CN106274993B - 一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统，包括多个传感器组、数据采集模块、定位系统、多个执行器以及数据中心主机，多个传感器组分别连接数据采集模块，数据采集模块通过无线射频传输网络连接数据中心主机，数据中心主机还分别连接定位系统和多个执行器，本发明结构原理简单、使用维护方便、智能化程度高，有效解决架线式轨道电机车可靠性问题；同时能够有效地实时识别轨道电机车运行状态、运行环境，通过无线方式控制轨道电动车做出有效行为。

Description

一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统

技术领域

本发明涉及隧道建设新能源轨道电机车系统领域，具体为一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统。

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。

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、基础建设中等，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。目前大部分隧道运输机车都是电机车，使用的是直流串励电动机。按供给直流电源的方式分，有架线式和蓄电池式两种：

架线式轨道电机车的供电方式，交流电在变流所整流后，正极接在架空线上，负极接在轨道上。架空线是沿运行轨道上空架设的裸导线，轨道电机车上的受电弓与架空线接触，将电流引入车内，经车上的控制器和牵引电动机，再经轨道流回。

目前，用于隧道建设的轨道电机车环境识别与定位的系统基本上采RFID技术，已有的采用RFID技术的跟踪定位系统终端可分为无源被动式和有源主动式两种。无源被动式终端无需电源供电，通讯时需基站向其持续发送一段时间的无线信号，终端储存接收到的无线信号的能量，靠此能量向外发射信息。该方式的无线通信技术，通信调制频率从十几MHz到几百MHz都有，通信速度较慢，通信距离较近(约10米以内)。有源主动式终端自备电池，定时主动向外发射信号。通信调制频率一般为ISM频段的2.4GHz，通信速率较快，通信距离约30-50米，通信距离仍相对较近。但在地下隧道复杂环境下信号传输质量较差。

架线式轨道电机车的轨道必须按电流回路的要求接通，在隧道复杂的工作环境下，极易发生断线等线路故障，影响轨道电机车的正常运行；且故障排除困难，耗时费力，给生产、建设进程带来极大影响。另外，轨道电机车运行时，受电弓与架空线间难免产生火花，带有引发瓦斯爆炸的危险，只能在低沼气的主要运输隧道内使用。这也是制约其使用的不利条件。

在轨道电机车运行环境信号传输方面，采用有源主动和无源被动方式的RFID技术的跟踪定位系统的基站之间，目前多采用有线通讯技术，如RS232、RS422、RS485及CAN总线等。这类有线通信技术远距离传输时通信速率较低，造价较高，安装施工不方便。另外基站成本较高，如隧道全覆盖，将极大的提高系统成本。RFID有线通信传输距离有限，读写速度慢，存在漏检，信号碰撞问题，抗冲突性低；RFID有线连接不能组网，灵活性差；数据传输量小，价格相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统，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：一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统，包括多个传感器组、数据采集模块、定位系统、多个执行器以及数据中心主机，所述多个传感器组分别连接数据采集模块，所述数据采集模块通过无线射频传输网络连接数据中心主机，所述数据中心主机还分别连接定位系统和多个执行器；

所述多个传感器组分为第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组、第M传感器组，M为大于3的整数，每个传感器组的结构均一致，包括红外距离感应探头、超声波探测探头、速度传感器、视频传感器以及轨道电机车车轮辅助位置传感器；

所述多个执行器分为第一执行器、第二执行器、第三执行器、第N执行器，N为大于3的整数；

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数据中心主机中的数据处理服务器；所述无线射频传输网络采用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、在轨道电机车上安装控制器，控制器上安装数据采集模块，之后在轨道电机车前部和后部增加红外距离感应探头、超声波探测探头、速度传感器、视频传感器以及在车轮上安装轨道电机车车轮辅助位置传感器；

B、轨道电机车启动运行，若前方有障碍物，轨道电机车向障碍物时，数据中心主机上的视频监控画面监控机车与障碍物之间的实时距离和机车速度；在一定的距离处，数据中心主机进行报警提示，提示前方存在障碍物，提醒轨道维护人员前去处理；

C、若前方有现场施工人员，视频监控画面上提示轨道前方有施工人员，同时控制器控制轨道电机车自动鸣笛，提醒施工人员离开；并实时不断地检测与施工人员的距离与机车速度，当施工人员离开时，控制机车保持原有速度继续运行，当施工人员在轨道电机车鸣笛后未离开，控制器控制轨道电机车在安全距离外紧急刹车制动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明结构原理简单、使用维护方便、智能化程度高，有效解决架线式轨道电机车可靠性问题；同时能够有效地实时识别轨道电机车运行状态、运行环境，通过无线方式控制轨道电动车做出有效行为。

(2)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。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2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1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统，包括多个传感器组、数据采集模块1、定位系统2、多个执行器以及数据中心主机3，所述多个传感器组分别连接数据采集模块1，所述数据采集模块1通过无线射频传输网络4连接数据中心主机3，所述数据中心主机3还分别连接定位系统2和多个执行器；无线射频传输网络4采用2.4G无线射频的传输通道，通过自己设定的上层通信协议实现隧道内的无线通信。通信距离从几百米到几公里，并且支持无限扩展，十分适用于隧道掘进这种通信距离在不断延伸的系统。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输。

所述多个传感器组分为第一传感器组5、第二传感器组6、第三传感器组7、第M传感器组，M为大于3的整数，每个传感器组的结构均一致，包括红外距离感应探头8、超声波探测探头9、速度传感器10、视频传感器11以及轨道电机车车轮辅助位置传感器12；多个传感器组能够识别轨道前方障碍物的类别。及时将障碍物的类型以及距离障碍物的距离、轨道电机车速度等信息通过无线射频信号传输通道发送给轨道电机车和远程监控终端，控制轨道电机车做出规避动作。视频传感器将轨道电机车前方轨道所处环境状况实时传输地面监控室，监控人员对轨道电机车发出信号，控制其动作。例如，快到达终点时，提前减速运行；遇到落石等障碍物进行紧急停车；通过红外距离感应探头发现前方有施工人员时，发出警报，提醒其及时做出规避，同时减速运行。通过安装在轨道电机车上的速度传感器精确测算轨道电机车的速度，传输到监控室控制面板，以便工作人员参考。

所述多个执行器分为第一执行器13、第二执行器14、第三执行器15、第N执行器，N为大于3的整数。

隧道和轨道电机车的相关数据信息由安装的各种传感器来获取，数据采集系统将获取的采集现场多种传感器的感测数据集中起来，通过无线射频传输网络方式传送给数据中心主机，再由数据中心主机分析计算各个数据采集系统传输上来的反映轨道电机车现场环境状态的数据，然后根据分析结果发出相应的控制指令，控制轨道电机车动作。

本实施例中，定位系统2包括定位分站16、基准定位器17和移动定位终端18，所述移动定位终端18信号连接基准定位器17，所述基准定位器17信号连接定位分站16，所述定位分站16通过光纤连接光纤数据传输接口19，所述光纤数据传输接口19通过光纤连接数据中心主机3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、在轨道电机车上安装控制器，控制器上安装数据采集模块，之后在轨道电机车前部和后部增加红外距离感应探头、超声波探测探头、速度传感器、视频传感器以及在车轮上安装轨道电机车车轮辅助位置传感器；及时将障碍物的类型以及距离障碍物的距离、轨道电机车速度等信息通过无线射频信号传输通道发送给轨道电机车和远程监控系统、手持集控终端，做出规避动作；

B、轨道电机车启动运行，若前方有障碍物，轨道电机车向障碍物时，数据中心主机上的视频监控画面监控机车与障碍物之间的实时距离和机车速度；在一定的距离处，数据中心主机进行报警提示，提示前方存在障碍物，提醒轨道维护人员前去处理；在这过程中，轨道电机车上安装的控制器根据机车距离障碍物距离、速度信息，判断出到达障碍物时间，控制机车是平滑减速制动，还是刹车紧急制动；以保证轨道电机车在安全距离外可靠停车，同时节约电能；

C、若前方有现场施工人员，视频监控画面上提示轨道前方有施工人员，同时控制器控制轨道电机车自动鸣笛，提醒施工人员离开；并实时不断地检测与施工人员的距离与机车速度，当施工人员离开时，控制机车保持原有速度继续运行，当施工人员在轨道电机车鸣笛后未离开，控制器控制轨道电机车在安全距离外紧急刹车制动。

本发明结构原理简单、使用维护方便、智能化程度高，有效解决架线式轨道电机车可靠性问题；同时能够有效地实时识别轨道电机车运行状态、运行环境，通过无线方式控制轨道电动车做出有效行为；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。

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 (2)

1.一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统，包括多个传感器组、数据采集模块(1)、定位系统(2)、多个执行器以及数据中心主机(3)，其特征在于：所述多个传感器组分别连接数据采集模块(1)，所述数据采集模块(1)通过无线射频传输网络(4)连接数据中心主机(3)，所述数据中心主机(3)还分别连接定位系统(2)和多个执行器；

所述多个传感器组分为第一传感器组(5)、第二传感器组(6)、第三传感器组(7)、第M传感器组，M为大于3的整数，每个传感器组的结构均一致，包括红外距离感应探头(8)、超声波探测探头(9)、速度传感器(10)、视频传感器(11)以及轨道电机车车轮辅助位置传感器(12)；

所述多个执行器分为第一执行器(13)、第二执行器(14)、第三执行器(15)、第N执行器，N为大于3的整数；所述定位系统(2)包括定位分站(16)、基准定位器(17)和移动定位终端(18)，所述移动定位终端(18)信号连接基准定位器(17)，所述基准定位器(17)信号连接定位分站(16)，所述定位分站(16)通过光纤连接光纤数据传输接口(19)，所述光纤数据传输接口(19)通过光纤连接数据中心主机(3)中的数据处理服务器；所述无线射频传输网络(4)采用2.4G无线射频的传输通道。

2.实现权利要求1所述的一种基于无线射频技术的轨道电动车环境自动识别系统的使用方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：

A、在轨道电机车上安装控制器，控制器上安装数据采集模块，之后在轨道电机车前部和后部增加红外距离感应探头、超声波探测探头、速度传感器、视频传感器以及在车轮上安装轨道电机车车轮辅助位置传感器；

B、轨道电机车启动运行，若前方有障碍物，轨道电机车向障碍物时，数据中心主机上的视频监控画面监控机车与障碍物之间的实时距离和机车速度；在一定的距离处，数据中心主机进行报警提示，提示前方存在障碍物，提醒轨道维护人员前去处理；

C、若前方有现场施工人员，视频监控画面上提示轨道前方有施工人员，同时控制器控制轨道电机车自动鸣笛，提醒施工人员离开；并实时不断地检测与施工人员的距离与机车速度，当施工人员离开时，控制机车保持原有速度继续运行，当施工人员在轨道电机车鸣笛后未离开，控制器控制轨道电机车在安全距离外紧急刹车制动。