專利名稱：電氣化鐵路接觸網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣化鐵路接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，具體應(yīng)用于大風(fēng)區(qū)段電氣化鐵路接觸網(wǎng)狀態(tài)的遠(yuǎn)程無線可視化監(jiān)測。
背景技術(shù)：
電氣化鐵路接觸網(wǎng)是電氣化鐵路沿線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。攜帶高壓電的接觸線由吊弦懸掛在承力索下方，兩端用墜砣緊繃固定，使其不至搖擺不定影響電力機(jī)車的正常行駛。盡管如此，接觸網(wǎng)仍然極易送到惡劣氣候條件的影響。在我國西北部地區(qū)，氣象條件惡劣，大風(fēng)導(dǎo)致的接觸網(wǎng)震蕩，造成的弓網(wǎng)故障頻發(fā)，對鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)安全造成了極大的障礙。因此，對接觸網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測顯得十分重要。傳統(tǒng)接觸網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測方法，只停留在人工巡視階段。這種方發(fā)的執(zhí)行效率比較 低，為了保障機(jī)車安全運(yùn)行，必須定期反復(fù)巡視，遇到大風(fēng)等極端天氣，更要注意特別巡視。盡管如此，巡視也不可避免的存在大范圍盲區(qū)。目前人工巡視的內(nèi)容主要通過巡視人員根據(jù)觀察接觸網(wǎng)及其防護(hù)設(shè)備有無損壞，判斷周圍環(huán)境對接觸網(wǎng)的正常工作有無威脅，為人員經(jīng)驗判斷，容易造成遺漏。如果能夠?qū)佑|網(wǎng)狀態(tài)能夠做出實時、準(zhǔn)確的監(jiān)測，將有助于為調(diào)度決策做出及時、正確的指導(dǎo)，從而提前做好防范，減小事故概率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供電氣化鐵路接觸網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時對接觸網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行無線可視化監(jiān)測。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括安裝在不同桿塔上的多個監(jiān)測終端和一個監(jiān)測中心，每個監(jiān)測終端都有唯一的編碼，對應(yīng)記錄一組監(jiān)測終端的所處桿塔
位置信息。所述的監(jiān)測終端包括電源單元、環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中心處理單元、拍攝單元、預(yù)警器和無線通訊單元。電源單元分別給環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中心處理單元和拍攝單元供電；環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和溫度傳感器，分別采集接觸網(wǎng)周邊的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)，傳輸至中心處理單元，中心處理單元將風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心，同時中心處理單元按照設(shè)定的時間間隔采樣風(fēng)速后與預(yù)制的預(yù)警閥值比較，如果超過閥值，則通過預(yù)警器發(fā)出報警命令，將故障區(qū)域的地理位置信息和故障類型回傳給監(jiān)測中心，同時拍攝單元開始工作，拍攝到的視頻音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過中心處理單元編碼后通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心。所述的監(jiān)測中心包括數(shù)據(jù)存儲單元和顯示單元，將監(jiān)測終端發(fā)回的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)以及視頻音頻數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元；當(dāng)風(fēng)速值超過閥值時，視頻音頻數(shù)據(jù)通過顯示單元進(jìn)行播放；如果風(fēng)速沒有超過閥值，監(jiān)測中心也可以向監(jiān)控終端發(fā)送命令，獲取視頻音頻數(shù)據(jù)通過顯示單元進(jìn)行播放。本發(fā)明的有益效果是基于無線傳輸技術(shù)的電氣化鐵路接觸網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合了無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)及計算機(jī)軟件技術(shù)，可以實現(xiàn)對接觸網(wǎng)狀態(tài)動態(tài)實時監(jiān)控。通過多點(diǎn)監(jiān)測，可以覆蓋全部鐵路沿線，記錄每個監(jiān)測地點(diǎn)的監(jiān)測信息，做到無遺漏監(jiān)測。通過將風(fēng)速、風(fēng)向、溫度傳感器采集到的環(huán)境信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，傳輸?shù)奖O(jiān)控中心動態(tài)實時顯示，讓監(jiān)測人員時刻可以掌握監(jiān)測點(diǎn)周邊的環(huán)境變化。另一方面，風(fēng)速作為影響接觸網(wǎng)狀態(tài)最主要的，也是最直接的因素，因此，將風(fēng)速作為警戒依據(jù)，與風(fēng)速閥值進(jìn)行比較，對超過閥值的風(fēng)速進(jìn)行預(yù)警；當(dāng)風(fēng)速超過警戒閥值之后，監(jiān)測人員更加關(guān)心接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)。這時，視頻監(jiān)測設(shè)備自動開啟，把現(xiàn)場視頻音頻圖像和數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心，為調(diào)度人員做調(diào)度決策提供依據(jù)。工作人員也可以通過遠(yuǎn)程控制隨時啟動視頻監(jiān)測設(shè)備。


圖I為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明監(jiān)測終端的流程圖；圖3為本發(fā)明監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)獲取工作流程圖；圖4為本發(fā)明監(jiān)測終端的設(shè)備的安裝布置圖；圖中，I-配電柜、內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)以及預(yù)警設(shè)備，2-太陽能板，3-環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，4_紅外z 臺攝像機(jī)，5-接觸網(wǎng)，6-吊弦，7-承力索。
具體實施例方式電氣化鐵路接觸網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，它采用多點(diǎn)監(jiān)測技術(shù)，它包括多個監(jiān)測終端和一個監(jiān)測中心。每個監(jiān)測終端都有唯一的編碼，對應(yīng)記錄一組監(jiān)測終端的所處桿塔位置信息。監(jiān)測終端包括電源單元、環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中心處理單元、拍攝單元、無線通訊單元。監(jiān)測中心由數(shù)據(jù)存儲服務(wù)單元和信息顯示單元構(gòu)成。系統(tǒng)技術(shù)方案如下監(jiān)測終端的技術(shù)方案電源單元分別給環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元、中心處理單元和拍攝單元供電。環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和溫度傳感器構(gòu)成。打開環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備，分別檢測接觸網(wǎng)周邊的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)中心處理單元的嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，首先將轉(zhuǎn)換后的風(fēng)速每間隔Atl時間取值與預(yù)制好的預(yù)警閥值比較，如果超過閥值，一方面通知預(yù)警單元發(fā)出報警命令，將故障區(qū)域的地理位置信息和故障類型回傳給控制中心工作人員。預(yù)警單元由一個預(yù)警器構(gòu)成，通過與中心處理單元連接，獲得中心處理單元的預(yù)警命令。監(jiān)測人員以短信的方式收到預(yù)警器發(fā)送來的環(huán)境信息和監(jiān)測點(diǎn)所處的桿塔位置信息。中心處理單元隨后將處理好的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到無線3G網(wǎng)絡(luò)中去，監(jiān)測中心通過Web服務(wù)下載這些環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并儲存和管理。另一方面，開啟拍攝單元開始工作，拍攝到的視頻音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過中心處理單元的嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行編碼處理，發(fā)送給無線通訊單元。無線通訊單元負(fù)責(zé)將編碼后的視頻音頻數(shù)據(jù)通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到3G網(wǎng)絡(luò)中去，監(jiān)測中心通過Web服務(wù)下載環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信息，儲存并顯示。監(jiān)測中心的技術(shù)方案監(jiān)測中心分為數(shù)據(jù)存儲與管理單元和顯示單元，采用基于Intranet的B/S結(jié)構(gòu)。Web應(yīng)用程序的環(huán)境數(shù)據(jù)展示界面通過WCF服務(wù)的環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)程序向監(jiān)控終端定時請求數(shù)據(jù)。獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)庫，Web應(yīng)用程序通過訪問數(shù)據(jù)庫得以將環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。當(dāng)風(fēng)速值超過閥值時，用戶就可能更加關(guān)心接觸網(wǎng)的狀態(tài)情況，這時的云臺攝像機(jī)由于觸發(fā)器的觸發(fā)已經(jīng)被啟動，用戶可以通過視頻觀看到現(xiàn)場接觸網(wǎng)及其周圍設(shè)備的狀態(tài)畫面。如果風(fēng)速沒有超過閥值，用戶仍然可以通過Web應(yīng)用程序向WCF的視頻音頻數(shù)據(jù)服務(wù)程序向監(jiān)控終端發(fā)送開啟攝像機(jī)的命令。返回的視頻音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過解碼處理變成數(shù)據(jù)流直接送到視頻音頻數(shù)據(jù)展示界面，用戶便可瀏覽。本發(fā)明最終產(chǎn)生的效果是工作人員可以不用去現(xiàn)場進(jìn)行巡視，在遠(yuǎn)程通過無線網(wǎng)絡(luò)就可以對鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控；當(dāng)顯示現(xiàn)場的氣象條件超過預(yù)警閥值時，系統(tǒng)會以短信的形式自動引發(fā)報警，提示工作人員加強(qiáng)主要防范；收集到的接觸網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測信息，可以為提高接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理提供數(shù)據(jù)支持；監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋全部鐵路接觸網(wǎng)區(qū)域，監(jiān)測過程可視化，為工作人員的調(diào)度決策提供更加準(zhǔn)確全面的依據(jù)。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明電氣化鐵路接觸網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)。供電模塊為監(jiān)控終端的傳感器、控制器和無線通訊設(shè)備提供持續(xù)性電源?？紤]到受大風(fēng)影響比較嚴(yán)重的我國西北部地區(qū)日照條件充足，另外，鐵路沿線途經(jīng)無人區(qū)，周圍很難尋找到居民用電，然而將接觸網(wǎng)27. 5kv轉(zhuǎn)變?yōu)槭须娦枰玫阶儔涸O(shè)備的成本較高，因此，選擇太陽能電池作為電源。供電模塊由太陽能板、蓄電池和電源控制器構(gòu)成，太陽能板和蓄電池分別通過電源線和電源控制器的充電端子和蓄電端子相連接。包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、溫度傳感器、攝像機(jī)在內(nèi)的所有監(jiān)控數(shù)據(jù)采集設(shè)備，中心處理單元以外掛的形式與蓄電池的負(fù)載端相連，以得到電源供電。數(shù)據(jù)采集單元由一個風(fēng)向傳感器，一個風(fēng)速傳感器和一個紅外溫度傳感器組成。根據(jù)監(jiān)控中心調(diào)度決策的需求，選擇一定精度的傳感器。一般風(fēng)力達(dá)到5級左右的，就會對接觸網(wǎng)狀態(tài)產(chǎn)生較為顯著影響，因此，風(fēng)速預(yù)警閥值可以設(shè)定為10. Om/s。中心處理單元采用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，安裝在配電電柜內(nèi)部，具有唯一的標(biāo)識，能夠表達(dá)監(jiān)測終端所處的桿塔和地理位置信息。這個嵌入式系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)采集和控制模塊，主要負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、處理轉(zhuǎn)換工作、內(nèi)部各個部分的協(xié)調(diào)工作和外圍控制；視頻音頻采集編碼模塊，主要用于視頻音頻采集編碼模塊主要負(fù)責(zé)視頻音頻信號的采集、前處理、編碼壓縮工作；預(yù)警模塊，負(fù)責(zé)將發(fā)送預(yù)警信息的監(jiān)測終端的環(huán)境信息、地理位置信息、故障類型信息等通過短信的方式發(fā)送給監(jiān)測人員。拍攝單元為減少電耗采用風(fēng)速觸發(fā)啟動模式。根據(jù)大風(fēng)區(qū)段特定的氣候條件，以及夜間采集視頻圖像的工作需要，選擇附帶陣列式紅外燈，防護(hù)等級高、工作極限溫度范圍大的夜視云臺攝像機(jī)。為了更好的監(jiān)測到接觸網(wǎng)受風(fēng)力影響的擺動狀態(tài)，攝像機(jī)被安裝到桿塔與接觸網(wǎng)以下超過一米的安全位置，并且可能夠俯仰180°和水平360°的巡航，監(jiān)測接觸網(wǎng)周圍設(shè)備防護(hù)情況。云臺攝像機(jī)通過控制線與數(shù)據(jù)采集和控制模塊相連，發(fā)出脈沖信號控制云臺(內(nèi)置功率放大器)的水平和俯仰旋轉(zhuǎn)。具體地，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)入到中心處理單元的數(shù)據(jù)采集與控制模塊，經(jīng)過放電、濾波、采樣、保持等一系列數(shù)據(jù)處理工作，同時每間隔Atl時間進(jìn)行采樣，將得采樣信息與風(fēng)速閥值比對，一旦超過閥值，預(yù)警單元開啟；預(yù)警單元由一個短信貓構(gòu)成，以USB接口與嵌入式系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集與控制芯片一系列的運(yùn)算結(jié)果，控制發(fā)布命令，以短信的模式發(fā)布警報信息；數(shù)據(jù)采集與控制模塊通過一組內(nèi)置繼電器，繼電器常開端串聯(lián)接入攝像機(jī)的電源回路，可以實現(xiàn)對攝像機(jī)開啟和關(guān)閉控制，通過數(shù)據(jù)采集與控制芯片一系列運(yùn)算結(jié)果，控制拍攝單元的與電源開閉合回路，并通過脈沖控制信號控制拍攝單元的工作狀態(tài)，當(dāng)風(fēng)速采樣數(shù)據(jù)大于閥值時，繼電器閉合，發(fā)出脈沖控制信號產(chǎn)生開啟命令，拍攝單元開始工作。拍攝的視頻音頻信息傳入到視頻音頻采集編碼模塊，通過視頻音頻編碼芯片對采集到的模擬視頻信號進(jìn)行編碼，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻音頻信號，然后送入到中心處理單元的數(shù)字信號處理器內(nèi)部。數(shù)據(jù)采集控制模塊通過數(shù)字信號處理器提供的HPI接口訪問其內(nèi)外部地址空間和寄存器，從而讀取數(shù)據(jù)。無線通訊單元是指3G無線傳輸設(shè)備。它與中心處理單元數(shù)據(jù)采集控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制，通過3G網(wǎng)絡(luò)將接觸網(wǎng)監(jiān)測的環(huán)境和視頻數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心，或?qū)⒈O(jiān)控中心發(fā)送出來的命令發(fā)送給監(jiān)測終端中心處理單元。在監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)存儲與管理單元通過WCF數(shù)據(jù)處理程序與監(jiān)測終端進(jìn)行通訊，獲得視頻音頻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送的到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、配置和管理;WCF服務(wù)首先需要初始化協(xié)議棧，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控站點(diǎn)，獲取站點(diǎn)的唯一標(biāo)識符和站點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后通過視頻音頻數(shù)據(jù)通道，獲得視頻音頻數(shù)據(jù)調(diào)用音頻視頻解碼卡進(jìn)行解碼，然后發(fā)往視頻音頻界面瀏覽；通過環(huán)境數(shù)據(jù)通道，獲得環(huán)境數(shù)據(jù)，每間隔At2時間，寫入監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫 一次進(jìn)行存儲，然后發(fā)往環(huán)境數(shù)據(jù)展示界面。時間間隔At2越小，數(shù)據(jù)越連續(xù)，實時性就越高。如果放棄繼續(xù)執(zhí)行操作，則中斷連接，WCF終止釋放協(xié)議棧。顯示單元通過Web應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交換和視頻音頻展示功能。如果監(jiān)測人員需要自行開啟、關(guān)閉攝像機(jī)或調(diào)整攝像機(jī)拍攝角度，可以直接通過Web應(yīng)用程序向WCF發(fā)送指令，與監(jiān)測終端建立通訊，執(zhí)行操作。
權(quán)利要求
1.一種電氣化鉄路接觸網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在不同桿塔上的多個監(jiān)測終端和一個監(jiān)測中心，其特征在于每個監(jiān)測終端都有唯一的編碼，對應(yīng)記錄ー組監(jiān)測終端的所處桿塔位置信息；所述的監(jiān)測終端包括電源單元、環(huán)境數(shù)據(jù)采集単元、中心處理單元、拍攝單元、預(yù)警器和無線通訊單元，電源單元分別給環(huán)境數(shù)據(jù)采集単元、中心處理單元和拍攝單元供電；環(huán)境數(shù)據(jù)采集単元包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器和溫度傳感器，分別采集接觸網(wǎng)周邊的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)，傳輸至中心處理單元，中心處理單元將風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心，同時中心處理單元按照設(shè)定的時間間隔采樣風(fēng)速后與預(yù)制的預(yù)警閥值比較，如果超過閥值，則通過預(yù)警器發(fā)出報警命令，將故障區(qū)域的地理位置信息和故障類型回傳給監(jiān)測中心，同時拍攝単元開始工作，拍攝到的視頻音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過中心處理單元編碼后通過無線通訊設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心；所述的監(jiān)測中心包括數(shù)據(jù)存儲単元和顯示単元，將監(jiān)測終端發(fā)回的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)以及視頻音頻數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲単元；當(dāng)風(fēng)速值超過閥值時，視頻音頻數(shù)據(jù)通過顯示単元進(jìn)行播放；如果風(fēng)速沒有超過閥值，監(jiān)測中心也可以向監(jiān)控終端發(fā)送命令，獲取視頻音頻數(shù)據(jù)通過顯示單元進(jìn)行播放。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電氣化鐵路接觸網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在不同桿塔上的多個監(jiān)測終端和一個監(jiān)測中心，監(jiān)測終端中環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元采集接觸網(wǎng)周邊的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)，通過中心處理單元和無線通訊設(shè)備發(fā)送到監(jiān)測中心，同時將風(fēng)速與預(yù)警閥值比較，如果超過閥值，則報警并將故障位置和故障類型傳給監(jiān)測中心，同時拍攝單元的視頻音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心；監(jiān)測中心存儲監(jiān)測終端發(fā)回的風(fēng)速、風(fēng)向和溫度數(shù)據(jù)以及視頻音頻數(shù)據(jù)，并視頻音頻數(shù)據(jù)通過顯示單元進(jìn)行播放。本發(fā)明的可以實現(xiàn)對接觸網(wǎng)狀態(tài)動態(tài)實時監(jiān)控，可以覆蓋全部鐵路沿線，做到無遺漏監(jiān)測。
文檔編號H04N7/18GK102865891SQ20121034404
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者李濤, 吳禹希, 喻會永, 童翔, 劉釗, 楊莎莎, 李二京 申請人:西北工業(yè)大學(xué)