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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 軌道交通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 軌道交通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)列車位置的精準(zhǔn)定位、對(duì)列車進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)速以及對(duì)列車到站時(shí)刻的精確預(yù)報(bào)，為檢測(cè)軌道列車運(yùn)行狀況提供了一種切實(shí)可行的檢測(cè)技術(shù)。本作品由分布在車站及軌道沿途的多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、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(lái)軌道交通的全自動(dòng)化駕駛提供了一種切實(shí)可行的理論方法和檢測(cè)技術(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 軌道交通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）由分布在車站及軌道沿途的多個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理感知能力以及快速無(wú)線傳輸?shù)奶匦?，?shí)現(xiàn)列車位置的精準(zhǔn)定位以及列車進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)速，通過(guò)利用上層軟件可實(shí)現(xiàn)軌道列車到站時(shí)刻的精確預(yù)報(bào)。該系統(tǒng)具有很好的極端情況應(yīng)對(duì)能力，雙路供電設(shè)計(jì)可以保證檢測(cè)節(jié)點(diǎn)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(jìn)行列車定位和以及獲取其實(shí)時(shí)速度。本作品主要研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在軌道交通上的運(yùn)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(lái)軌道交通列車的自動(dòng)駕駛提供了一種可靠實(shí)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(lái)的軌道交通以及其他形式的交通運(yùn)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 首次將WSN技術(shù)運(yùn)用在軌道交通列車檢測(cè)技術(shù)中。 2. 相對(duì)于現(xiàn)有的ATC系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)列車的絕對(duì)定位與相對(duì)定位。 3. 可提供實(shí)時(shí)測(cè)速及速度碼的驗(yàn)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(shì)： 1. 全部無(wú)線節(jié)點(diǎn)均內(nèi)置可編程模塊，方便后期通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)新的功能。 2. 硬件設(shè)計(jì)緊湊，充分考慮軌道環(huán)境的實(shí)際情況，無(wú)需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做大改動(dòng)就可輕松布設(shè)。 3. 整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)多重冗余考慮，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)。超低功耗設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的災(zāi)難應(yīng)對(duì)能力。 4. 建設(shè)營(yíng)運(yùn)成本低，相較現(xiàn)有的信號(hào)系統(tǒng)的建設(shè)陳本來(lái)說(shuō)具有較大優(yōu)勢(shì)。 檢測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件參數(shù) 微處理器 CC2430（SoC設(shè)計(jì)，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)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(gè)可選頻段 傳輸距離 0-100m可調(diào)（增強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)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(cè)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(jìn)性
- 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國(guó)家中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 12 75 8- 2 004 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就完全參考了以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，其中根據(jù)第2條款本系統(tǒng)完全符合經(jīng)濟(jì)性、可靠性，同時(shí)還定義軌道交通信號(hào)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(duì)第4條款，本系統(tǒng)提出通過(guò)調(diào)整傳感器檢測(cè)節(jié)點(diǎn)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(yùn)量和行車密度的運(yùn)營(yíng)需要。針對(duì)第5條款本系統(tǒng)不單一強(qiáng)調(diào)地車通訊能力還著重考慮了傳感器節(jié)點(diǎn)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(shí)時(shí)、可靠的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)計(jì)將有助于實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行的統(tǒng)一指揮調(diào)度。針對(duì)第6條款，本系統(tǒng)有較強(qiáng)的獨(dú)立運(yùn)行能力，無(wú)論是檢測(cè)手段或者通訊方式都不過(guò)度依賴現(xiàn)有系統(tǒng)從而提高本系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)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(bào)警參數(shù)到通訊加密技術(shù)，本系統(tǒng)通過(guò)多種手段保證軌道交通的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室模型搭建已經(jīng)完成，目前正處于在軌測(cè)試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實(shí)施許可轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、錄像、圖片、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品適用范圍與運(yùn)用前景 在軌道交通自動(dòng)駕駛方面的應(yīng)用 在軌道交通高密度列車運(yùn)營(yíng)方面的應(yīng)用 在軌道交通列車到站時(shí)間預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用 目前軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的許多關(guān)鍵技術(shù)都在國(guó)外的企業(yè)手中，通過(guò)運(yùn)用WSN技術(shù)，可實(shí)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(guó)外公司的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及完整功能的ATC系統(tǒng)未見報(bào)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(guó)外公司的完全技術(shù)壟斷。通過(guò)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(gè)大膽而具有突破性的嘗試。另一方面WSN網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)也處于起步階段，運(yùn)用WSN實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)與控制系統(tǒng)如同雨后春筍一般涌現(xiàn)出來(lái)。所以將WSN技術(shù)盡早運(yùn)用到軌交運(yùn)行技術(shù)中去是本作品的重大技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及創(chuàng)新之處。
同類課題研究水平概述
- 目前世界各國(guó)的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)大都采用列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（ＡＴＣ）?，F(xiàn)今軌道交通信號(hào)系統(tǒng)主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究： 固定閉塞（臺(tái)階式）信號(hào)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(jì)算機(jī)或繼電聯(lián)鎖，和車載機(jī)車信號(hào)配合，裝備電子調(diào)度集中CTC。國(guó)內(nèi)外主要采用了這種信號(hào)系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛。 準(zhǔn)移動(dòng)信號(hào)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(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。車載裝備ATC系統(tǒng)（包括ATP、ATO和ATS）。國(guó)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(jìn)或國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)，核心的ATP、ATO均以引進(jìn)為主。 基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC） CBTC是通過(guò)移動(dòng)閉塞技術(shù)來(lái)縮短運(yùn)行間隔，從而優(yōu)化列車的安全運(yùn)行以及全自動(dòng)化的中央控制。這些特性提高了列車的運(yùn)能和效率，同時(shí)也使得列車的運(yùn)行更具有靈活性。列車在運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)行數(shù)據(jù)將可以通過(guò)設(shè)置在列車以及軌旁的支持多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線和寬帶系統(tǒng)設(shè)備來(lái)傳遞。目前，CBTC完全被國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)公司壟斷，CBTC以列車與地面的傳輸信息方式來(lái)劃分，分無(wú)線、環(huán)線、漏纜及波導(dǎo)管等幾種。移動(dòng)閉塞（Moving blocking） 從技術(shù)角度來(lái)講，閉塞分固定閉塞和移動(dòng)閉塞二種，目前世界上最先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng)是：移動(dòng)閉塞（Moving Block），采用CBTC技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛DTO（Driverless Train Operation），如龐巴迪公司的CITYFLO650系統(tǒng)。 然而現(xiàn)今無(wú)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(guó)國(guó)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(diǎn)，以實(shí)時(shí)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(guó)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(diǎn)以進(jìn)行環(huán)境參數(shù)采集監(jiān)測(cè)和稀有氣體的檢測(cè)。因而將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在軌道交通列車的精確定位、對(duì)列車的實(shí)時(shí)測(cè)速以及對(duì)列車到站時(shí)間的精確預(yù)報(bào)尚屬首次。
