CN104639618B - 一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆设备或机构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，采用数据采集节点设备、车厢汇集节点设备和车辆网关节点设备三种设备，形成一个星型混合组网系统，解决了车厢内数据传输的丢包、无线传输中断等问题，提供稳定的数据传输通道，很适合城市轨道车辆内的复杂环境下的大数据量的传输，具有良好的应用前景。

Description

一种轨道车辆设备或机构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，具体涉及一种轨道车辆设备或机构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。城市轨道车辆内的各种运动设备（如转向架、车门、电机、站台屏蔽门等等）工作的可靠性与安全性是保证乘客人身安全的重要因素，因此对轨道车辆内的设备或机构的工作状态信息的获取和传输至后台开展数据分析十分重要。

目前，获取轨道车辆内设备或机构系统的工作状态信息的普遍采用的方法是由现场维护人员利用这些设备的控制维护接口（通常是USB或者是RS232接口），把设备工作状态数据的通过有线方式下载到本地电脑，然后由人工带回去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，以作为维护工作开展的基础。但是，这种人工获取工作数据的方式必须等到列车停止运行的情况下才可以进行操作，而且，每列车辆内设备数量众多，这将耗费了大量的人力与时间。

在轨道车辆中，通常还会利用轨道车辆总线（如MVB、CAN、RS485等）进行控制数据和工作数据的有线传输，但车辆总线带宽是有限的，只能传输一些基本的总线控制数据和故障数据，这些车辆总线还不能传输数据规模比较大的设备的工作状态数据。目前，为了获取轨道车辆内设备或机构系统的工作状态信息而普遍采用的方法是在这些设备或机构上增加一些传感器采集设备或机构系统的运行状态信息，由于这些传感器的实时采集数据的数据量较大，因此，通过MVB、CAN、RS485等轨道车辆总线来传输设备的工作实时工作数据是不现实的。

目前，轨道车辆也在使用一些无线传输技术来实现信息的传输，例如，使用的基于通信的列车控制系统CBTC(Communication Based Train Control)、乘客信息显示系统PIDS(Passenger Information Displayed System)、部分城市轨道交通的屏蔽门控制系统等，这些系统大部分使用了基于ISM频段中的2.4GHz频段（也有少数系统使用基于5.8GHz频段），地铁线路在建设规划阶段，已经按照802.11b/g（2.4G频段）的三个互不重叠的信道(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消费类无线电子设备（如无线路由器等）均以802.11b/g（2.4G频段）作为无线传输的标准，一旦这些设备被带入地铁列车，它使用的频点与地铁CBTC、PIDS等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。这些同频或邻频干扰就必然会对地铁CBTC、PIDS系统或屏蔽门系统产生干扰。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。

而且，由于城市轨道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，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设备或机构系统的工作状态信息不便的问题。本发明的轨道车辆设备或机构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，采用数据采集节点设备、车厢汇集节点设备和车辆网关节点设备三种设备，形成一个星型混合组网系统，解决了车厢内数据传输的丢包、无线传输中断等问题，提供稳定的数据传输通道，很适合城市轨道车辆内的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：

一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：包括

数据采集节点设备、车厢汇集节点设备、车辆网关节点设备和数据终端，

所述数据采集节点设备为多组，分别安装在轨道车辆内需要监测的设备或机构上，用于获取设备或机构的各种工作状态的数据，并将数据无线传输给对应的车厢汇集节点设备，各数据采集节点设备均包括采集主控模块、终端节点无线模块、总线控制模块、传感器，所述终端节点无线模块、总线控制模块和传感器分别与采集主控模块相连接，所述终端节点无线模块还设有天线，所述传感器安装在对应的监测的设备或机构上，所述采集主控模块通过终端节点无线模块与车厢汇集节点设备进行无线数据传输，所述采集主控模块还通过总线控制模块与车辆控制系统相连接，所述终端节点无线模块设有唯一的SN号码，每个车厢内的数据采集节点设备预先配置有相同的网络ID号码；

所述车厢汇集节点设备为多组，安装在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，用于无线接收对应车厢内的所有数据采集节点设备采集的各种工作状态的数据，并将接收的各种工作数据发送给车辆网关节点设备，各车厢汇集节点设备包括车厢主控模块、路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块，所述路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块分别与车厢主控模块相连接，所述路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块上均设有天线，所述车厢接入节点无线模块与终端节点无线模块进行无线数据传输，所述车厢接入节点无线模块预先配置与其对应车厢内的数据采集节点设备相同的网络ID号码，所述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，所述路由节点无线模块设有唯一的SN号码，且预先配置与对应的车厢接入节点无线模块不同的网络ID号码；

所述车辆网关节点设备用于接收所有车厢汇集节点设备的上传各种工作状态的数据，并通过3G或4G公共移动通信网络把整个轨道车辆内设备或机构的各种工作状态的数据汇总发送到数据终端，所述车辆网关节点设备包括车辆网关主控模块、无线通信模块、车辆接入节点无线模块，所述无线通信模块、车辆接入节点无线模块分别与车辆网关主控模块相连接，所述车辆接入节点无线模块、无线通信模块上均设有天线，所述车辆接入节点无线模块与车厢接入节点无线模块进行无线数据传输，所述车辆接入节点无线模块设有唯一的SN号码，预先配置与路由节点无线模块相同的网络ID号码，所述无线通信模块与数据终端进行无线数据传输；

所述数据终端用于接收、存储和分析处理各个列车的车辆网关节点设备发来的轨道车辆内需要监测的设备或机构的工作数据信息，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。

前述的一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述数据采集节点设备、车厢汇集节点设备、车辆网关节点设备内均还包括存储模块、电源模块。

前述的一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述存储模块为包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

前述的一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述终端节点无线模块、路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块、车辆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。

基于上述的一种轨道车辆设备或机构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），在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的车辆接入节点无线模块设有唯一的SN号码，车辆接入节点无线模块预先设置一个网络ID号码；

步骤（2），在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，分别安装车厢汇集节点设备；

步骤（3），分别给每个车厢的车厢汇集节点设备内定路由节点无线模块设定唯一的SN号码，并给每个车厢汇集节点设备的路由节点无线模块设置了与车辆接入节点无线模块相同的网络ID号码，确保所有的车厢汇集节点设备的路由节点无线模块与同一个车辆的车辆网关节点设备的车辆接入节点无线模块在同一个无线局域网内；

步骤（4），给每个车厢的车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块设定唯一的SN号码，并给每个车厢接入节点无线模块设置各不相同的网络ID号码，且每节车厢的车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块与路由节点无线模块的网络ID号码不相同；

步骤（5），在每节车厢的需要采集工作数据的设备和机构上分别安装对应的数据采集节点设备，每个数据采集节点设备的终端节点无线模块内设置有唯一的SN号码，每节车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块预先配置相同的网络ID号码，且该网络ID号码与车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块的网络ID号码相同，确保同一个车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块及车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块组成一个无线局域网，不同车厢组成不同的无线局域网；

步骤（6），将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需要采集工作数据的设备和机构与数据终端组成的通信网络，便于数据终端接收到每个列车上需要采集工作数据设备或机构的工作数据。

本发明的有益效果是：本发明的轨道车辆设备或机构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，采用数据采集节点设备、车厢汇集节点设备和车辆网关节点设备三种设备，形成一个星型混合组网系统，解决了车厢内数据传输的丢包、无线传输中断等问题，提供稳定的数据传输通道，很适合城市轨道车辆内的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是本发明的轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统的系统框图。

图2是本发明的数据采集节点设备的系统框图。

图3是本发明的车厢汇集节点设备的系统框图。

图4是本发明的车辆网关节点设备的系统框图。

图5是本发明一实施例的轨道车辆内的多级星型组网示意图。

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，本发明的轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，包括数据采集节点设备1、车厢汇集节点设备2、车辆网关节点设备3和数据终端4，

所述数据采集节点设备1为多组，分别安装在轨道车辆内需要监测的设备或机构上，用于获取设备或机构的各种工作状态的数据，并将数据无线传输给对应的车厢汇集节点设备，如图2所示，各数据采集节点设备均包括采集主控模块101、终端节点无线模块102、总线控制模块103、传感器104，所述终端节点无线模块102、总线控制模块103和传感器104分别与采集主控模块101相连接，终端节点无线模块102还设有天线，所述传感器104安装在对应的监测的设备或机构上，所述采集主控模块101通过终端节点无线模块102与车厢汇集节点设备2进行无线数据传输，采集主控模块101还通过总线控制模块103与车辆控制系统相连接，终端节点无线模块102设有唯一的SN号码，每个车厢内的数据采集节点设备1预先配置有相同的网络ID号码；所述采集主控模块101是数据采集节点设备1的控制中心，一般采用ARM级别的芯片做主控，建议CPU主频在100MHz以上，SRAM至少512Kbit；

所述车厢汇集节点设备2为多组，安装在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，用于无线接收对应车厢内的所有数据采集节点设备采集的各种工作状态的数据，并将接收的各种工作数据发送给车辆网关节点设备3，如图3所示，各车厢汇集节点设备包括车厢主控模块201、路由节点无线模块202、车厢接入节点无线模块203，所述路由节点无线模块202、车厢接入节点无线模块203分别与车厢主控模块201相连接，所述路由节点无线模块202、车厢接入节点无线模块203上均设有天线，车厢接入节点无线模块203与终端节点无线模块102进行无线数据传输，所述车厢接入节点无线模块203预先配置与其对应车厢内的数据采集节点设备1相同的网络ID号码，所述路由节点无线模块202与车辆网关节点设备3进行无线数据传输，所述路由节点无线模块202设有唯一的SN号码，且预先配置与对应的车厢接入节点无线模块203不同的网络ID号码，所述车厢主控模块201是车厢汇集节点设备2的控制中心，一般采用ARM级别的芯片做主控，建议CPU主频在100MHz以上，SRAM至少512Kbit；

所述车辆网关节点设备3用于接收所有车厢汇集节点设备的上传各种工作状态的数据，并通过3G或4G公共移动通信网络把整个轨道车辆内设备或机构的各种工作状态的数据汇总发送到数据终端4，如图4所示，所述车辆网关节点设备3包括车辆网关主控模块301、无线通信模块302、车辆接入节点无线模块303，所述无线通信模块302、车辆接入节点无线模块303分别与车辆网关主控模块301相连接，所述车辆接入节点无线模块303、无线通信模块302上均设有天线，所述车辆接入节点无线模块303与车厢接入节点无线模块203进行无线数据传输，所述车辆接入节点无线模块303设有唯一的SN号码，预先配置与路由节点无线模块202相同的网络ID号码，无线通信模块302与数据终端4进行无线数据传输；

所述数据终端4用于接收、存储和分析处理各个列车的车辆网关节点设备发来的轨道车辆内需要监测的设备或机构的工作数据信息，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。

所述数据采集节点设备、车厢汇集节点设备、车辆网关节点设备内均还包括存储模块、电源模块。

所述存储模块为包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

所述终端节点无线模块、路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块、车辆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，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。同时，本发明采用基于1G以内短距离无线通讯，直接避开了目前规道交通车辆中使用的一些固有频段，不会出现物理频段的重复或交叉，减少了在无线传输时与列车其他无线通信设备的共道同频干扰风险。

基于上述的轨道车辆设备或机构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），在每列轨道车辆的中间位置安装一个车辆网关节点设备3，该车辆网关节点设备3的车辆接入节点无线模块303设有唯一的SN号码，车辆接入节点无线模块303预先设置一个网络ID号码（例如设置为8）；

步骤（2），在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，分别安装车厢汇集节点设备2；

步骤（3），分别给每个车厢2的车厢汇集节点设备内定路由节点无线模块设定唯一的SN号码，并给每个车厢汇集节点设备2的路由节点无线模块202设置了与车辆接入节点无线模303块相同的网络ID号码（同样为8），确保所有的车厢汇集节点设备的路由节点无线模块202与同一个车辆的车辆网关节点设备的车辆接入节点无线模块303在同一个无线局域网内；

步骤（4），给每个车厢的车厢汇集节点设备2的车厢接入节点无线模块203设定唯一的SN号码，并给每个车厢接入节点无线模块203设置各不相同的网络ID号码，且每节车厢的车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块203与路由节点无线模块202的网络ID号码不相同；例如，第一节车厢的车厢接入节点无线模块203的网络ID号码为1，第二节车厢接入节点无线模块203的网络ID号码为2，第三节车厢接入节点无线模块203的网络ID号码为3；

步骤（5），在每节车厢的需要采集工作数据的设备和机构上分别安装对应的数据采集节点设备1，每个数据采集节点设备1的终端节点无线模块102内设置有唯一的SN号码，每节车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块102预先配置相同的网络ID号码，且该网络ID号码与车厢汇集节点设备2的车厢接入节点无线模块203的网络ID号码相同，确保同一个车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块及车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块203组成一个无线局域网，不同车厢组成不同的无线局域网；例如，第一节车厢的数据采集节点设备1的终端节点无线模块102的网络ID号码为1，第二节车厢的数据采集节点设备1的终端节点无线模块102的网络ID号码为2，第三节车厢的数据采集节点设备1的终端节点无线模块102的网络ID号码为3。

步骤（6），将车辆网关节点设备3通过3G或4G公共移动通信网络把整个列车的需要采集工作数据的设备和机构与数据终端4组成的通信网络，如图5所示，轨道车辆内的多级星型组网示意图，便于数据终端接收到每个列车上需要采集工作数据设备或机构的工作数据。

综上所述，本发明的轨道车辆设备或机构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，采用数据采集节点设备、车厢汇集节点设备和车辆网关节点设备三种设备，形成一个星型混合组网系统，解决了车厢内数据传输的丢包、无线传输中断等问题，提供稳定的数据传输通道，很适合城市轨道车辆内的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 (3)

1.一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：包括

数据采集节点设备、车厢汇集节点设备、车辆网关节点设备和数据终端，

所述数据采集节点设备为多组，分别安装在轨道车辆内需要监测的设备或机构上，用于获取设备或机构的各种工作状态的数据，并将数据无线传输给对应的车厢汇集节点设备，各数据采集节点设备均包括采集主控模块、终端节点无线模块、总线控制模块、传感器，所述终端节点无线模块、总线控制模块和传感器分别与采集主控模块相连接，所述终端节点无线模块还设有天线，所述传感器安装在对应的监测的设备或机构上，所述采集主控模块通过终端节点无线模块与车厢汇集节点设备进行无线数据传输，所述采集主控模块还通过总线控制模块与车辆控制系统相连接，所述终端节点无线模块设有唯一的SN号码，每个车厢内的数据采集节点设备预先配置有相同的网络ID号码；

所述车厢汇集节点设备为多组，安装在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，用于无线接收对应车厢内的所有数据采集节点设备采集的各种工作状态的数据，并将接收的各种工作数据发送给车辆网关节点设备，各车厢汇集节点设备包括车厢主控模块、路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块，所述路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块分别与车厢主控模块相连接，所述路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块上均设有天线，所述车厢接入节点无线模块与终端节点无线模块进行无线数据传输，所述车厢接入节点无线模块预先配置与其对应车厢内的数据采集节点设备相同的网络ID号码，所述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，所述路由节点无线模块设有唯一的SN号码，且预先配置与对应的车厢接入节点无线模块不同的网络ID号码；

所述车辆网关节点设备用于接收所有车厢汇集节点设备的上传各种工作状态的数据，并通过3G或4G公共移动通信网络把整个轨道车辆内设备或机构的各种工作状态的数据汇总发送到数据终端，所述车辆网关节点设备包括车辆网关主控模块、无线通信模块、车辆接入节点无线模块，所述无线通信模块、车辆接入节点无线模块分别与车辆网关主控模块相连接，所述车辆接入节点无线模块、无线通信模块上均设有天线，所述车辆接入节点无线模块与路由节点无线模块进行无线数据传输，所述车辆接入节点无线模块设有唯一的SN号码，预先配置与路由节点无线模块相同的网络ID号码，所述无线通信模块与数据终端进行无线数据传输；

所述数据终端用于接收、存储和分析处理各个列车的车辆网关节点设备发来的轨道车辆内需要监测的设备或机构的工作数据信息，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，所述数据采集节点设备、车厢汇集节点设备、车辆网关节点设备内均还包括存储模块、电源模块；

所述终端节点无线模块、路由节点无线模块、车厢接入节点无线模块、车辆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。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆设备或机构工作参数的无线组网系统，其特征在于：所述存储模块为包括内置的Flash存储芯片和外置的SD卡存储设备。

3.基于权利要求1所述的一种轨道车辆设备或机构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），在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的车辆接入节点无线模块设有唯一的SN号码，车辆接入节点无线模块预先设置一个网络ID号码；

步骤（2），在轨道车辆的车厢与车厢的连接处，分别安装车厢汇集节点设备；

步骤（3），分别给每个车厢的车厢汇集节点设备内的路由节点无线模块设定唯一的SN号码，并给每个车厢汇集节点设备的路由节点无线模块设置了与车辆接入节点无线模块相同的网络ID号码，确保所有的车厢汇集节点设备的路由节点无线模块与同一个车辆的车辆网关节点设备的车辆接入节点无线模块在同一个无线局域网内；

步骤（4），给每个车厢的车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块设定唯一的SN号码，并给每个车厢接入节点无线模块设置各不相同的网络ID号码，且每节车厢的车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块与路由节点无线模块的网络ID号码不相同；

步骤（5），在每节车厢的需要采集工作数据的设备和机构上分别安装对应的数据采集节点设备，每个数据采集节点设备的终端节点无线模块内设置有唯一的SN号码，每节车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块预先配置相同的网络ID号码，且该网络ID号码与车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块的网络ID号码相同，确保同一个车厢内的所有数据采集节点设备的终端节点无线模块及车厢汇集节点设备的车厢接入节点无线模块组成一个无线局域网，不同车厢组成不同的无线局域网；

步骤（6），将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需要采集工作数据的设备和机构与数据终端组成的通信网络，便于数据终端接收到每个列车上需要采集工作数据设备或机构的工作数据。