CN106200651A - 一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，包括中央控制器、定位系统、传感设备、多个无线信标、手持集控终端以及远程监控系统，传感设备和多个无线信标连接数据采集模块，数据采集模块通过无线射频网络连接中央控制器，定位系统连接中央控制器，中央控制器还分别连接手持集控终端和远程监控系统，本发明自动化程度高，实现了轨道电机车手动、自动一体的操控模式的统一，即完全保留了现有人工驾驶模式，同时可以实现无人驾驶模式，提高隧道建设轨道电机车运行可靠性和运行效率，节省大量人力，达到轨道电机车智能控制的目的。

Description

一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统
技术领域
本发明涉及轨道电机车领域，具体为一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统。
背景技术
随着城市化进程的推进，为引导城市结构调整、优化空间布局、提高土地使用效率，我国不断推进城市轨道交通的建设，各地方政府也积极筹备，提交城市轨道交通建设规划。这都将为城市轨道交通各子行业带来巨大的市场需求。
牵引机车作为轨道交通建设中的重要设备，是轨道车辆运输的一种牵引设备，在轨道交通基础建设中，发挥着重要作用，广泛使用在隧道掘进时长距离、大吨位物料运输。目前大部分隧道建设运输机车都是轨道电机车，采用新能源动力模组供给直流电源是研究和发展的主流。
隧道存在电磁环境复杂、结构复杂、湿度大、噪声大等恶劣条件，轨道电机车驾驶人员的工作条件十分艰苦，隧道掘进24小时不间断施工，驾驶人员工作强度大，易造成疲劳驾驶，引发事故。针对这个问题，研发一套隧道建设轨道电机车自动驾驶系统，实现自动驾驶和人工驾驶的轮流切换，意义非凡。
目前，无人驾驶系统在世界很多城市轨道交通中得到了广泛的应用，如哥本哈根、巴黎、新加坡等。除此以外，还有很多城市在考虑或正在将既有地铁改建成无人驾驶的轨道交通，如法国巴黎、德国的纽伦堡、柏林、汉堡、法兰克福等，无人驾驶系统技术正逐步成为引领世界轨道交通先进技术的潮流。相对于国外比较成熟的无人驾驶技术，我国的轨道交通无人驾驶技术正处于起步阶段，还有很长的路要走，具有很广阔的发展前景。随着地下轨道交通在我国的快速发展，无人驾驶的隧道建设轨道电机车在提高运输效率、运行的可靠性方面具有很大优势，实现隧道建设轨道电机车的无人驾驶是十分必要的。
无人驾驶电轨道电机车运输的必要性表现如下：目前国内隧道建设运输发展需求：目前国内许多城市都在进行地下轨道交通建设，工期短，需要高效率运输方式；经济效益的需求：目前人工成本逐年增大，采用轨道电机车无人驾驶技术能带来较大经济效益；社会效益的需求：在隧道复杂环境下，轨道电机车故障引发的人身伤害都会给社会和家庭带来无法挽回的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，包括中央控制器、定位系统、传感设备、多个无线信标、手持集控终端以及远程监控系统，所述传感设备和多个无线信标连接数据采集模块，所述数据采集模块通过无线射频网络连接中央控制器，所述定位系统连接中央控制器，所述中央控制器还分别连接手持集控终端和远程监控系统，所述中央控制器还连接新能源动力模组和档位操纵器，所述中央控制器连接变频器，所述变频器连接电机。
优选的，所述中央控制器包括外壳体，所述外壳体上端设有收发天线，所述外壳体前端面设有显示屏，所述显示屏下端设有功能按钮，所述显示屏上端设有状态指示灯，所述外壳体内部设有控制电路板，所述控制电路板上设有核心控制单元、数据模组采集器、动力模组能量管理系统以及WIFI模块，所述核心控制单元双向连接数据模组采集器、动力模组能量管理系统，所述数据模组采集器双向连接动力模组能量管理系统，所述核心控制单元通过WIFI模块分别连接远程监控系统和手持集控终端。
优选的，所述手持集控终端包括外壳，所述外壳前端面设有显示面板，所述显不面板下端设有多个功能按键，所述功能按键下端设有麦克风，所述外壳上端设有天线，所述多个功能按键包括系统全呼键、紧急呼叫键、开机键、关机键、确定键、返回键、更新键、记录键、单呼键、群呼键、组呼键、广播呼键、正向行驶键、反向行驶键、模式选择键、启动键以及紧急制动键。
优选的，所述定位系统包括定位分站、基准定位器和移动定位终端，所述移动定位终端信号连接基准定位器，所述基准定位器信号连接定位分站，所述定位分站通过光纤连接光纤数据传输接口，所述光纤数据传输接口通过光纤连接远程监控系统中的数据处理服务器。
优选的，所述多个无线信标包括第一无线信标、第二无线信标、第三无线信标、第N无线信标，N为大于3的整数，相邻两个无线信标之间间距为90米-110米，所述多个无线信标处还安装有声呐装置。
优选的，所述传感设备包括红外探头、超声探头、视频传感器以及自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器，所述红外探头、超声探头、视频传感器安装在轨道电机车前部，所述自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器安装在轨道电机车车轮上。
优选的，所述无线射频网络采用2.4G无线射频的传输通道。
优选的，其使用方法包括以下步骤：
A、数据模组采集器采集轨道电机车速度、位置、动力模组信息、轨道电机车载重、道路前方是否有障碍物等信息，通过自身算法处理后，向新能源动力模组能量管理系统、变频器自动转发指令信息；
B、变频器控制电机转速、转向，实现轨道电机车加速、减速、急停等操作，使机车按照预先设定的行驶路线、速度运行；
C、中央控制器通过自身携带的WIFI模块能够接受手持集控终端发送的指令，对轨道电机车进行远程遥控和近距离的位置精确微调；
D、轨道电机车运行状态信息、进出次数及载重吨位信息发送给数据模组采集器，从而发送给远程监控系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明自动化程度高，实现了轨道电机车手动、自动一体的操控模式的统一，即完全保留了现有人工驾驶模式，同时可以实现无人驾驶模式，提高隧道建设轨道电机车运行可靠性和运行效率，节省大量人力，达到轨道电机车智能控制的目的。
(2)本发明采用的中央控制器能够实现轨道电机车电能使用情况的实时监控，智能控制机车的运行速度，高效利用机车动力电能；同时根据现场施工反馈，和“传统手动操作模式”相比，轨道电机车按照“智能能耗控制操作模式运行”时，能够合理避免不必要的电能浪费。
(3)本发明采用的手持集控终端能够控制轨道电机车的近距离精确移位、远距离运行状态，同时带有集群语音对讲功能，提高隧道建设轨道新能源电机车运行可靠性，能够实现对隧道建设轨道电机车的远程调度，为隧道建设轨道电机车的智能控制提供支撑。
(4)本发明采用的远程监控系统能够实现远程实时监控动力模组状况以及轨道电机车运行状况信息，还能采集机车实时定位信息，机车进出轨道次数及载重信息，提高机车运行可靠性，为轨道电机车的智能控制提供支撑。
(5)本发明采用2.4G无线射频的传输通道，能够实现500m高质量实时信号传输，传输距离远远大于基于有线信号传输的射频识别技术。
(6)本发明通过在无线信标处加装声呐装置，对无线射频定位技术加以优化，实现原有2-3米定位误差基础上的精确定位。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的中央控制器结构示意图；
图3为本发明的中央控制器控制原理框图；
图4为本发明的手持集控终端结构示意图；
图5为本发明的定位系统原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，包括中央控制器1、定位系统2、传感设备、多个无线信标、手持集控终端3以及远程监控系统4，所述传感设备和多个无线信标连接数据采集模块5，所述数据采集模块5通过无线射频网络6连接中央控制器1，本发明采用2.4G无线射频的传输通道，能够实现500m高质量实时信号传输，传输距离远远大于基于有线信号传输的射频识别技术；无线射频网络6采用2.4G无线射频的传输通道；所述定位系统2连接中央控制器1，所述中央控制器1还分别连接手持集控终端3和远程监控系统4，所述中央控制器1还连接新能源动力模组7和档位操纵器8，所述中央控制器1连接变频器9，所述变频器9连接电机10；多个无线信标包括第一无线信标30、第二无线信标31、第三无线信标32、第N无线信标，N为大于3的整数，相邻两个无线信标之间间距为90米-110米，所述多个无线信标处还安装有声呐装置，本发明通过在无线信标处加装声呐装置，对无线射频定位技术加以优化，实现原有2-3米定位误差基础上的精确定位；传感设备包括红外探头33、超声探头34、视频传感器35以及自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器36，所述红外探头33、超声探头34、视频传感器35安装在轨道电机车前部，所述自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器36安装在轨道电机车车轮上。
本实施例中，中央控制器1包括外壳体11，所述外壳体11上端设有收发天线12，所述外壳体11前端面设有显示屏13，所述显示屏13下端设有功能按钮14，所述显示屏13上端设有状态指示灯15，所述外壳体11内部设有控制电路板16，所述控制电路板16上设有核心控制单元17、数据模组采集器18、动力模组能量管理系统19以及WIFI模块20，所述核心控制单元17双向连接数据模组采集器18、动力模组能量管理系统19，所述数据模组采集器18双向连接动力模组能量管理系统19，所述核心控制单元17通过WIFI模块20分别连接远程监控系统4和手持集控终端3，本发明采用的中央控制器能够实现轨道电机车电能使用情况的实时监控，智能控制机车的运行速度，高效利用机车动力电能；同时根据现场施工反馈，和“传统手动操作模式”相比，轨道电机车按照“智能能耗控制操作模式运行”时，能够合理避免不必要的电能浪费。
本实施例中，手持集控终端3包括外壳21，所述外壳21前端面设有显示面板22，所述显示面板22下端设有多个功能按键23，所述功能按键23下端设有麦克风24，所述外壳21上端设有天线25，所述多个功能按键23包括系统全呼键、紧急呼叫键、开机键、关机键、确定键、返回键、更新键、记录键、单呼键、群呼键、组呼键、广播呼键、正向行驶键、反向行驶键、模式选择键、启动键以及紧急制动键，本发明采用的手持集控终端能够控制轨道电机车的近距离精确移位、远距离运行状态，同时带有集群语音对讲功能，提高隧道建设轨道新能源电机车运行可靠性，能够实现对隧道建设轨道电机车的远程调度，为隧道建设轨道电机车的智能控制提供支撑。
另外，本实施例中，定位系统2包括定位分站26、基准定位器27和移动定位终端28，所述移动定位终端28信号连接基准定位器27，所述基准定位器27信号连接定位分站26，所述定位分站26通过光纤连接光纤数据传输接口29，所述光纤数据传输接口29通过光纤连接远程监控系统中的数据处理服务器，将基准定位器的位置坐标存储在数据处理服务器中。系统上电之后，定位分站创建起一个无线射频网络，基准定位器依次加入到无线射频网络中。轨道电机车携带移动定位终端，移动定位终端定时向外发送包含自身ID的定位信息，基准定位器收到后加上该基准定位器ID和RSSI信息，通过无线射频网络转发给定位分站，定位分站再通过光纤网络发送给数据处理服务器，根据RSSI信息及已知的基准定位器坐标信息和定位算法，数据处理服务器即可计算出移动定位终端的位置坐标，也就是轨道电机车的位置坐标。
本发明的使用方法包括以下步骤：
A、数据模组采集器采集轨道电机车速度、位置、动力模组信息、轨道电机车载重、道路前方是否有障碍物等信息，通过自身算法处理后，向新能源动力模组能量管理系统、变频器自动转发指令信息；
B、变频器控制电机转速、转向，实现轨道电机车加速、减速、急停等操作，使机车按照预先设定的行驶路线、速度运行；
C、中央控制器通过自身携带的WIFI模块能够接受手持集控终端发送的指令，对轨道电机车进行远程遥控和近距离的位置精确微调；
D、轨道电机车运行状态信息、进出次数及载重吨位信息发送给数据模组采集器，从而发送给远程监控系统。
本发明自动化程度高，实现了轨道电机车手动、自动一体的操控模式的统一，即完全保留了现有人工驾驶模式，同时可以实现无人驾驶模式，提高隧道建设轨道电机车运行可靠性和运行效率，节省大量人力，达到轨道电机车智能控制的目的；另外，本发明采用的远程监控系统能够实现远程实时监控动力模组状况以及轨道电机车运行状况信息，还能采集机车实时定位信息，机车进出轨道次数及载重信息，提高机车运行可靠性，为轨道电机车的智能控制提供支撑。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，包括中央控制器(1)、定位系统(2)、传感设备、多个无线信标、手持集控终端(3)以及远程监控系统(4)，其特征在于：所述传感设备和多个无线信标连接数据采集模块(5)，所述数据采集模块(5)通过无线射频网络(6)连接中央控制器(1)，所述定位系统(2)连接中央控制器(1)，所述中央控制器(1)还分别连接手持集控终端(3)和远程监控系统(4)，所述中央控制器(1)还连接新能源动力模组(7)和档位操纵器(8)，所述中央控制器(1)连接变频器(9)，所述变频器(9)连接电机(10)。
2.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述中央控制器(1)包括外壳体(11)，所述外壳体(11)上端设有收发天线(12)，所述外壳体(11)前端面设有显示屏(13)，所述显示屏(13)下端设有功能按钮(14)，所述显示屏(13)上端设有状态指示灯(15)，所述外壳体(11)内部设有控制电路板(16)，所述控制电路板(16)上设有核心控制单元(17)、数据模组采集器(18)、动力模组能量管理系统(19)以及WIFI模块(20)，所述核心控制单元(17)双向连接数据模组采集器(18)、动力模组能量管理系统(19)，所述数据模组采集器(18)双向连接动力模组能量管理系统(19)，所述核心控制单元(17)通过WIFI模块(20)分别连接远程监控系统(4)和手持集控终端(3)。
3.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述手持集控终端(3)包括外壳(21)，所述外壳(21)前端面设有显示面板(22)，所述显示面板(22)下端设有多个功能按键(23)，所述功能按键(23)下端设有麦克风(24)，所述外壳(21)上端设有天线(25)，所述多个功能按键(23)包括系统全呼键、紧急呼叫键、开机键、关机键、确定键、返回键、更新键、记录键、单呼键、群呼键、组呼键、广播呼键、正向行驶键、反向行驶键、模式选择键、启动键以及紧急制动键。
4.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述定位系统(2)包括定位分站(26)、基准定位器(27)和移动定位终端(28)，所述移动定位终端(28)信号连接基准定位器(27)，所述基准定位器(27)信号连接定位分站(26)，所述定位分站(26)通过光纤连接光纤数据传输接口(29)，所述光纤数据传输接口(29)通过光纤连接远程监控系统中的数据处理服务器。
5.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述多个无线信标包括第一无线信标(30)、第二无线信标(31)、第三无线信标(32)、第N无线信标，N为大于3的整数，相邻两个无线信标之间间距为90米-110米，所述多个无线信标处还安装有声呐装置。
6.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述传感设备包括红外探头(33)、超声探头(34)、视频传感器(35)以及自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器(36)，所述红外探头(33)、超声探头(34)、视频传感器(35)安装在轨道电机车前部，所述自动驾驶轨道电机车位置速度辅助传感器(36)安装在轨道电机车车轮上。
7.根据权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：所述无线射频网络(6)采用2.4G无线射频的传输通道。
8.实现权利要求1所述的一种隧道建设新能源轨道电机车无人驾驶系统，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：
A、数据模组采集器采集轨道电机车速度、位置、动力模组信息、轨道电机车载重、道路前方是否有障碍物等信息，通过自身算法处理后，向新能源动力模组能量管理系统、变频器自动转发指令信息；
B、变频器控制电机转速、转向，实现轨道电机车加速、减速、急停等操作，使机车按照预先设定的行驶路线、速度运行；
C、中央控制器通过自身携带的WIFI模块能够接受手持集控终端发送的指令，对轨道电机车进行远程遥控和近距离的位置精确微调：
D、轨道电机车运行状态信息、进出次数及载重吨位信息发送给数据模组采集器，从而发送给远程监控系统。
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