物流機車大件貨物動態監測系統研究

2021-12-18 18:02:33肖遼亮

電腦知識與技術 2021年31期

摘要：本文提出的一種長大物流機車低功耗無線安全監測系統設計方案，該系統能動態監測大件貨物運輸狀態，克服監測系統運行工況復雜，干擾信息強，超大件貨物規則不定的困難，針對運輸對象的變化，監測系統具備實時調整的能力，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現和預報可能存在的風險與故障，為促進我國重載鐵路物流預防性維修技術發展具有十分重要理論與工程實踐意義。

關鍵詞：長大物流機車;低功耗;監測系統;預防性維修技術

中圖分類號：TP391 ? ? ? ?文獻標識碼：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

隨著社會分工與協同合作發展越來越緊密，物流運輸成為促進經濟發展重要環節。重載長大貨物運輸已被國際公認為鐵路機車物流貨運發展的方向，成為世界鐵路物流發展的重要方向之一[1-5]。在重大項目建設過程中，愈來愈多的巨型笨重的關鍵設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、發電機等。鐵路長大物流機車作為物流大型設備運輸的載體，承擔著繁重的國家重點建設運輸任務，已在國民經濟建設中有著十分重要的地位和作用，甚至國家戰略項目中長大物流機車運輸起到關鍵性作用。

超常規的“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則，無法用標準的集裝箱設備運輸。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監測，甚至每趟運輸要一次性安裝、使用、拆卸[3]。物流運輸領域中長大貨物運輸細分領域對國家重大項目建設極其重要，然而，常規的運輸安全監測系統對超常規的“超限超重貨物”安全監測研究應用不多，特別是無線網絡技術與傳感檢測技術新技術未充分應用于長大物流機車安全監測系統之中[6-9]。

本文提出的一種長大物流機車低功耗無線安全監測系統設計方案，該系統能動態監測大件貨物運輸狀態，克服監測系統運行工況復雜，干擾信息強，超大件貨物規則不定的困難，針對運輸對象的變化，監測系統具備實時調整的能力。

1 方案設計

1.1 需求分析

隨著無線網絡技術與傳感檢測技術不斷發展，同時長大物流機車運輸貨物變多樣列車變化出現，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測更加趨向采用能耗低，能快速、便捷安裝并布網無線監測系統，長大物流機車安全監測的設計必然需要滿足低功耗無線安全的要求[10-12]。

該系統在功能上能夠均衡監測，監測車輛偏載情況、貨物傾斜狀況，如監測鉗夾車的掛貨鉤、落下孔車肩座應力大小，關鍵部位受力在許用應力范圍內，分析均衡狀態。車輛運行的平穩性，尤其是在通過復雜線路線況時，如車輛通過S形曲線、大超高、小半徑、復式交分或者交叉渡線等工況時，監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，綜合監測并判斷機車的平穩性。

在數據采集方面，能夠多方式、高速度的數據采集及傳輸;多臺儀器對同一個任務監測時，測量通道可以靈活選擇，不受限制;通過無線組網實施數據傳輸，監測儀器設備的位置可以根據需求，不受有線網絡布線安裝的限制;儀器設備之間采用同步時鐘工作方式，實現數據采集同步。

1.2 設計的系統結構

采用智能化傳感與檢測、低功耗無線網絡等技術研究出長大物流機車低功耗無線安全監測系統。該安全監測系統通過人機聯控動態監測，能綜合檢測貨車運行狀態、安全隱患，有效地發現和預報可能存在的風險與故障，設計的方案如圖1所示。

該系統主要解決的問題是如下：

1）安全監測系統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律的復雜環境中，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測點的選擇、布局方案與策略等方面的難題。

3）復雜工況下長大物流機車安全監測點的選擇、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據進行融合、特征向量級融合、決策級融合的對比分析，確定最優數據融合算法等難題。

4）選用合適的無線傳輸方式，構建長大物流機車監測分散系統，開展長大貨車運輸狀態安全性能分析，實施應急預警處理，構建長大貨車低功耗無線安全監測系統平臺。

1.3 動態監測系統設計

分析每輛物流機車中的大件貨物運輸中的各項風險，合理的在機車中貨物周邊和車廂內及鎖具上合理布局和安裝傳感器實時監測大件貨物的傾角、捆綁的工具的張力、貨物的速度，同時設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，還可以根據貨物的不同類型加裝環境溫度和濕度傳感器，車內現場監控設備將監測值通過無線車載網絡系統傳遞到遠端系統的業務服務器、WEB發布服務器和數據接收服務中，再由監測系統上發布設備將數據轉發到指揮員終端端設備中，當監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人員，系統的設計圖如圖2所示。

本文中監測系統的上位機軟件使用VC6.0設計，并結合ACCESS開發數據庫管理軟件，可實現相應的信息查詢、修改和顯示功能。該上位機的主要功能模塊有用戶管理、數據采集、信息管理和報警，用戶管理可實現用戶添加、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據的查詢、修改和刪除;報警模塊用于設置安全閾值及報警提醒。整機的監測軟件設計框圖如圖3所示。下位機設計上采用STM32作為信號采集平臺，由Wifi構建無線網絡傳遞數據到車載計算機上。

1.4 實驗測試

為了現場調試監測系統的采集的大貨物件周邊傳感器數據，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，設計車載計算機作為服務網絡，由機車內部監測的無線局域網連接車載計算機，實驗人員在另外安全車廂遠程端訪問現場裝載的工控機中Remote Adminstrator查看數據，最后再將車載計算機機連接外界公網到遠程服務器端。當機車速度行駛在100Km/h時，實驗采集部分傳感器數據范圍如表1。

2 結論

本文設計的物流機車大件貨物動態監測系統，對于復雜工況下長大物流機車安全監測點的選擇、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據進行融合、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數據融合算法，確定較優的長大物流機車安全監測測點布局方案與策略;選用合適的無線傳輸方式，開展組網策略研究，構建長大物流機車監測分散系統;構建長大物流機車運輸狀態無線安全監測系統模型。

參考文獻：

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