CN104639617B - 一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法，基于ISM频段实现短距离无线通讯，采用门数据采集节点设备和车辆网关节点设备，通过这两种设备在车辆内形成一个多网络跳跃交叉组网方式，相对于传统的星型或树型组网方式，解决了数据丢包、无线传输中断等问题，提供了比较稳定的数据传输通道，很适合复杂环境下的大数据量的传输，具有良好的应用前景。

Description

一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，具体涉及一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国城市人口以及国民经济的快速增长，国家对公共交通建设政策措施的强力推动，我国城市轨道交通建设已经进入了一个快速发展的阶段。城市轨道车辆内的门系统工作的可靠性与安全性是保证乘客人身安全的重要因素，因此，对轨道车辆门系统的工作状态信息的获取和分析十分关键。

目前，获取轨道车辆门系统的工作状态信息的普遍采用的方法是通过门控器系统内的储存单元对整个门机系统运行的状态信息进行存储，再由现场维护人员通过移动PC机连接门控器上的维护接口（通常是USB或者是RS232接口），进行状态数据的有线下载，然后由系统或相关技术人员对这些状态数据进行分析，分析结果再提供给现场维护人员，以作为他们展开维护工作的基础。但是，这种状态数据的获取方式必须等到列车停止运行的情况下才可以进行，而且，每列车辆内门机系统的数量众多，维护人员必须在现场对各个门机系统分别进行状态数据的下载与分析，这耗费了大量的人力与时间；而且，由于门控系统存储单元的内存有限，所以记录的状态数据也是有限制的，进而导致新的状态数据必须覆盖掉较老的数据才能够存储下来，但是，这些被覆盖掉的历史数据在某种程度上对整个门机系统的状态分析也是非常重要的。

在轨道车辆的门系统中，还采用轨道车辆总线如MVB、CAN等进行控制与监控有线方式，但车辆总线带宽有限并且车辆的空调、照明等系统也是通过总线控制监控，因此门系统不能通过车辆总线传输大量的监控数据，仅能传输一些门控器诊断出的故障代码。因此，通过MVB、CAN等轨道车辆总线来传输门系统的大量的实时工作数据也是不现实的。

目前，轨道车辆也在使用一些无线技术来实现信息的传输，例如，目前使用的基于通信的列车控制系统CBTC (Communication Based Train Control)和乘客信息显示系统PIDS (Passenger Information Displayed System)，以及部分城市轨道交通的屏蔽门控制系统大部分使用了基于2.4G频段的802.11b/g标准的无线局域网技术（也有少数使用基于5.8G的802.11a或私有协议的）。这些实现车地之间的通信方式是通过在地铁线路轨旁相隔一定距离重复建设无线AP来实现的。CBTC系统的无线AP在轨旁的间隔距离约为300-500米，PIDS系统的无线AP在轨旁的间隔距离约为150-200米(以使用2.4G频段为例)。这种建设方式的优势是基于802.11b/g标准的无线局域网技术，其技术成熟度高，而采用AP接入具有成本较低、通信带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活和施工时间短等优点。地铁线路在建设规划阶段，已经按照2.4G频段的三个互不重叠的频点(1、6、11)进行了频率规划，不会形成本系统内的相互干扰。但是，目前市场上大部分的无线路由器，部分医疗设备(例如微波治疗仪等)均工作在ISM频段，并且以802.11b/g为标准的产品占了主流，而802.11b/g均工作在2.4G频段，一旦将它带入地铁列车，它使用的频点与地铁CBTC系统或PIDS系统使用的频点发生重复的可能性就不可避免，其发射出的2.4GHz频段信号可能覆盖该频段的所有信道，极容易对地铁现有2.4GHz无线通信网络造成同频或邻频干扰，这就必然会形成对地铁CBTC系统、PIDS系统和屏蔽门系统的干扰。对CBTC系统而言，会导致地铁列车信号系统故障，表现出来的现象是紧急制动或停车；对PIDS系统来说，会表现出来列车无法正常显示PIDS视频信息，控制中心无法观看列车内的视频监控图像；对屏蔽门系统而言，屏蔽门无法正常开闭。

目前，车辆内无线模块使用的组网方式一般为星型网或者树型网，但由于列车内金属构件较多，人流量大，可能携带的无线设备也较多，因而无线传输的环境十分恶劣，使用星型或树型组网方式常会出现数据丢包甚至无线传输中断现象。

发明内容

本发明所解决的技术问题是现有获取轨道车辆内的门系统的工作状态数据不便的问题。本发明的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法，基于ISM频段实现短距离无线通讯，采用门数据采集节点设备和车辆网关节点设备，通过这两种设备在车辆内形成一个多网络跳跃交叉组网方式，相对于传统的星型或树型组网方式，解决了数据丢包、无线传输中断等问题，提供了比较稳定的数据传输通道，很适合复杂环境下的大数据量的传输，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：包括门数据采集节点设备、车辆网关节点设备和数据终端，

所述门数据采集节点设备为多组，分别安装在轨道车辆上每个车门上方的门系统上，用于获取对应车门的工作状态数据，并将采集到的各车门的工作状态数据发送给车辆网关节点设备，各门数据采集节点设备均包括门数据主控模块、总线控制模块、传感器接口和路由节点无线模块，所述总线控制模块、传感器接口和路由节点无线模块分别与门数据主控模块相连接，所述门数据主控模块通过总线控制模块与轨道车辆的控制系统相连接，所述传感器接口与门系统内的各传感器相连接，所述门数据主控模块通过路由节点无线模块与车辆网关节点设备进行无线数据传输，各路由节点无线模块设有唯一的SN号码，预先分组配置不同的网络ID号码，每组路由节点无线模块的网络ID号码相同；

所述车辆网关节点设备为多组，分别安装在每列轨道车辆上，每个车辆网关节点设备用于接收对应轨道车辆上各门数据采集节点设备发送的车门工作状态数据，并通过3G或4G公共移动通信网络将整个轨道车辆内各车门工作状态数据汇总发送到数据终端，各车辆网关节点设备均包括车辆主控模块、若干个接入节点无线模块、无线通信模块，若干个接入节点无线模块、无线通信模块分别与车辆主控模块相连接，接入节点无线模块的数量与每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备内的路由节点无线模块分组的数量一致，所述车辆主控模块通过各接入节点无线模块与对应的门数据采集节点设备进行无线数据传输，所述车辆主控模块还通过无线通信模块与数据终端进行无线数据传输，各接入节点无线模块设有唯一的SN号码，预先配置与对应分组的门数据采集节点设备内路由节点无线模块一致的网络ID号码；

所述数据终端用于接收、存储和分析处理各个列车的车车辆网关节点设备发送的轨道车辆内各门系统的工作数据信息，且处理的过程和结果通过人机交互界面进行统计信息显示和数据浏览。

前述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述路由节点无线模块、接入节点无线模块均采用基于ISM频率的短距离无线传输模块。

前述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述门数据采集节点设备、车辆网关节点设备还包括存储模块、电源模块，所述存储模块包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

前述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备内的路由节点无线模块分为四组，每个车辆网关节点设备上连接有四个接入节点无线模块。

基于上述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统的无线组网方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），将每列轨道车辆的中间位置安装一个车辆网关节点设备，该车辆网关节点设备上有四个接入节点无线模块，每个接入节点无线模块设有唯一的SN号码，同时分别配置不同的网络ID号码；

步骤（2），在每列轨道车辆的车门上方安装一个门数据采集节点设备，门数据采集节点设备的传感器接口分别连接门系统的各个总线设备和各个传感器，每个门数据采集节点设备的路由节点无线模块内设置有自己唯一的SN号码；

步骤（3），对每个门数据采集节点设备的路由节点无线模块进行网络ID配置，将门数据采集节点设备分为四组，每组内门数据采集节点设备的路由节点无线模块配置与对应分组的接入节点无线模块一致的网络ID号码，相同网络ID号码的门数据采集节点设备与车辆网关节点设备对应的接入节点无线模块处于相同的局域网内，进行相互传输数据；

步骤（4），车辆网关节点设备配置同一网络内的所有门数据采集节点设备的路由节点无线模块的唯一SN号码；

步骤（5），根据四组不同的网络ID号码，四个接入节点无线模块把整个车辆内的所有门数据采集节点设备构成四个互不干扰的无线局域网；

步骤（6），每列轨道车辆的门系统实时运行数据通过建立的四个不同无线局域网传输，由车辆网关节点设备的四个接入节点无线模块接收、存储、汇总各门系统的数据；

步骤（7），车辆网关节点设备通过3G或4G公共移动通信网络把整个列车的门系统的数据汇总发送到数据终端。

前述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述步骤（3）将门数据采集节点设备分为四组的方式为，轨道车辆同一侧相邻的两个门系统上的门数据采集节点设备分在不同的组，轨道车辆两侧对立的两个门系统上的门数据采集节点设备分在不同的组，使每组的门数据采集节点设备跳跃交叉式分布。

本发明的有益效果是：本发明的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法，基于ISM频段实现短距离无线通讯，采用门数据采集节点设备和车辆网关节点设备，通过这两种设备在车辆内形成一个多网络跳跃交叉组网方式，相对于传统的星型或树型组网方式，解决了数据丢包、无线传输中断等问题，提供了比较稳定的数据传输通道，很适合复杂环境下的大数据量的传输，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统的系统框图。

图2是本发明的门数据采集节点设备的系统框图。

图3是本发明的车辆网关节点设备的系统框图。

图4是本发明一实施例的轨道车辆内的多网络跳跃交叉组网方式示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，包括门数据采集节点设备1、车辆网关节点设备2和数据终端3，

所述门数据采集节点设备1为多组，分别安装在轨道车辆上每个车门上方的门系统上，用于获取对应车门的工作状态数据，并将采集到的各车门的工作状态数据发送给车辆网关节点设备2，如图2所示，各门数据采集节点设备1均包括门数据主控模块101、总线控制模块102、传感器接口103和路由节点无线模块104，所述总线控制模块102、传感器接口103和路由节点无线模块104分别与门数据主控模块101相连接，所述门数据主控模块101通过总线控制模块102与轨道车辆的控制系统相连接，所述传感器接口103与门系统内的各传感器相连接，所述门数据主控模块101通过路由节点无线模块104与车辆网关节点设备2进行无线数据传输，各路由节点无线模块104设有唯一的SN号码，预先分组配置不同的网络ID号码，每组路由节点无线模块104的网络ID号码相同；

所述车辆网关节点设备2为多组，分别安装在每列轨道车辆上，每个车辆网关节点设备2用于接收对应轨道车辆上各门数据采集节点设备1发送的车门工作状态数据，并通过3G或4G公共移动通信网络将整个轨道车辆内各车门工作状态数据汇总发送到数据终端，如图3所示，各车辆网关节点设备2均包括车辆主控模块201、若干个接入节点无线模块202、无线通信模块203，若干个接入节点无线模块202、无线通信模块203分别与车辆主控模块201相连接，接入节点无线模块202的数量与每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备1内的路由节点无线模块104分组的数量一致，所述车辆主控模块201通过各接入节点无线模块202与对应的门数据采集节点设备1进行无线数据传输，所述车辆主控模块201还通过无线通信模块203与数据终端3进行无线数据传输，各接入节点无线模块202设有唯一的SN号码，预先配置与对应分组的门数据采集节点设备1内路由节点无线模块104一致的网络ID号码；

所述数据终端3用于接收、存储和分析处理各个列车的车车辆网关节点设备2发送的轨道车辆内各门系统的工作数据信息，且处理的过程和结果通过人机交互界面进行统计信息显示和数据浏览。

所述路由节点无线模块104、接入节点无线模块202均采用基于ISM频率的短距离无线传输模块，工作于lGHz以下频率的国际ISM频段系统相对于2.4GHz的无线通讯技术来说，相同的发射功率下，绕射能力很强、传输距离更远，更加适合轨道交通车厢的复杂环境，所述门数据主控模块101一般采用ARM级别的芯片做主控，建议CPU主频在200MHz以上，SRAM至少512Kbit，所述车辆主控模块201一般采用ARM级别以上的芯片做主控，建议CPU主频在600MHz以上，SRAM至少512Mbit；

所述门数据采集节点设备1、车辆网关节点设备2还包括存储模块、电源模块，所述存储模块包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备1内的路由节点无线模块104分为四组，每个车辆网关节点设备2上连接有四个接入节点无线模块202。

基于上述的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统的无线组网方法，包括以下步骤，

步骤（1），将每列轨道车辆的中间位置安装一个车辆网关节点设备2，该车辆网关节点设备2上有四个接入节点无线模块202，每个接入节点无线模块设有唯一的SN号码，同时分别配置不同的网络ID号码，（例如，配置网络ID分别为1、2、3、4）；

步骤（2），在每列轨道车辆的车门上方安装一个门数据采集节点设备1，门数据采集节点设备1的传感器接口101分别连接门系统的各个总线设备和各个传感器，每个门数据采集节点设备1的路由节点无线模块104内设置有自己唯一的SN号码；

步骤（3），对每个门数据采集节点设备1的路由节点无线模块104进行网络ID配置，如图4所示，将门数据采集节点设备1分为四组，每组内门数据采集节点设备1的路由节点无线模块104配置与对应分组的接入节点无线模块202一致的网络ID号码，相同网络ID号码的门数据采集节点设备1与车辆网关节点设备2对应的接入节点无线模块202处于相同的局域网内，进行相互传输数据，分为四组的方式为，轨道车辆同一侧相邻的两个门系统上的门数据采集节点设备1分在不同的组，轨道车辆两侧对立的两个门系统上的门数据采集节点设备1分在不同的组，使每组的门数据采集节点设备1跳跃交叉式分布；

步骤（4），车辆网关节点设备2配置同一网络内的所有门数据采集节点设备1的路由节点无线模块104的唯一SN号码，以便识别网络内合法的门数据采集节点设备1，拒绝未在车辆网关节点设备2中注册的无线终端发送组网请求，以防止同一站台停靠多辆列车时，无线终端发生串网现象，同时无线终端之间采用跳频方式通信防干扰；

步骤（5），根据四组不同的网络ID号码，四个接入节点无线模块202把整个车辆内的所有门数据采集节点设备1构成四个互不干扰的无线局域网，如图4所示，多网络跳跃交叉组网方式示意图表示了轨道车辆内部的四个局域网的网络组成方式，每一个代表这个网络内的发送节点设备，通常地铁车辆分为A、B、C三种类型，将以A型车辆为例，结合图4所示对门系统的传输方法具体过程如下，每列车总共有60扇车门，每侧分布30扇，每节车厢内的车门等距离分布，如果每个门系统上安装一套门数据采集节点设备，那么每个无线局域网内可包含十五个门数据采集节点设备，根据地铁的实际运行情况，每次门系统工作开关门时，单侧有七个或八个门数据采集节点设备处于数据采集的工作状态，而此时另一侧的门数据采集节点设备无实际数据采集，CPU和路由节点无线模块处于空闲状态，可以利用这些空闲的路由节点无线模块祈祷路由功能帮助接收和转发处于数据采集的工作状态的门数据采集节点设备的数据，这样就形成了一个按照特定的无线路由跳跃方式的传输通道，且不同无线局域网之间是按照特定的交叉方式分布的，相对于传统的星型或树型组网方式，解决了数据丢包、无线传输中断等问题，而且提供了比较稳定的数据传输通道，很适合复杂环境下的大数据量的传输；

步骤（6），每列轨道车辆的门系统实时运行数据通过建立的四个不同无线局域网传输，由车辆网关节点设备2的四个接入节点无线模块接收、存储、汇总各门系统的数据；

步骤（7），车辆网关节点设备2通过3G或4G公共移动通信网络把整个列车的门系统的数据汇总发送到数据终端。

综上所述，本发明的获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统及方法，基于ISM频段实现短距离无线通讯，采用门数据采集节点设备和车辆网关节点设备，通过这两种设备在车辆内形成一个多网络跳跃交叉组网方式，相对于传统的星型或树型组网方式，解决了数据丢包、无线传输中断等问题，提供了比较稳定的数据传输通道，很适合复杂环境下的大数据量的传输，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：包括门数据采集节点设备（1）、车辆网关节点设备（2）和数据终端（3），

所述门数据采集节点设备（1）为多组，分别安装在轨道车辆上每个车门上方的门系统上，用于获取对应车门的工作状态数据，并将采集到的各车门的工作状态数据发送给车辆网关节点设备（2），各门数据采集节点设备（1）均包括门数据主控模块（101）、总线控制模块（102）、传感器接口（103）和路由节点无线模块（104），所述总线控制模块（102）、传感器接口（103）和路由节点无线模块（104）分别与门数据主控模块（101）相连接，所述门数据主控模块（101）通过总线控制模块（102）与轨道车辆的控制系统相连接，所述传感器接口（103）与门系统内的各传感器相连接，所述门数据主控模块（101）通过路由节点无线模块（104）与车辆网关节点设备（2）进行无线数据传输，各路由节点无线模块（104）设有唯一的SN号码，预先分组配置不同的网络ID号码，每组路由节点无线模块（104）的网络ID号码相同；

所述车辆网关节点设备（2）为多组，分别安装在每列轨道车辆上，每个车辆网关节点设备（2）用于接收对应轨道车辆上各门数据采集节点设备（1）发送的车门工作状态数据，并通过3G或4G公共移动通信网络将整个轨道车辆内各车门工作状态数据汇总发送到数据终端，各车辆网关节点设备（2）均包括车辆主控模块（201）、若干个接入节点无线模块（202）、无线通信模块（203），若干个接入节点无线模块（202）、无线通信模块（203）分别与车辆主控模块（201）相连接，接入节点无线模块（202）的数量与每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备（1）内的路由节点无线模块（104）分组的数量一致，所述车辆主控模块（201）通过各接入节点无线模块（202）与对应的门数据采集节点设备（1）进行无线数据传输，所述车辆主控模块（201）还通过无线通信模块（203）与数据终端（3）进行无线数据传输，各接入节点无线模块（202）设有唯一的SN号码，预先配置与对应分组的门数据采集节点设备（1）内路由节点无线模块（104）一致的网络ID号码；

所述数据终端（3）用于接收、存储和分析处理各个列车的车辆网关节点设备（2）发送的轨道车辆内各门系统的工作数据信息，且处理的过程和结果通过人机交互界面进行统计信息显示和数据浏览，

每列轨道车辆上安装的门数据采集节点设备（1）内的路由节点无线模块（104）分为四组，每个车辆网关节点设备（2）上连接有四个接入节点无线模块（202）。

2.根据权利要求1所述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述路由节点无线模块（104）、接入节点无线模块（202）均采用基于ISM频率的短距离无线传输模块。

3.根据权利要求1所述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述门数据采集节点设备（1）、车辆网关节点设备（2）还包括存储模块、电源模块，所述存储模块包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

4.基于权利要求1所述的一种获取轨道车辆门系统工作参数的无线组网系统的无线组网方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），将每列轨道车辆的中间位置安装一个车辆网关节点设备（2），该车辆网关节点设备（2）上有四个接入节点无线模块（202），每个接入节点无线模块设有唯一的SN号码，同时分别配置不同的网络ID号码；

步骤（2），在每列轨道车辆的车门上方安装一个门数据采集节点设备（1），门数据采集节点设备（1）的传感器接口（101）分别连接门系统的各个总线设备和各个传感器，每个门数据采集节点设备（1）的路由节点无线模块（104）内设置有自己唯一的SN号码；

步骤（3），对每个门数据采集节点设备（1）的路由节点无线模块（104）进行网络ID配置，将门数据采集节点设备（1）分为四组，每组内门数据采集节点设备（1）的路由节点无线模块（104）配置与对应分组的接入节点无线模块（202）一致的网络ID号码，相同网络ID号码的门数据采集节点设备（1）与车辆网关节点设备（2）对应的接入节点无线模块（202）处于相同的局域网内，进行相互传输数据；

步骤（4），车辆网关节点设备（2）配置同一网络内的所有门数据采集节点设备（1）的路由节点无线模块（104）的唯一SN号码；

步骤（5），根据四组不同的网络ID号码，四个接入节点无线模块（202）把整个车辆内的所有门数据采集节点设备（1）构成四个互不干扰的无线局域网；

步骤（6），每列轨道车辆的门系统实时运行数据通过建立的四个不同无线局域网传输，由车辆网关节点设备（2）的四个接入节点无线模块接收、存储、汇总各门系统的数据；

步骤（7），车辆网关节点设备（2）通过3G或4G公共移动通信网络把整个列车的门系统的数据汇总发送到数据终端；

所述步骤（3）将门数据采集节点设备（1）分为四组的方式为，轨道车辆同一侧相邻的两个门系统上的门数据采集节点设备（1）分在不同的组，轨道车辆两侧对立的两个门系统上的门数据采集节点设备（1）分在不同的组，使每组的门数据采集节点设备（1）跳跃交叉式分布。