趙 靚

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軌道交通智能監(jiān)測系統(tǒng)

趙 靚

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

隨著軌道交通的蓬勃發(fā)展，在建設(shè)過程中安全事故頻發(fā)。基于此設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軌道交通智能監(jiān)測系統(tǒng)。通過壓力傳感器、溫度傳感器等傳感器節(jié)點采集建設(shè)中的實時數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)測平臺,使管理者在遠(yuǎn)方可以實時了解建設(shè)信息，有效保證建設(shè)的安全進(jìn)行。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能監(jiān)測；軌道交通；傳感器節(jié)點

隨著城市軌道交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，工程建設(shè)過程中安全事故頻發(fā)[1]。軌道交通工程建設(shè)具有建設(shè)規(guī)模大、建設(shè)周期長，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，周邊環(huán)境繁雜，施工工法多等特點，給軌道交通建設(shè)安全風(fēng)險管理造成了很大的困難[2]。

基于此本文設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軌道交通智能監(jiān)測系統(tǒng)。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過力學(xué)傳感器、溫度傳感器等傳感器節(jié)點采集軌道交通建設(shè)中的實時數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)測平臺，使管理者在遠(yuǎn)方可以實時了解工程建設(shè)信息，大大地增加了監(jiān)測的智能化程度，有效地保證了建設(shè)的安全進(jìn)行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。其是由分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、無線網(wǎng)絡(luò)和管理終端節(jié)點組成的[3]。傳感器節(jié)點是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，主要采集軌道交通施工中的力、溫度等重要數(shù)據(jù)信息。傳感器節(jié)點中的數(shù)據(jù)信息由匯聚節(jié)點進(jìn)行匯總，匯聚節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和存儲后通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳至管理終端節(jié)點，實現(xiàn)了管理節(jié)點與傳感器節(jié)點之間的通信。管理者可以通過管理終端顯示的施工建設(shè)數(shù)據(jù)信息，實時了解施工中的情況，進(jìn)而實現(xiàn)可以在遠(yuǎn)處得知監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的情況[4]。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計

2.1 傳感器節(jié)點設(shè)計

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由供電模塊、采集模塊、中央控制模塊、存儲模塊、無線射頻模塊和各類接口模塊組成[5]。監(jiān)測區(qū)域中的目標(biāo)信號由傳感器對其采集處理，中央控制模塊會控制信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲、無線傳輸，并可以通過各類接口輸出數(shù)據(jù)信息。如圖2所示為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)圖。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

軌道交通建設(shè)安全風(fēng)險系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可通過壓力傳感器采集壓力信息；傾角傳感器采集傾角信息；溫度傳感器采集溫度信息；甚至可以通過智能機(jī)器人來采集相關(guān)的信息。圖3所示為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以包含的傳感器類型。

圖3 傳感器節(jié)點類型

2.2 目標(biāo)信號的采集與轉(zhuǎn)換

利用傳感器采集到目標(biāo)信號的相關(guān)模擬信號后，將相應(yīng)的信號類型轉(zhuǎn)換為電信號。為將電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，需要引入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位、6位、8位、10位、14位、16位[6]。為滿足項目要求選用10位的模數(shù)轉(zhuǎn)化器，對于10位轉(zhuǎn)化器，其相應(yīng)的分別率為210，即它能將相應(yīng)的傳感器量程位移等分成210份，若量程為5 V，其分辨率為0.004 88 V，對應(yīng)的數(shù)字信號由0000000000～1111111111。分辨率計算公式如下：

圖4所示為模數(shù)轉(zhuǎn)換器示意圖。一個10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器具備輸出引腳(D0-D9)，一個開始轉(zhuǎn)換引腳(Start of Converter，SOC)，結(jié)束轉(zhuǎn)換引腳(End of Conversion，EOC)，信號輸出使能引腳。

圖4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器示意圖

2.3 信號的輸出

在模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到相應(yīng)數(shù)據(jù)后，將數(shù)字信號輸入到中央控制器模塊。中央控制模塊將此信息帶入模塊內(nèi)部存儲器中進(jìn)行分析計算，通過比較結(jié)果變量與預(yù)設(shè)值來控制相應(yīng)端口的數(shù)據(jù)值，控制輸出端口輸出相應(yīng)的高低電位。

3 總結(jié)信息

圖5所示為采集到的軌道交通建設(shè)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，一幀的數(shù)據(jù)信息由幀數(shù)據(jù)、幀計數(shù)和幀尾組成。1～12列為相關(guān)數(shù)據(jù)信息，13、14列為幀計數(shù)，由圖中可以看出幀計數(shù)連續(xù)沒有數(shù)據(jù)丟失。15、16列為幀尾。圖6所示為經(jīng)過分析處理后的壓力信息，圖7所示為分析處理后的溫度信息。

圖5 傳感器采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息

圖6 采集的壓力信息

圖7 采集的溫度信息

4 結(jié)論

該系統(tǒng)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將軌道交通施工中的壓力、溫度等數(shù)據(jù)信息傳入綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，從而使管理者可以在遠(yuǎn)處得知施工中的具體情況，及時做出相應(yīng)指令，為軌道交通施工中的安全提供了有力的保證。

[1] 毛儒.軌道交通安全風(fēng)險管理[M].北京：中國鐵道出版社,2014.

[2] 郭延永.城市軌道交通建設(shè)與發(fā)展的適應(yīng)性分析[D].西安：長安大學(xué),2012.

[3] 魏漢明，劉文怡，張彥軍，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采集存儲系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制,2014,22(9)：2926-2927,2930.

[4] 李建中，高宏.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J].計算機(jī)研究與發(fā)展,2008,45(1):1-15.

[5] 司海飛，楊忠，王珺.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].機(jī)電工程,2011,28(1):16-20.

[6] 高歡，王玉松，劉連生.基于單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的實用測試系統(tǒng)[J].計算機(jī)測量與控制,2011,19(1):26-29.

Rail Traffic Intelligent Monitoring System Based on Wireless Sensor Network

Zhao Liang

(ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

With the rapid development of rail transportation, safety accidents occur frequently in the process of construction. This paper designs a rail traffic intelligent monitoring system based on wireless sensor network. The real time data information in the construction of sensor nodes is collected by pressure sensors, temperature sensors and other sensors. It uses the wireless network to transmit data to the monitoring system. The system can make the manager to know the construction information in the distance in real time, and effectively guarantee the construction safety.

wireless sensor network; intelligent monitoring; rail traffic; sensor node

2016-11-22

趙 靚(1989- )，女，山西太原人，助理工程師，碩士，研究方向：軌道交通智能控制。

1674- 4578(2017)01- 0029- 03

TP391；U239.5

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