王 寧 高 朋

西安航天自動(dòng)化股份有限公司 陜西 西安 710065

引言

軌道交通系統(tǒng)作為一種快速安全的交通方式越來(lái)越被廣大都市居民認(rèn)可,在地鐵成為人們主要出行工具的同時(shí),人們?cè)诘罔F車(chē)站內(nèi)逗留的時(shí)間也隨之增加,在運(yùn)營(yíng)高峰時(shí)段,地鐵站內(nèi)客流密度大,地鐵車(chē)站衛(wèi)生狀況對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響,這一問(wèn)題已引起國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的廣泛關(guān)注.本研究針對(duì)上海地鐵站臺(tái)綜合環(huán)境進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了城市軌道交通站臺(tái)的環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng).

1 當(dāng)前城市軌道交通行車(chē)環(huán)境安全的主要問(wèn)題

當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速,特別在新制式軌道交通全面發(fā)展的大背景下,地面和高架形式的線(xiàn)路不斷增加,如強(qiáng)風(fēng)、大霧、暴雨雪、地震等極端天氣條件及自然災(zāi)害等對(duì)軌道交通運(yùn)行的影響逐漸顯著。一旦發(fā)生諸如橋梁、車(chē)輛在強(qiáng)風(fēng)等極端天氣下失穩(wěn)等狀況,將會(huì)危及乘客生命安全。隨著極端天氣發(fā)生的頻率越來(lái)越高、危害越來(lái)越大,對(duì)城軌高架線(xiàn)路在強(qiáng)風(fēng)(尤其是強(qiáng)側(cè)風(fēng))、強(qiáng)雨、地震條件下車(chē)-線(xiàn)-橋系統(tǒng)危險(xiǎn)因素進(jìn)行監(jiān)測(cè),量化指標(biāo),分級(jí)響應(yīng),最大限度防范風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)避災(zāi)害、保障列車(chē)安全運(yùn)行成為當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。目前我國(guó)城市軌道交通地面高架線(xiàn)路目前尚無(wú)行車(chē)環(huán)境安全監(jiān)測(cè)方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;在極端氣象環(huán)境下缺乏統(tǒng)一、可行的行車(chē)管理規(guī)章制度;氣象部門(mén)提供的氣象數(shù)據(jù)對(duì)軌道交通地面高架線(xiàn)路行車(chē)安全的輔助作用缺乏針對(duì)性,且數(shù)據(jù)不能滿(mǎn)足確保行車(chē)安全的實(shí)時(shí)性要求。

2 物聯(lián)網(wǎng)的城市軌道交通環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 功能設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)功能分為城軌環(huán)境數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理4部分。1)數(shù)據(jù)采集。部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中的傳感器節(jié)點(diǎn)完成各項(xiàng)城軌周邊環(huán)境信息的感知和采集,需要采集的環(huán)境信息包括:溫度、濕度、煙霧濃度、地表沉降和橋梁水平位移狀況等。2)數(shù)據(jù)傳輸。傳感器節(jié)點(diǎn)在采集到數(shù)據(jù)信息后,按照CTP協(xié)議的要求,位于基站監(jiān)控機(jī)的節(jié)點(diǎn)將自己設(shè)為根節(jié)點(diǎn),其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)估計(jì)其與鄰節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量信息選擇下一跳節(jié)點(diǎn),形成到根節(jié)點(diǎn)的樹(shù)狀集合。所有節(jié)點(diǎn)照此路由將采集到的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息傳送到基站節(jié)點(diǎn)。3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。基站節(jié)點(diǎn)首先將匯聚到的所有環(huán)境監(jiān)測(cè)信息上傳給基站監(jiān)控機(jī),基站監(jiān)控機(jī)再將數(shù)據(jù)上傳給遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存儲(chǔ)了全部的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息。4)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理又包含監(jiān)測(cè)信息可視化顯示和異常告警2部分。通過(guò)在基站監(jiān)控機(jī)或終端監(jiān)控中心上安裝的環(huán)境信息監(jiān)控平臺(tái),可視化地顯示城軌交通環(huán)境監(jiān)測(cè)信息,并對(duì)采集到的異常數(shù)據(jù)及時(shí)告警。

2.2 采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 為了適用于不同的站臺(tái),本系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)多節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境信息.可以根據(jù)不同的站臺(tái)不同的人流量來(lái)布置采集節(jié)點(diǎn)的位置,節(jié)點(diǎn)數(shù)目不限定,使采集的信息更準(zhǔn)確.節(jié)點(diǎn)主控采用STM32F103C8T6單片機(jī)控制,該單片機(jī)內(nèi)置ADC轉(zhuǎn)換用以采集一氧化碳(CO)傳感器、煙霧傳感器、PM2.5傳感器信息.用1根數(shù)據(jù)IO口讀取DHT11的溫濕度值.將采集到的數(shù)據(jù)用1個(gè)數(shù)組保存,ZigBee芯片采用德州儀器的CC2530芯片.

2.3 城軌環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)節(jié)能策略 城軌交通環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用k=2的節(jié)點(diǎn)覆蓋策略,網(wǎng)絡(luò)中一半數(shù)量的節(jié)點(diǎn)為冗余節(jié)點(diǎn)。由于節(jié)點(diǎn)能量的有限性,平時(shí)將冗余節(jié)點(diǎn)設(shè)置為休眠狀態(tài),不能將相鄰的2個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)休眠,以避免網(wǎng)絡(luò)中覆蓋盲區(qū)的出現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)能量耗盡或失效節(jié)點(diǎn)時(shí),冗余節(jié)點(diǎn)將代替此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集,并通知基站節(jié)點(diǎn)失效節(jié)點(diǎn)的位置,以及時(shí)補(bǔ)充新節(jié)點(diǎn)。

2.4 監(jiān)測(cè)單元功能設(shè)計(jì) 1)主控模塊主控模塊主要功能包括:時(shí)鐘控制;其它模塊進(jìn)程控制;遠(yuǎn)程控制(包括遠(yuǎn)程重啟、電源關(guān)閉),報(bào)警發(fā)布。選擇嵌入式芯片,帶操作系統(tǒng)下的嵌入式開(kāi)發(fā)。采購(gòu)主控核心板:選型參考CPU:ARMCORTEX-A17。2)數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)信息的采集(表2),要求支持同時(shí)采集不少于3種傳感器、不同采樣頻率下的數(shù)據(jù)。3)數(shù)據(jù)處理模塊完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的過(guò)濾、數(shù)據(jù)包封裝、報(bào)警算法及數(shù)據(jù)處理等。4)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊將封裝后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到數(shù)據(jù)通信模塊。5)數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ),容量滿(mǎn)足30天存儲(chǔ)要求,支持最大32G的SD卡,SD卡可熱插拔。6)數(shù)據(jù)通信模塊數(shù)據(jù)通信可采用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)兩種方式。其中有線(xiàn)方式是模擬軌道交通中數(shù)據(jù)通信RJ-45接口直接連接或者遠(yuǎn)距離光纖傳輸。有線(xiàn)通信支持1個(gè)光口(1000M)、兩個(gè)電口(100M),光口支持SFP光模塊。無(wú)線(xiàn)通信方式是模擬軌道交通中2.4G無(wú)線(xiàn)通信方式。無(wú)線(xiàn)通信采用Wi-Fi模塊。(2.4G,至少支持802.11b/g)。

3 結(jié)語(yǔ)

利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過(guò)新的方式聯(lián)在一起,形成人與物、物與物相聯(lián),實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)科技發(fā)展的必經(jīng)之路.物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸,物聯(lián)網(wǎng)中所有的元素(所有的設(shè)備、資源及通信等)都是個(gè)性化和私有化的,把傳感器和互聯(lián)網(wǎng)連接是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一大方面,該項(xiàng)目希望通過(guò)把傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、環(huán)境監(jiān)控三者相互結(jié)合,將環(huán)境監(jiān)控問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化,使人們能夠更好的調(diào)控所生活的環(huán)境.