一种基于传感网络的轨道交通系统
阅读说明：本技术 一种基于传感网络的轨道交通系统 (Rail transit system based on sensor network ) 是由 朱益钊 黄军坡 吴刚 周杰 于 2021-02-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于传感网络的轨道交通系统,通过温度传感器和湿度传感器用于监测轨道的温度信号和湿度信号,第一分析单元融合湿度信号和温度信号,因为温度和湿度是存在对应关系的,只有在某一温度范围内时湿度处于某一范围时,轨道的韧性会达到低谷；通过压力传感器和振动传感器用于监测轨道的振动信号和压力信号,在此也将振动信号和压力信号融合,因为在压力值较大时,振动信号也会变小,因此,单纯监测振动信号难以对轨道的状态进行监测；最后温湿度、压力、振动信号之间也存在关联,因此,使用第三分析单元对上述四个信号数据进行融合,更加能够对轨道进行安全监测。(The invention provides a rail transit system based on a sensor network, which is characterized in that a temperature sensor and a humidity sensor are used for monitoring a temperature signal and a humidity signal of a rail, and a first analysis unit is used for fusing the humidity signal and the temperature signal, because the temperature and the humidity have a corresponding relation, the toughness of the rail can reach a low valley only when the humidity is in a certain range within a certain temperature range; the pressure sensor and the vibration sensor are used for monitoring the vibration signal and the pressure signal of the track, and the vibration signal and the pressure signal are fused, because the vibration signal is reduced when the pressure value is larger, the state of the track is difficult to monitor by simply monitoring the vibration signal; finally, the temperature, the humidity, the pressure and the vibration signals are also related, so that the four signal data are fused by using the third analysis unit, and the safety monitoring can be performed on the track.)
技术领域
本发明涉及交通领域，尤其涉及一种基于传感网络的轨道交通系统。
背景技术
轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。随着火车和铁路技术的多元化发展，轨道交通呈现出越来越多的类型，不仅遍布于长距离的陆地运输，也广泛运用于中短距离的城市公共交通中。
城市轨道交通是以电能为主要动力能源，采用轮轨运转体系的大运量快速公共交通系统。它主要负责无障碍兼短距离的旅客运输，通常由轻型动车组或有轨电车作为运送载体，有效缓解城市内部密集客流的交通压力。
在轨道交通进站时，车速会降低，是故障易发的阶段，因此，需要在轨道交通进站时对其安全进行评估，现有技术中往往是对机车本身的电流等信号进行采集并进行测算，忽略了对轨道的测试，在研究后发现，轨道的安全状态更为重要，且不是单一参数能够表征的，因此，需要一种高精度的信号采集系统，以及对采集到的信号进行多数据融合才能提高对轨道安全性能的监测，进而对机车进站时的安全进行评估。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种基于传感网络的轨道交通系统包括温度传感器、温度采集单元、湿度传感器、湿度采集单元、压力传感器、压力采集单元、振动传感器、振动采集单元、第一分析单元、第二分析单元、第三分析单元以及中控单元。
其中，所述温度传感器的输出端与所述温度采集单元的输入端连接，所述湿度传感器的输出端与所述湿度采集单元的输入端连接，所述压力传感器的输出端与所述压力采集单元的输入端连接，所述振动传感器的输出端与所述振动采集单元的输入端连接，所述温度采集单元的输出端与所述湿度采集单元的输出端均与所述第一分析单元的输入端连接，所述压力采集单元的输出端与所述振动采集单元的输出端均与所述第二分析单元的输入端连接，所述第一分析单元的输出端和所述第二分析单元的输出端均与所述第三分析单元的输入端连接，所述第一分析单元的输出端、所述第二分析单元的输出端以及所述第三分析单元的输出端均与所述中控单元的输入端连接。
其中，所述温度传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的温度信号，并将温度信号传输至所述温度采集单元，所述温度采集单元将接收到的温度信号传输至所述第一分析单元，所述湿度传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的湿度信号，并将湿度信号传输至所述湿度采集单元，所述湿度采集单元将接收到的湿度信号传输至所述第一分析单元，所述第一分析单元根据接收到的温度信号和湿度信号计算第一参考值，并将第一参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第一参考范围，若所述中控单元接收到的第一参考值不在所述第一参考范围内，则所述中控单元发送第一预警信号至远程监控端；所述压力传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的所受压力信号，并将压力信号传输至所述压力采集单元，所述压力采集单元将接收到的压力信号传输至所述第二分析单元，所述振动传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的振动信号，并将振动信号传输至所述振动采集单元，所述振动采集单元将接收到的振动信号传输至所述第二分析单元，所述第二分析单元根据接收到的压力信号和振动信号计算第二参考值，并将第二参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第二参考范围，若所述中控单元接收到的第二参考值不在所述第二参考范围内，则所述中控单元发送第二预警信号至远程监控端；所述第一分析单元将第一参考值传输至所述第三分析单元，所述第二分析单元将第二参考值传输至所述第三分析单元，所述第三分析单元根据接收到的第一参考值和第二参考值计算第三参考值，所述第三分析单元将第三参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第三参考范围，若所述中控单元接收到的第三参考值不在所述第三参考范围内，则所述中控单元发送第三预警信号至远程监控端。
优选的是，所述第一分析单元根据接收到的温度信号和湿度信号计算第一参考值，并将第一参考值传输至所述中控单元，假设温度信号为T，湿度信号为H，则所述第一参考值X1=T/H。
优选的是，所述第二分析单元根据接收到的压力信号和振动信号计算第二参考值，并将第二参考值传输至所述中控单元，假设压力信号为F，振动信号为Z，则所述第二参考值X2=Z/F。
优选的是，所述第一分析单元将第一参考值传输至所述第三分析单元，所述第二分析单元将第二参考值传输至所述第三分析单元，所述第三分析单元根据接收到的第一参考值和第二参考值计算第三参考值，所述第三分析单元将第三参考值传输至所述中控单元，所述第三参考值X3=X1/X2。
优选的是，在所述振动传感器和所述振动采集单元之间设置有一信号整流电路，其中，所述信号整流电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大电路A1、第二运算放大电路A2、第一电容C1、第一三极管Q1以及第一二极管D1。
其中，所述振动传感器的输出端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一运算放大器A1的反相输入端连接，所述第一运算放大器A1的同相输入端接地，所述第一二极管D1的阳极与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一运算放大器A1的输出端与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第一三极管Q1的集电极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二运算放大器A2的反相输入端连接，所述第一电容C1的第一端与直流电源连接，所述第一电容C1的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接，所述第四电阻R4的第一端接地，所述第三电阻R3的第二端与所述第四电阻R4的第二端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第二运算放大器A2的反相输入端连接，所述第二运算放大器A2的同相输入端接地，所述第二运算放大器A2的输出端与所述振动采集单元的输入端连接，所述第五电阻R5的第一端接地，所述第五电阻R5的第二端与所述第二运算放大器A2的输出端连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的基于传感网络的轨道交通系统包括温度传感器、温度采集单元、湿度传感器、湿度采集单元、压力传感器、压力采集单元、振动传感器、振动采集单元、第一分析单元、第二分析单元、第三分析单元以及中控单元，其中，通过温度传感器和湿度传感器用于监测轨道的温度信号和湿度信号，第一分析单元融合湿度信号和温度信号，因为温度和湿度是存在对应关系的，只有在某一温度范围内时湿度处于某一范围时，轨道的韧性会达到低谷；通过压力传感器和振动传感器用于监测轨道的振动信号和压力信号，在此也将振动信号和压力信号融合，因为在压力值较大时，振动信号也会变小，因此，单纯监测振动信号难以对轨道的状态进行监测；最后温湿度、压力、振动信号之间也存在关联，因此，使用第三分析单元对上述四个信号数据进行融合，更加能够对轨道进行安全监测。
需要说明的是，本发明的发明点在于使用信号整流电路对振动传感器采集的信号进行信号处理，其中，从第一三极管Q1流出的电流进入第二运算放大器A2的反相输入端，从而使得整个电路的增益成线性，第一运算放大器A1的输出端输出的信号能够控制第一三极管Q1的电流，使得第二运算放大器A2输出端的电压值得以控制，因此能够使得对振动传感器的信号进行高精度整流。
附图说明
图1为本发明的基于传感网络的轨道交通系统的示意图；
图2为本发明的信号整流电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的基于传感网络的轨道交通系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于传感网络的轨道交通系统包括温度传感器、温度采集单元、湿度传感器、湿度采集单元、压力传感器、压力采集单元、振动传感器、振动采集单元、第一分析单元、第二分析单元、第三分析单元以及中控单元。
其中，所述温度传感器的输出端与所述温度采集单元的输入端连接，所述湿度传感器的输出端与所述湿度采集单元的输入端连接，所述压力传感器的输出端与所述压力采集单元的输入端连接，所述振动传感器的输出端与所述振动采集单元的输入端连接，所述温度采集单元的输出端与所述湿度采集单元的输出端均与所述第一分析单元的输入端连接，所述压力采集单元的输出端与所述振动采集单元的输出端均与所述第二分析单元的输入端连接，所述第一分析单元的输出端和所述第二分析单元的输出端均与所述第三分析单元的输入端连接，所述第一分析单元的输出端、所述第二分析单元的输出端以及所述第三分析单元的输出端均与所述中控单元的输入端连接。
其中，所述温度传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的温度信号，并将温度信号传输至所述温度采集单元，所述温度采集单元将接收到的温度信号传输至所述第一分析单元，所述湿度传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的湿度信号，并将湿度信号传输至所述湿度采集单元，所述湿度采集单元将接收到的湿度信号传输至所述第一分析单元，所述第一分析单元根据接收到的温度信号和湿度信号计算第一参考值，并将第一参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第一参考范围，若所述中控单元接收到的第一参考值不在所述第一参考范围内，则所述中控单元发送第一预警信号至远程监控端；所述压力传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的所受压力信号，并将压力信号传输至所述压力采集单元，所述压力采集单元将接收到的压力信号传输至所述第二分析单元，所述振动传感器设置在轨道交通站台铁轨处，用于感测铁轨的振动信号，并将振动信号传输至所述振动采集单元，所述振动采集单元将接收到的振动信号传输至所述第二分析单元，所述第二分析单元根据接收到的压力信号和振动信号计算第二参考值，并将第二参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第二参考范围，若所述中控单元接收到的第二参考值不在所述第二参考范围内，则所述中控单元发送第二预警信号至远程监控端；所述第一分析单元将第一参考值传输至所述第三分析单元，所述第二分析单元将第二参考值传输至所述第三分析单元，所述第三分析单元根据接收到的第一参考值和第二参考值计算第三参考值，所述第三分析单元将第三参考值传输至所述中控单元，所述中控单元内存储有第三参考范围，若所述中控单元接收到的第三参考值不在所述第三参考范围内，则所述中控单元发送第三预警信号至远程监控端。
上述实施方式中，本发明提供的基于传感网络的轨道交通系统包括温度传感器、温度采集单元、湿度传感器、湿度采集单元、压力传感器、压力采集单元、振动传感器、振动采集单元、第一分析单元、第二分析单元、第三分析单元以及中控单元，其中，通过温度传感器和湿度传感器用于监测轨道的温度信号和湿度信号，第一分析单元融合湿度信号和温度信号，因为温度和湿度是存在对应关系的，只有在某一温度范围内时湿度处于某一范围时，轨道的韧性会达到低谷；通过压力传感器和振动传感器用于监测轨道的振动信号和压力信号，在此也将振动信号和压力信号融合，因为在压力值较大时，振动信号也会变小，因此，单纯监测振动信号难以对轨道的状态进行监测；最后温湿度、压力、振动信号之间也存在关联，因此，使用第三分析单元对上述四个信号数据进行融合，更加能够对轨道进行安全监测。
具体的是，所述第一分析单元根据接收到的温度信号和湿度信号计算第一参考值，并将第一参考值传输至所述中控单元，假设温度信号为T，湿度信号为H，则所述第一参考值X1=T/H。
具体的是，所述第二分析单元根据接收到的压力信号和振动信号计算第二参考值，并将第二参考值传输至所述中控单元，假设压力信号为F，振动信号为Z，则所述第二参考值X2=Z/F。
具体的是，所述第一分析单元将第一参考值传输至所述第三分析单元，所述第二分析单元将第二参考值传输至所述第三分析单元，所述第三分析单元根据接收到的第一参考值和第二参考值计算第三参考值，所述第三分析单元将第三参考值传输至所述中控单元，所述第三参考值X3=X1/X2。
如图2所示，在所述振动传感器和所述振动采集单元之间设置有一信号整流电路，其中，所述信号整流电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大电路A1、第二运算放大电路A2、第一电容C1、第一三极管Q1以及第一二极管D1。
其中，所述振动传感器的输出端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一运算放大器A1的反相输入端连接，所述第一运算放大器A1的同相输入端接地，所述第一二极管D1的阳极与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一运算放大器A1的输出端与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第一三极管Q1的集电极与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二运算放大器A2的反相输入端连接，所述第一电容C1的第一端与直流电源连接，所述第一电容C1的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接，所述第四电阻R4的第一端接地，所述第三电阻R3的第二端与所述第四电阻R4的第二端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第二运算放大器A2的反相输入端连接，所述第二运算放大器A2的同相输入端接地，所述第二运算放大器A2的输出端与所述振动采集单元的输入端连接，所述第五电阻R5的第一端接地，所述第五电阻R5的第二端与所述第二运算放大器A2的输出端连接
上述实施方式中，使用信号整流电路对振动传感器采集的信号进行信号处理，其中，从第一三极管Q1流出的电流进入第二运算放大器A2的反相输入端，从而使得整个电路的增益成线性，第一运算放大器A1的输出端输出的信号能够控制第一三极管Q1的电流，使得第二运算放大器A2输出端的电压值得以控制，因此能够使得对振动传感器的信号进行高精度整流。
更具体的是，第一电阻R1的阻值为10kΩ，第二电阻R2的阻值为10kΩ，第三电阻R3的阻值为100kΩ，第四电阻R4的阻值为1kΩ，第五电阻R5的阻值为10kΩ，第一电容C1的电容值为0.1μF，第一二极管D1的型号为1N4148，第一三极管Q1的型号为2N3905。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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