摘要：本文提出的一種長大物流機車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，該系統(tǒng)能動態(tài)監(jiān)測大件貨物運輸狀態(tài)，克服監(jiān)測系統(tǒng)運行工況復(fù)雜，干擾信息強，超大件貨物規(guī)則不定的困難，針對運輸對象的變化，監(jiān)測系統(tǒng)具備實時調(diào)整的能力，對于運輸變化多樣的重大龐然貨物的貨物安裝及車輛能夠有效地發(fā)現(xiàn)和預(yù)報可能存在的風(fēng)險與故障，為促進(jìn)我國重載鐵路物流預(yù)防性維修技術(shù)發(fā)展具有十分重要理論與工程實踐意義。

關(guān)鍵詞：長大物流機車;低功耗;監(jiān)測系統(tǒng);預(yù)防性維修技術(shù)

中圖分類號：TP391 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0157-02

Design of Dynamic Monitoring System for Large Goods of Logistics Locomotive

XIAO Liao-liang

（School of Electronic Information Engineering， Changsha Civil Affairs Vocational and Technical College， Changsha 410001， China）

Abstract： This paper proposes a design scheme of low-power wireless safety monitoring system for long and large logistics locomotives. The system can dynamically monitor the transportation status of large goods， and overcome the difficulties of complex operation conditions， strong interference information， and uncertain rules of super large goods. According to the changes of transportation objects， the monitoring system has the ability of real-time adjustment， which is of great significance for the transportation of various changes The installation of pangran goods and vehicles can effectively find and forecast the possible risks and faults， which has very important theoretical and practical significance for promoting the development of preventive maintenance technology of heavy haul railway logistics in China.

Key words： long and large logistics locomotive; low power consumption; monitoring system; preventive maintenance technology

隨著社會分工與協(xié)同合作發(fā)展越來越緊密，物流運輸成為促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展重要環(huán)節(jié)。重載長大貨物運輸已被國際公認(rèn)為鐵路機車物流貨運發(fā)展的方向，成為世界鐵路物流發(fā)展的重要方向之一[1-5]。在重大項目建設(shè)過程中，愈來愈多的巨型笨重的關(guān)鍵設(shè)備貨物需要通過必須使用專門的長大物流機車來運輸，例如變壓器、發(fā)電機等。鐵路長大物流機車作為物流大型設(shè)備運輸?shù)妮d體，承擔(dān)著繁重的國家重點建設(shè)運輸任務(wù)，已在國民經(jīng)濟建設(shè)中有著十分重要的地位和作用，甚至國家戰(zhàn)略項目中長大物流機車運輸起到關(guān)鍵性作用。

超常規(guī)的“超限超重貨物”貨物的物流過程中，被運送的貨物往往異形不規(guī)則，無法用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱設(shè)備運輸。運輸變化多樣的重大龐然貨物對貨物安裝及車輛有特殊要求，尤其對安全性要求極其苛刻，需要對重型載貨長大物流機車的運輸全程實施均載檢測和全程技術(shù)監(jiān)測，甚至每趟運輸要一次性安裝、使用、拆卸[3]。物流運輸領(lǐng)域中長大貨物運輸細(xì)分領(lǐng)域?qū)抑卮箜椖拷ㄔO(shè)極其重要，然而，常規(guī)的運輸安全監(jiān)測系統(tǒng)對超常規(guī)的“超限超重貨物”安全監(jiān)測研究應(yīng)用不多，特別是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感檢測技術(shù)新技術(shù)未充分應(yīng)用于長大物流機車安全監(jiān)測系統(tǒng)之中[6-9]。

本文提出的一種長大物流機車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，該系統(tǒng)能動態(tài)監(jiān)測大件貨物運輸狀態(tài)，克服監(jiān)測系統(tǒng)運行工況復(fù)雜，干擾信息強，超大件貨物規(guī)則不定的困難，針對運輸對象的變化，監(jiān)測系統(tǒng)具備實時調(diào)整的能力。

1 方案設(shè)計

1.1 需求分析

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感檢測技術(shù)不斷發(fā)展，同時長大物流機車運輸貨物變多樣列車變化出現(xiàn)，對檢測安全性與實時性要求越來越高，長大物流機車安全監(jiān)測更加趨向采用能耗低，能快速、便捷安裝并布網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)，長大物流機車安全監(jiān)測的設(shè)計必然需要滿足低功耗無線安全的要求[10-12]。

該系統(tǒng)在功能上能夠均衡監(jiān)測，監(jiān)測車輛偏載情況、貨物傾斜狀況，如監(jiān)測鉗夾車的掛貨鉤、落下孔車肩座應(yīng)力大小，關(guān)鍵部位受力在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，分析均衡狀態(tài)。車輛運行的平穩(wěn)性，尤其是在通過復(fù)雜線路線況時，如車輛通過S形曲線、大超高、小半徑、復(fù)式交分或者交叉渡線等工況時，監(jiān)測車輛小底架心盤位置的垂向、橫向加速度以及彈簧動撓度，綜合監(jiān)測并判斷機車的平穩(wěn)性。

在數(shù)據(jù)采集方面，能夠多方式、高速度的數(shù)據(jù)采集及傳輸;多臺儀器對同一個任務(wù)監(jiān)測時，測量通道可以靈活選擇，不受限制;通過無線組網(wǎng)實施數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測儀器設(shè)備的位置可以根據(jù)需求，不受有線網(wǎng)絡(luò)布線安裝的限制;儀器設(shè)備之間采用同步時鐘工作方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集同步。

1.2 設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用智能化傳感與檢測、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)研究出長大物流機車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)。該安全監(jiān)測系統(tǒng)通過人機聯(lián)控動態(tài)監(jiān)測，能綜合檢測貨車運行狀態(tài)、安全隱患，有效地發(fā)現(xiàn)和預(yù)報可能存在的風(fēng)險與故障，設(shè)計的方案如圖1所示。

該系統(tǒng)主要解決的問題是如下：

1）安全監(jiān)測系統(tǒng)安裝在日曬雨淋惡劣工況下，能夠運行在電磁干擾大且不規(guī)律的復(fù)雜環(huán)境中，對信號采集、提取與處理與信號抗干擾。

2）針對大貨車運輸貨物變化多樣特征，對貨物安裝及車輛有特殊性要求，尤其對安全性要求極高，克服每趟運輸具一次性安裝、拆卸，對合理提取分析安全監(jiān)測點的選擇、布局方案與策略等方面的難題。

3）復(fù)雜工況下長大物流機車安全監(jiān)測點的選擇、信號抗干擾分析、信號采集、提取與處理，對傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、特征向量級融合、決策級融合的對比分析，確定最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法等難題。

4）選用合適的無線傳輸方式，構(gòu)建長大物流機車監(jiān)測分散系統(tǒng)，開展長大貨車運輸狀態(tài)安全性能分析，實施應(yīng)急預(yù)警處理，構(gòu)建長大貨車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)平臺。

1.3 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

分析每輛物流機車中的大件貨物運輸中的各項風(fēng)險，合理的在機車中貨物周邊和車廂內(nèi)及鎖具上合理布局和安裝傳感器實時監(jiān)測大件貨物的傾角、捆綁的工具的張力、貨物的速度，同時設(shè)計三維加速度傳感器檢測貨物在高度運行下各方向受到的壓力或者沖擊帶來的損壞，還可以根據(jù)貨物的不同類型加裝環(huán)境溫度和濕度傳感器，車內(nèi)現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備將監(jiān)測值通過無線車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳遞到遠(yuǎn)端系統(tǒng)的業(yè)務(wù)服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器和數(shù)據(jù)接收服務(wù)中，再由監(jiān)測系統(tǒng)上發(fā)布設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指揮員終端端設(shè)備中，當(dāng)監(jiān)測值接近甚至超過閾值，實時警報提醒指揮人員和物流機車駕駛?cè)藛T，系統(tǒng)的設(shè)計圖如圖2所示。

本文中監(jiān)測系統(tǒng)的上位機軟件使用VC6.0設(shè)計，并結(jié)合ACCESS開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理軟件，可實現(xiàn)相應(yīng)的信息查詢、修改和顯示功能。該上位機的主要功能模塊有用戶管理、數(shù)據(jù)采集、信息管理和報警，用戶管理可實現(xiàn)用戶添加、修改、刪除、保存功能，采集主要獲取機車大件貨物的傾角、捆綁繩索的張力、機車行駛速度和加速度;信息管理是針對傳感器數(shù)據(jù)的查詢、修改和刪除;報警模塊用于設(shè)置安全閾值及報警提醒。整機的監(jiān)測軟件設(shè)計框圖如圖3所示。下位機設(shè)計上采用STM32作為信號采集平臺，由Wifi構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)到車載計算機上。

1.4 實驗測試

為了現(xiàn)場調(diào)試監(jiān)測系統(tǒng)的采集的大貨物件周邊傳感器數(shù)據(jù)，考慮到大件貨物在機車行駛過程中對工作人員安全的不利影響，設(shè)計車載計算機作為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，由機車內(nèi)部監(jiān)測的無線局域網(wǎng)連接車載計算機，實驗人員在另外安全車廂遠(yuǎn)程端訪問現(xiàn)場裝載的工控機中Remote Adminstrator查看數(shù)據(jù)，最后再將車載計算機機連接外界公網(wǎng)到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。當(dāng)機車速度行駛在100Km/h時，實驗采集部分傳感器數(shù)據(jù)范圍如表1。

2 結(jié)論

本文設(shè)計的物流機車大件貨物動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對于復(fù)雜工況下長大物流機車安全監(jiān)測點的選擇、信號抗干擾分析、信號采集、提取與處理，對傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、特征向量級融合、決策級融合的對比分析，尋找理論與實際最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法，確定較優(yōu)的長大物流機車安全監(jiān)測測點布局方案與策略;選用合適的無線傳輸方式，開展組網(wǎng)策略研究，構(gòu)建長大物流機車監(jiān)測分散系統(tǒng);構(gòu)建長大物流機車運輸狀態(tài)無線安全監(jiān)測系統(tǒng)模型。

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【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2021-05-21

基金項目：湖南省教育廳科學(xué)課題《長大物流機車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)研究與實踐》（課題號：18C1814）

作者簡介：肖遼亮（1975—），男，湖南株洲人，長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，碩士，研究方向為嵌入式系統(tǒng)、電子技術(shù)應(yīng)用。