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基本信息
- 項目名稱：
- 軌道交通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 軌道交通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是用來實現(xiàn)對列車位置的精準(zhǔn)定位、對列車進行實時測速以及對列車到站時刻的精確預(yù)報，為檢測軌道列車運行狀況提供了一種切實可行的檢測技術(shù)。本作品由分布在車站及軌道沿途的多個無線傳感器節(jié)點、網(wǎng)關(guān)以及車站中心控制室組成。本作品為現(xiàn)在及將來軌道交通的全自動化駕駛提供了一種切實可行的理論方法和檢測技術(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 軌道交通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（下簡稱系統(tǒng)）由分布在車站及軌道沿途的多個無線傳感器節(jié)點、網(wǎng)關(guān)以及列車和各車站及總站的中心控制室組成，本系統(tǒng)充分利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理感知能力以及快速無線傳輸?shù)奶匦?，實現(xiàn)列車位置的精準(zhǔn)定位以及列車進行實時測速，通過利用上層軟件可實現(xiàn)軌道列車到站時刻的精確預(yù)報。該系統(tǒng)具有很好的極端情況應(yīng)對能力，雙路供電設(shè)計可以保證檢測節(jié)點即使在只是用干電池的情況下仍然可以正常工作。現(xiàn)有軌道交通ATC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何準(zhǔn)確的進行列車定位和以及獲取其實時速度。本作品主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在軌道交通上的運用，并可提供與現(xiàn)有系統(tǒng)相似的功能。該技術(shù)方法為現(xiàn)在及將來軌道交通列車的自動駕駛提供了一種可靠實際的理論支持。為人們今后快捷，安全及舒適出行提供了技術(shù)保障。因此在當(dāng)前及將來的軌道交通以及其他形式的交通運輸中都有廣闊的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品創(chuàng)新點： 1. 首次將WSN技術(shù)運用在軌道交通列車檢測技術(shù)中。 2. 相對于現(xiàn)有的ATC系統(tǒng)可同時實現(xiàn)列車的絕對定位與相對定位。 3. 可提供實時測速及速度碼的驗證，為VCU單元提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支撐。 作品技術(shù)優(yōu)勢： 1. 全部無線節(jié)點均內(nèi)置可編程模塊，方便后期通過編程實現(xiàn)新的功能。 2. 硬件設(shè)計緊湊，充分考慮軌道環(huán)境的實際情況，無需對現(xiàn)場做大改動就可輕松布設(shè)。 3. 整個傳感網(wǎng)絡(luò)多重冗余考慮，系統(tǒng)魯棒性強。超低功耗設(shè)計，有較強的災(zāi)難應(yīng)對能力。 4. 建設(shè)營運成本低，相較現(xiàn)有的信號系統(tǒng)的建設(shè)陳本來說具有較大優(yōu)勢。 檢測節(jié)點硬件參數(shù) 微處理器 CC2430（SoC設(shè)計，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強型，128Kbyte Flash AD 10bit 1Ch）2.4GHz（IEEE 802.15.4 ） 傳送速率 最大250Kbps 傳輸通道 16個可選頻段 傳輸距離 0-100m可調(diào)（增強型節(jié)點在0-800m可調(diào)） 超低功耗 睡眠：0.6-0.9uA 電源 1.5vAA 2 光電傳感器相關(guān)參數(shù) 最大有效檢測距離 反射式：4m； 漫反射式：30cm 靈敏度 <=30ms 輸入電壓 12-240V 工作方式 DC AC自適應(yīng) 輸出電壓 18V
科學(xué)性、先進性
- 系統(tǒng)設(shè)計完全符合國家標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國家中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 12 75 8- 2 004 本系統(tǒng)在設(shè)計之初就完全參考了以上標(biāo)準(zhǔn)進行開發(fā)，其中根據(jù)第2條款本系統(tǒng)完全符合經(jīng)濟性、可靠性，同時還定義軌道交通信號系統(tǒng)的不同功能層，并明確指出了WSN網(wǎng)絡(luò)處于底層感知并向上層提供數(shù)據(jù)的分層結(jié)構(gòu)。針對第4條款，本系統(tǒng)提出通過調(diào)整傳感器檢測節(jié)點的布設(shè)密度以靈活的調(diào)整系統(tǒng)精度，從而滿足城市軌道交通不同運量和行車密度的運營需要。針對第5條款本系統(tǒng)不單一強調(diào)地車通訊能力還著重考慮了傳感器節(jié)點與中心控制室的數(shù)據(jù)通訊能力，從而保證中心控制室可以獲取實時、可靠的車輛運行數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)計將有助于實現(xiàn)列車運行的統(tǒng)一指揮調(diào)度。針對第6條款，本系統(tǒng)有較強的獨立運行能力，無論是檢測手段或者通訊方式都不過度依賴現(xiàn)有系統(tǒng)從而提高本系統(tǒng)的可靠性。針對第7、8、9、12條款本系統(tǒng)從設(shè)備冗余到多路供電、從設(shè)置多種報警參數(shù)到通訊加密技術(shù)，本系統(tǒng)通過多種手段保證軌道交通的安全、穩(wěn)定運行。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 暫無
作品所處階段
- 實驗室模型搭建已經(jīng)完成，目前正處于在軌測試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實施許可轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、錄像、圖片、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 作品適用范圍與運用前景 在軌道交通自動駕駛方面的應(yīng)用 在軌道交通高密度列車運營方面的應(yīng)用 在軌道交通列車到站時間預(yù)報方面的應(yīng)用 目前軌道交通信號系統(tǒng)的許多關(guān)鍵技術(shù)都在國外的企業(yè)手中，通過運用WSN技術(shù)，可實現(xiàn)ATC系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)。從而有效突破此瓶頸。 目前軌道交通ATC系統(tǒng)主要依賴國外公司的產(chǎn)品，國內(nèi)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)以及完整功能的ATC系統(tǒng)未見報道。本作品是在這樣的環(huán)境下開始研究與開發(fā)的，意在打破國外公司的完全技術(shù)壟斷。通過研究WSN網(wǎng)絡(luò)并將它結(jié)合入軌道交通ATC系統(tǒng)是一個大膽而具有突破性的嘗試。另一方面WSN網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)也處于起步階段，運用WSN實現(xiàn)的檢測與控制系統(tǒng)如同雨后春筍一般涌現(xiàn)出來。所以將WSN技術(shù)盡早運用到軌交運行技術(shù)中去是本作品的重大技術(shù)優(yōu)勢以及創(chuàng)新之處。
同類課題研究水平概述
- 目前世界各國的城市軌道交通信號系統(tǒng)大都采用列車自動控制系統(tǒng)（ＡＴＣ）?，F(xiàn)今軌道交通信號系統(tǒng)主要進行了以下幾個方面的研究： 固定閉塞（臺階式）信號系統(tǒng) 模擬軌道電路為基礎(chǔ)的綜合控制系統(tǒng)，通常采用計算機或繼電聯(lián)鎖，和車載機車信號配合，裝備電子調(diào)度集中CTC。國內(nèi)外主要采用了這種信號系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛。 準(zhǔn)移動信號系統(tǒng) 數(shù)字軌道電路為基礎(chǔ)的目標(biāo)距離（Distance To Go）模式控制系統(tǒng)，采用計算機聯(lián)鎖。車載裝備ATC系統(tǒng)（包括ATP、ATO和ATS）。國內(nèi)只有部分配套技術(shù)較成熟，數(shù)字軌道電路依靠引進或國內(nèi)組裝生產(chǎn)，核心的ATP、ATO均以引進為主。 基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC） CBTC是通過移動閉塞技術(shù)來縮短運行間隔，從而優(yōu)化列車的安全運行以及全自動化的中央控制。這些特性提高了列車的運能和效率，同時也使得列車的運行更具有靈活性。列車在運行過程中，其運行數(shù)據(jù)將可以通過設(shè)置在列車以及軌旁的支持多項標(biāo)準(zhǔn)的無線和寬帶系統(tǒng)設(shè)備來傳遞。目前，CBTC完全被國際上少數(shù)幾個公司壟斷，CBTC以列車與地面的傳輸信息方式來劃分，分無線、環(huán)線、漏纜及波導(dǎo)管等幾種。移動閉塞（Moving blocking） 從技術(shù)角度來講，閉塞分固定閉塞和移動閉塞二種，目前世界上最先進的信號系統(tǒng)是：移動閉塞（Moving Block），采用CBTC技術(shù)，并實現(xiàn)無人駕駛DTO（Driverless Train Operation），如龐巴迪公司的CITYFLO650系統(tǒng)。 然而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軌道交通領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用尚處于初始階段，如英國國家鐵路公司在部分線路的沿線橋梁關(guān)鍵部位布置傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以實時采集應(yīng)力數(shù)據(jù)、形變，以及撞擊事件的發(fā)生。歐盟部分國家在地鐵隧道內(nèi)布置傳感器網(wǎng)絡(luò)用于記錄隧道頂部和側(cè)面的受力分布，還在阿姆斯特丹的部分地鐵內(nèi)設(shè)置傳感器節(jié)點以進行環(huán)境參數(shù)采集監(jiān)測和稀有氣體的檢測。因而將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在軌道交通列車的精確定位、對列車的實時測速以及對列車到站時間的精確預(yù)報尚屬首次。
