铁路防溜器具自组网智能定位追踪装置研究

江　　西　　科　　学

JIANGXI　SCIENCE

Vol.41No.4Aug.2023

　　doi:10.13990/j.issn1001-3679.2023.04.025

铁路防溜器具自组网智能定位追踪装置研究

王　超　厚

(南昌铁路通达工贸有限公司,330002,南昌)

摘要:铁路场站中大量使用的无网无源防溜器具(如铁鞋)普遍缺乏有效的定位追踪手段,无法实现全天候有效管理,造成潜在的风险隐患。介绍了一款适用于铁路防溜器具保管、作业、巡检等全流程使用场景的智能化系统,在不影响铁路防溜器具既有形态的情况下,可实现对铁路防溜器具的集中式智能化管控,并建立与使用和管理人员之间的对应链接。关键词:智能化;铁路;防溜器具

中图分类号:U26;TP39　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1001-3679(2023)04-755-04

ResearchonADHocIntelligentPositioningandTrackingDevice

forRailwayanti-slipAppliancei

Abstract:Thenet-lesspassiveanti-slipdevices(suchasironshoes)widelyusedinrailwayyardsandstationsgenerallylackeffectivemeansofpositioningandtracking,andcannotachieveall-(NanchangRailwayTongdaIndustryandTradeCo.,Ltd.,330002,Nanchang,PRC)

WANGChaohou

weathereffectivemanagement,resultinginpotentialrisks.Thispaperintroducedanintelligentsys-temwhichwassuitableforthewholeprocessofstorage,operationandinspectionofrailwayanti-slip

equipment.Inthecaseofaffectingtheexistingformofrailwayanti-slipequipment,itcanrealizethecentralizedintelligentcontrolofrailwayanti-slipequipment,andestablishcorrespondinglinkswithusersandmanagers.

Keywords:ntelligent;railway;anti-running

0　引言

车站智能化、信息化建设是现代发展建设的重要方向。本文在铁路货运站智能化发展现状的基础上,针对如何让铁路场站中的防溜器具(如铁鞋)在日常使用中实现全天候有效的管理。避免潜在的风险隐患,实现对铁路防溜器具的集中式智能化管控,提升铁路生产效率,达到两全其美的效果。

收稿日期:2023-05-05;修订日期:2023-06-20

21世纪以来,“创新、智能”成为发展的主题。

1　现状分析

1.1　国外现状分析

法国国家铁路公司(SNCF)建设设计智能铁鞋系统,打造智能化移动管理。现场作业人员可根据智能铁鞋系统状态判定铁鞋的放置状态和丢失状态,针对终端低功耗要求进行设计与开发。

德国铁路公司(DB)实施“铁路4.0战略”,针对铁鞋在使用中存在的适用范围窄、安置及撤除不便、附着力小、辨识度差的问题进行分析,采

作者简介:王超厚(1983—),男,硕士,高级工程师,主要从事轨道交通研究。

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·756·江　西　科　学2023年第41卷

用收缩软钢丝绳以减轻鞋牌组合重量、安装永磁

铁块防止铁鞋在轨顶上发生移位或脱落、粘贴反1.2　国内研究现状光贴增强辨识度的措施。

鞋”,软件主要是智能管控中心系统。

卫星定位

我国的智能化防溜铁鞋从理论研究到实际应用历经多年的摸索,通常可将业界所采用的铁鞋分为以下三大类:的防盜铁鞋。

1)采用机械原理,将机械锁闭加入到铁鞋上2)通过将远距离通讯终端与传感器相结合,

[1]

智能铁鞋

USB数据传输5V1.5A充电

智能铁鞋柜

供电

太阳能

LORALORA

HTTPUDP

LORA网关

服务器

安装在铁鞋上的防溜铁鞋

检测技术相结合的方法,对以铁鞋为智能化模块进行数据采集和传输,并具有防盗和定位功用于一体的智能化模块总集

[2]

3)采用运用无线通信技术、单片机和高科技

。

。

图2　系统设计框架

2.1　硬件设计

2.1.1　保管箱　保管箱箱体由供能模块、智能控制模块、信息读取模块等组成。保管柜可识别铁鞋存取操作及信息上报,具备关箱自锁功能[3]。

根据对已有铁鞋各种模式的探究,目前受现有技术和器具的制约,很多改进都未能实现设备信息化收集、无线通讯技术、智能化管理等方面经济性与实用性的完美结合(图1)。

2.1.2　智能铁鞋　

主控,由中央智能模块、NFC识别模块、LORA通信模块、定位模块、电磁感应模块、雷达、电池等组

1)智能定位追踪装置(图3)采用MCU作为

成。

lora通讯4G通讯

通讯模块设计

布防、撤防设计

电磁感应模块

NFC模块

超声波模块蜂鸣器

MCU

主控单片机

图1　现场铁鞋使用情况

1)智能铁鞋采用入柜充电模式,解决铁鞋电2)研制智能保管箱(铁鞋),解决安全器具保3)建立基于时间、位置和作业逻辑的多区域4)结合lora实现场站远距离自组网,实现数根据目前存在的问题,列出研究方案:

指示灯充电IC

充电模块设计

其他

定位模块震动休眠

USB接口

量使用问题。管问题。

图3　智能铁鞋架构

现数据传输,主要完成铁鞋与平台之间的数据传输[4]。

3)撤防设计:

2)通讯模块设计:通讯模块通过lora通信实

铁路防溜器具智能管控中心。据传输监控。

布防:当铁鞋放在火车轮子下,雷达感应到火

2　铁鞋智能定位追踪装置设计

整体设计框架如图2所示。

铁路防溜器具自组网智能定位追踪装置,包含硬件和软件,硬件主要包含智能保管箱(以下简称保管箱)、智能定位追踪装置简称“智能铁

车轮子,电磁感应模块感应到铁轨,蜂鸣器提示,此时处于可以布防的条件。工作人员刷NFC卡,铁鞋布防成功并向控制端发送数据,停止蜂鸣。

撤防:将铁鞋从火车轮子下拿出,这时雷达检测不到火车轮子,电磁感应检测不到铁轨,蜂鸣器提示,工作人员刷NFC卡,向后台发送撤防成功

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第4期　　　　　　数据,停止蜂鸣(图4)。

王超厚:铁路防溜器具自组网智能定位追踪装置研究·757·

下道:铁鞋撤防完成后,揭示板对应股道位置铁鞋图标消失,返回箱内后,铁鞋柜状态显示为在柜。

3　铁路防溜器具自组网位追踪装置

关键技术及实现

3.1　智能铁鞋

3.1.1　主板控制　铁鞋主板采用CKS32F103单72MHz,内置高速存储器(高达128K字节的闪

图4　智能铁鞋

通过USB口向设备充电,同时设备指示灯亮起,

片机,标准型MCU系列使用高性能的ARM@CortexTM-M332位的RISC内模,工作频率为

4)充电模块设计:铁鞋放入铁鞋柜中(图5),

存和20K字节的SRAM),丰富的增强I/O端,低热量,低功耗[5]。

同时铁鞋会向铁鞋柜进行数据交互。

3.1.2　定位模块　采用中科微AT6558R芯片,是一款高性能BDS/GNSS多模卫星导航接收机SOC单芯片,片上集成射频前端,数字基带处理器,32位的RISCCPU,电源管理功能。兼容北斗

3.1.3　低功耗感知系统　监测传感器需在户外无人监守工况长时间工作,为了设备更好的续航能力,采用加速度传感器来判断设备(图7)是否3.1.4　高性能毫米波探测技术　高性能专用探测设备(图8)利用回波探测目标的位置、速度、大小等信息,具有无视天气、光线的能力,毫米波探测具有速度快、精度高等特点[7]。

智能铁鞋

静止状态

加判速断度

运动状态

卫星导航系统。

处于静止或者运动状态[6]。

图5　入柜充电展示图

2.2　软件设计6所示。

2.2.1　智能管控中心系统　智能管控系统如图

关闭部分组件，低功

耗运行上报消息每3分钟

铁鞋运动

所有组件正常运行上每报10消息秒

服务端数据接收

数据接收端

图6　智能管控中心图

智能管控中心主要由信息收集、数据管理、数据分析报警、场站作业管理、信息展示等功能组成,可实现多场站同时监控,通过铁路内网可实现远程部署与访问。

防溜互控支持单端互控与两端互控场景。上道:铁鞋出柜,(固定鞋位)器具箱对应铁鞋位置显示铁鞋为取出状态,铁鞋布防完成后,揭示板对应股道位置显示铁鞋图标。

A/D

图7　铁鞋低效感知系统

MCU/DSP信号源发生器

发射机

模拟组件接收机

图8　毫米波感知元件

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·758·江　西　科　学2023年第41卷

3.2　铁路防溜器具智能保管箱

具备箱门开闭报警、箱门忘记关闭告警、NFC刷卡开门与密码开门及设备存取记录生成与上3.3　铁路防溜器具智能化管控方面

建立基于时间、位置和作业逻辑的多区域铁路防溜器具智能管控中心,实现一场多专用线、一中心场多附属场站等条件下对铁路防溜器具的区域网集中式管控[8]。

　　3)保管箱电子加锁,同时支持nfc开门及密码开门,在nfc严格绑定人员的情况下也可通过由控制室下发随机密码的方式开门,达到了铁鞋柜使用的严谨性与灵活性。

报、LORA自组网场域传输等功能。

5　结束语

铁路安全器具自组网智能定位追踪装置满足

了目前铁路安全器具的管控、监控和定位追踪的需求。其中,智能定位追踪装置结构简单,轻便小巧;智能保管箱具备安全性、较高的可维护性。该装置的应用为安全器具的管控、监控、定位追踪提供科学技术保障,经济、安全效益明显。

基于GIS技术,在地图空间上对存在的事物和发生的事件进行成图和分析。

数据可视化及管理平台:GIS地图可视化是

铁鞋在工作区内

参考文献:

[2][3][4][5][6][7][8][9]

[1]　刘鑫鹏,赵伟,牛有生,等.一种新型智能铁鞋管理

系统[J].铁路计算机应用,2017,26(4):25-29.

位置显示

铁鞋离开工作区

告警提示

姜洪伟,许星帅,孝彦滨.无线射频技术在站场防溜王琛鹤.一种智能防溜器具箱及其监测方法设计与38.

叶彦斐,黄家辉,胡文杰,等.基于LoRa协议的智能璩泽刚,梅彬,缪锐,等.铁道智能防溜终端低功耗设计与开发[J].工业控制计算机,2019,32(8):41-43.

叶彦斐,黄家辉,胡文杰,等.智能铁鞋定位纠偏及2020,33(1):54-55,58.12.

崔志斌,邬芝权,翟旭.智能铁鞋联网监控系统研究尚庆松,尚媛芝.站内铁鞋定位系统设计[J].科学技术创新,2019(24):68-69.

刘亚会.车站智能防溜系统的设计研究[J].铁道机车与动车,2022(11):20-22,61.(3):15-18.

铁鞋管理中的应用[J].减速顶与调速技术,2012

实现[J].工业控制计算机,2020,33(10):34-35,

图9　铁鞋位置显示

4　试用效果

2020,33(2):15-16,19.

防溜系统多信道数据通信[J].工业控制计算机,

铁路防溜器具自组网位追踪装置通过软硬件

结合,使用网络互通、数据融合、信息集成等技术,深度集成了包括智能定位追踪装置、智能保管箱和智能管控策略的关键技术

[9]

领取、现场归还,加快运输效率。开关门实现跟踪股道人员,实现器具使用有迹可循。

2)实现防溜作业人员不用往返防溜器具保

1)用于铁路车辆防溜器具的保管,实现现场

,试用效果如下:

被盗判定的设计与实现[J].工业控制计算机,

与应用[J].铁路计算机应用,2015,24(12):5-7,

管点取送防溜器具,较大程度减少上线作业带来的人身风险。

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