CN110611898B - 一种基于物联网的高可靠性车地通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的高可靠性车地通信系统，包括车辆信息传输单元、轨道信息传输单元、云服务单元、地面基站以及总部办公室，其中，车辆信息传输单元将车辆信息、轨道信息传输单元将轨道信息传输至地面基站，而地面基站再将车辆信息、轨道信息传输至云服务单元，总部办公室可以通过云服务单元进行查看与监控。采用上述系统车辆信息采用无线网络传输提高传输的效率，轨道信息通过LoRa传输技术集合至地面基站在通过无线网络传输，能够提高车辆信息与轨道信息传输的可靠性，同时减少线缆的使用，不仅降低成本还降低设备安装接口复杂度。

Description

一种基于物联网的高可靠性车地通信系统
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆和轨道线路技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的高可靠性车地通信系统。
背景技术
随着轨道交通车辆规模化的运营和维护，实时监控车辆与轨道的健康状态信息在提高列车运营效率和提升列车运维智能化就显得至关重要。
传统轨道车辆状态数据通过WLAN车地通信方式传送到地面，这就需要在车辆上安装WLAN发送模块，在轨旁地面布置WLAN接收模块，且受到WLAN传输距离的限制(200m左右)，在轨旁需要布满WLAN接收模块且在地面还要布置光纤或以太网环网通信，不仅增加成本还提高设备安装的接口复杂度；传统的轨道状态数据的采集通过多个传感器来实现，并通过轨道旁的基站向外传输，传感器采集以及传输效果较差，不能真实反应轨道的状态，而且地面需要连接的线路较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现轨道车辆信息及轨道信息传输可靠性的基于物联网的高可靠性车地通信系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于物联网的高可靠性车地通信系统，包括车辆信息传输单元、轨道信息传输单元、云服务单元、地面基站以及总部办公室，其中，
车辆信息传输单元，采集车辆行驶或停止过程中的信息并将该信息通过无线网络传输至云服务单元；
轨道信息传输单元，采集轨道在当前环境下的状态信息并通过LoRa传输技术将轨道信息汇总至地面基站；
地面基站，接收轨道信息并通过无线网络将该轨道信息传输至云服务单元；
云服务单元，接收车辆信息与轨道信息并进行存储以及处理；
总部办公室，与云服务单元通信进行实时查看处理后的车辆信息与轨道信息。
进一步具体的，所述的无线网络传输由4G、5G以及6G网络中至少一种网络组成。
进一步具体的，所述的车辆信息传输单元与地面基站之间通过WLAN网络模块实现通信备份；当车辆信息传输单元内置的无线网络传输较差时，通过WLAN网络模块将车辆信息传输至地面基站，之后通过地面基站传输至云服务单元。
进一步具体的，所述的轨道信息传输单元内设置LoRa终端模块与MEMS传感器，所述的LoRa终端模块接收MEMS传感器采集的轨道信息并传输至地面基站。
进一步具体的，所述的LoRa终端模块与MEMS传感器采用同一电源进行供电，在所述的电源与MEMS传感器之间设置一降压电路实现电压的降低方便对MEMS传感器供电。
进一步具体的，所述的降压电路包括一稳压器、第一电容以及第二电容，在所述的稳压器的一端连接12V的电源，另一端输出为5V的电压为MEMS传感器供电；所述的稳压器靠近12V电源的一端通过第一电容后接地；所述的稳压器靠近5V输出电压的一端通过第二电容后接地。
进一步具体的，所述的车辆信息传输单元包括车载主机、设置在车载主机上的无线网络传输模块以及与无线网络传输模块通信的车辆控制单元，所述的车辆控制单元与无线网络传输模块之间通过UDP协议进行通信。
进一步具体的，所述的云服务单元包括数据服务器、web服务器以及安装管理与分析应用软件，在云服务单元内实现对数据的处理，并通过总部办公室进行实时查看。
进一步具体的，所述的云服务单元将接收到的车辆信息以及轨道信息在数据服务器内建立离线数据库，并通过分析应用软件统计设备的故障等级、故障类型、故障时间形成散点图及饼状图，同时建立故障履历数据库。
本发明的有益效果是：采用上述系统车辆信息采用无线网络传输提高传输的效率，轨道信息通过LoRa传输技术集合至地面基站在通过无线网络传输，能够提高车辆信息与轨道信息传输的可靠性，同时减少线缆的使用，不仅降低成本还降低设备安装接口复杂度。
附图说明
图1是本发明的信号传输示意图；
图2是本发明降压电路的示意图。
图中：1、车辆信息传输单元；2、轨道信息传输单元；3、云服务单元；4、地面基站；5、总部办公室；11、车载主机；12、车辆控制单元；13、42、无线网络传输模块；14、WLAN网络发射组件；21、MEMS传感器；22、LoRa终端模块；41、LoRa小型基站；43、WLAN网络接收组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示一种基于物联网的高可靠性车地通信系统，包括车辆信息传输单元1、轨道信息传输单元2、云服务单元3、地面基站4以及总部办公室5，其中，车辆信息传输单元1将车辆信息，轨道信息传输单元2将轨道信息传输至地面基站4，而地面基站4再将车辆信息、轨道信息传输至云服务单元3，总部办公室5的服务器可以通过云服务单元3进行查看与监控。
车辆信息传输单元1，采集车辆行驶或停止过程中的信息并将该信息通过无线网络传输至云服务单元3，车辆行驶或停止过程中的状态信息通过车辆控制单元12(VCU)进行采集，车辆控制单元12(VCU)安装在车载主机11上，同时在车载主机11上设置无线网络传输模块13进行信号传递，车辆控制单元12通过UDP协议与无线网络传输模块13进行信号传输，该无线网络传输模块13具有路由与天线的功能；该无线网络传输功能是由4G、5G以及6G网络中至少一种网络组成来实现传输，也就是说4G、5G以及6G网络可以配合使用也可以单独使用；同时配备WLAN网络发射组件14为备用，当4G、5G以及6G网络信号不好是采用WLAN网络发射组件14进行信号传输。
轨道信息传输单元2，采集轨道在当前环境下的状态信息并通过LoRa传输技术将轨道信息汇总至地面基站4，轨道信息传输单元2内设置LoRa终端模块22与MEMS传感器21并成组设置在轨道旁，所述的LoRa终端模块22接收MEMS传感器21采集的轨道信息并传输至地面基站4，该MEMS传感器21采集轨道的加速度、振动和位置偏移量等状态信息，同时在地面基站4内集成LoRa小型基站41与LoRa终端模块22配合进行信号传输，一个地面基站4可以与若干个LoRa终端模块22进行通信，单个LoRa小型基站41与若干个LoRa终端模块22采用自组网的通信方式通信以便可以针对不同状态的轨道进行设置并进行数据通信；一个MEMS传感器21与一个LoRa终端模块22配合使用，它们之间可以采用有线连接也可以采用无线连接实现信息传递。
上述LoRa终端模块22与MEMS传感器21采用同一电源进行供电，由于LoRa终端模块22需要12V的电压，而MEMS传感器21需要5V的电压，两者所需电压不同，故需要对电源进行改造，如图2所示在提供12V电压的电源上设置一降压电路与MEMS传感器21连接，该降压电路包括一稳压器、第一电容C1以及第二电容C2，在所述的稳压器的一端连接12V的电源，另一端输出为5V的电压为MEMS传感器21供电；所述的稳压器靠近12V电源的一端通过第一电容C1后接地；所述的稳压器靠近5V输出电压的一端通过第二电容C2后接地。该电源为太阳能电池，在轨道旁架设太阳能电池板为其充电。
地面基站4，通过内置的LoRa小型基站41接收LoRa终端模块22发出的轨道信息并通过无线网络将该轨道信息传输至云服务单元3，地面基站4内设置无线网络传输模块42进行信号传递，该无线网络传输模块42也具有路由与天线的功能；该无线网络为4G、5G以及6G网络组合，能够提高信号传输的可靠性，同时该信号传输也可以采用有线传输，例如光纤或以太网环网通信；由于地面基站4不会移动，故可以将其建设在信号较好的地段或者增加信号接收塔增强信号；同时在地面基站4内设置WLAN网络接收组件43用于接收车辆信息传输单元1的WLAN网络发射组件14发出的车辆信息，WLAN网络发射组件14与WLAN网络接收组件43组成WLAN网络模块，该WLAN网络模块主要功能是通信备份，当车辆信息传输单元1内置的无线网络传输较差时，可以通过WLAN网络模块将车辆信息传输至地面基站4，之后通过地面基站4传输至云服务单元3。
云服务单元3，接收车辆信息与轨道信息并进行存储以及处理，云服务单元3包括数据服务器、web服务器以及安装管理与分析应用软件，在云服务单元3内实现对数据的处理，并通过总部办公室5进行实时查看；所述的云服务单元3将接收到的车辆信息以及轨道信息在数据服务器内建立离线数据库，并通过分析应用软件统计设备的故障等级、故障类型、故障时间形成散点图及饼状图，同时建立故障履历数据库。
总部办公室5，与云服务单元3通信进行实时查看处理后的车辆信息与轨道信息，通过多样化图示查看不同信号间逻辑关系。
综上，车辆信息采用无线网络传输提高传输的效率，轨道信息通过LoRa传输技术集合至地面基站在通过无线网络传输，能够提高车辆信息与轨道信息传输的可靠性，同时减少线缆的使用，不仅降低成本还降低设备安装接口复杂度；而本系统提供车辆信息及轨道梁重要参数并数据统计分析，为后期简化轨道梁设计降低整体建设成本提供依据。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是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 (5)

1.一种基于物联网的高可靠性车地通信系统，其特征在于，包括车辆信息传输单元(1)、轨道信息传输单元(2)、云服务单元(3)、地面基站(4)以及总部办公室(5)，其中，
车辆信息传输单元(1)，采集车辆行驶或停止过程中的信息并将该信息通过无线网络传输至云服务单元(3)；
轨道信息传输单元(2)，采集轨道在当前环境下的状态信息并通过LoRa传输技术将轨道信息汇总至地面基站(4)；
地面基站(4)，接收轨道信息并通过无线网络将该轨道信息传输至云服务单元(3)；
云服务单元(3)，接收车辆信息与轨道信息并进行存储以及处理；
总部办公室(5)，与云服务单元(3)通信进行实时查看处理后的车辆信息与轨道信息；
所述的车辆信息传输单元(1)与地面基站(4)之间通过WLAN网络模块实现通信备份；当车辆信息传输单元内置的无线网络传输较差时，通过WLAN网络模块将车辆信息传输至地面基站(4)，之后通过地面基站(4)传输至云服务单元(3)；所述的轨道信息传输单元(2)内设置LoRa终端模块(22)与MEMS传感器(21)，所述的LoRa终端模块(22)接收MEMS传感器(21)采集的轨道信息并传输至地面基站(4)；所述的LoRa终端模块(22)与MEMS传感器(21)采用同一电源进行供电，在所述的电源与MEMS传感器(21)之间设置一降压电路实现电压的降低方便对MEMS传感器(21)供电；所述的降压电路包括一稳压器、第一电容以及第二电容，在所述的稳压器的一端连接12V的电源，另一端输出为5V的电压为MEMS传感器(21)供电；所述的稳压器靠近12V电源的一端通过第一电容后接地；所述的稳压器靠近5V输出电压的一端通过第二电容后接地。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的高可靠性车地通信系统，其特征在于，所述的无线网络传输由4G、5G以及6G网络中至少一种网络组成。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的高可靠性车地通信系统，其特征在于，所述的车辆信息传输单元(1)包括车载主机(11)、设置在车载主机(11)上的无线网络传输模块(13)以及与无线网络传输模块(13)通信的车辆控制单元(12)，所述的车辆控制单元(12)与无线网络传输模块(13)之间通过UDP协议进行通信。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的高可靠性车地通信系统，其特征在于，所述的云服务单元(3)包括数据服务器、web服务器以及安装管理与分析应用软件，在云服务单元内实现对数据的处理，并通过总部办公室的服务器进行实时查看。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的高可靠性车地通信系统，其特征在于，所述的云服务单元(3)将接收到的车辆信息以及轨道信息在数据服务器内建立离线数据库，并通过分析应用软件统计设备的故障等级、故障类型、故障时间形成散点图及饼状图，同时建立故障履历数据库。
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