火报警节点1中的无线通信模块9接收来自其它烟火报警节点1的信息数据，再将接收的信息数据通过Xmesh单跳或多跳方式传输给网关节点2。

步骤三：

网关节点2将由各烟火报警节点1收集上来的数据信息进行分类和整理，并记录发生烟火报警与出现故障的节点的相关信息，同时记录新加入节点或节点从网络撤出的相关信息，网关节点2定时将相关的报警信息、节点传感器故障信息等上传至列车网络控制系统3中。

步骤四：

列车网络控制系统3对相关的报警信息、节点传感器故障信息等进行提取处理，并进行报警提示，各类报警和故障信息最终在显示器4中显示，显示器4中将报警或故障的节点位置显示出来，操作人员即可知道是车体的什么位置出现火警，或哪个位置的节点出现故障，及时采取相关措施。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：包括若干个分布于列车车体内用于采集各点信息的烟火报警节点、用于收集各烟火报警节点信息并对信息进行分类和整理的网关节点、以及对报警和故障信息进行提取并进行报警提示的列车网络控制系统，各个所述烟火报警节点之间及所述烟火报警节点与网关节点之间无线通信连接，所述网关节点与所述列车网络控制系统之间有线连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：所述烟火报警节点向所述网关节点发送的信息至少包括烟火报警节点的ID、烟火报警信息、节点故障信息、节点电量信息、时间信息中的一项。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：所述烟火报警节点包括烟火传感器模块、数据采集与滤波模块、数据处理模块、数据存储模块、无线通信模块及电池模块；

所述烟火传感器模块采集周围环境的烟火数据；

所述数据采集与滤波模块用于对由烟火传感器模块采集到的烟火数据进行模/数转换与滤波；

所述数据处理模块将这些数据放置在所述数据存储模块中，并对数据进行分析与处理；

所述无线通信模块用于信息发送，同时用于接收来自其它烟火报警节点的信息数据；

所述电池模块用于对各模块进行供电并检测自身所存电量。

4.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：所述数据处理模块定时向所述烟火传感器模块发送指定数据，烟火传感器模块接收该数据后向所述数据处理模块回送指定数据，以此交互发送数据来判断烟火传感器目前的健康状态。

5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：所述网关节点中设有无线数据接收模块、数据处理模块、数据存储模块、列车网络通信接口模块及电池模块；

无线数据接收模块用于接收邻近的烟火报警节点发送的相关信息；

数据处理模块将无线数据接收模块接收的信息放置在数据存储模块中，并将这些信息进行分类、整理；

列车网络通信接口模块将信息发送至列车网络控制系统中；

所述电池模块用于对各模块进行供电并检测自身所存电量。

6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：在所述列车网络控制系统中将烟火报警节点ID与报警节点位置信息一一对应。

7.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：在所述列车网络控制系统中具有自动识别烟火报警节点加入或离开的自组织与自识别功能模块。

8.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统，其特征在于：所述列车网络控制系统的终端为显示器，所有信息在所述显示器中显示。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的基于无线传感器网络的列车烟火报警系统的报警方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

分布于列车车体内的若干烟火报警节点采集各个位置的信息；

将信息通过无线路由方式传输给网关节点；

网关节点收集并分类由烟火报警节点上传的信息数据，将信息数据通过有线方式上传至列车网络控制系统；

列车网络控制系统对信息进行处理，进行报警提示。

10.根据权利要求9所述的报警方法，其特征在于：距离所述网关节点较近的所述烟火报警节点将信息通过无线通信方式传输至所述网关节点，远离所述网关节点的所述烟火报警节点通过Xmesh单跳或多跳方式传输给所述网关节点。

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