基于无线传感器网络的轨道交通智能监测系统

赵 靓

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

基于无线传感器网络的轨道交通智能监测系统

赵 靓

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

随着轨道交通的蓬勃发展，在建设过程中安全事故频发。基于此设计一种基于无线传感器网络的轨道交通智能监测系统。通过压力传感器、温度传感器等传感器节点采集建设中的实时数据信息，应用无线网络将数据信息传输到监测平台,使管理者在远方可以实时了解建设信息，有效保证建设的安全进行。

无线传感器网络；智能监测；轨道交通；传感器节点

随着城市轨道交通事业的蓬勃发展，工程建设过程中安全事故频发[1]。轨道交通工程建设具有建设规模大、建设周期长，地质条件复杂多变，周边环境繁杂，施工工法多等特点，给轨道交通建设安全风险管理造成了很大的困难[2]。

基于此本文设计一种基于无线传感器网络的轨道交通智能监测系统。利用无线传感器网络技术，通过力学传感器、温度传感器等传感器节点采集轨道交通建设中的实时数据信息，应用无线网络将数据信息传输到监测平台，使管理者在远方可以实时了解工程建设信息，大大地增加了监测的智能化程度，有效地保证了建设的安全进行。

1 系统结构设计

图1为无线传感器网络结构图。其是由分布在监控区域内传感器节点、汇聚节点、无线网络和管理终端节点组成的[3]。传感器节点是一个微型的嵌入式系统，主要采集轨道交通施工中的力、温度等重要数据信息。传感器节点中的数据信息由汇聚节点进行汇总，汇聚节点是无线传感器网络中心环节，对数据进行计算和存储后通过无线网络将数据传至管理终端节点，实现了管理节点与传感器节点之间的通信。管理者可以通过管理终端显示的施工建设数据信息，实时了解施工中的情况，进而实现可以在远处得知监测区域内的情况[4]。

图1 无线传感器网络系统结构图

2 硬件设计

2.1 传感器节点设计

无线传感器网络节点由供电模块、采集模块、中央控制模块、存储模块、无线射频模块和各类接口模块组成[5]。监测区域中的目标信号由传感器对其采集处理，中央控制模块会控制信号的模数转换、存储、无线传输，并可以通过各类接口输出数据信息。如图2所示为无线传感器网络节点结构图。

图2 无线传感器网络节点结构图

轨道交通建设安全风险系统中的无线传感器网络节点可通过压力传感器采集压力信息；倾角传感器采集倾角信息；温度传感器采集温度信息；甚至可以通过智能机器人来采集相关的信息。图3所示为无线传感器网络节点可以包含的传感器类型。

图3 传感器节点类型

2.2 目标信号的采集与转换

利用传感器采集到目标信号的相关模拟信号后，将相应的信号类型转换为电信号。为将电信号转变成数字信号，需要引入模数转换器，转换器按分辨率分为4位、6位、8位、10位、14位、16位[6]。为满足项目要求选用10位的模数转化器，对于10位转化器，其相应的分别率为210，即它能将相应的传感器量程位移等分成210份，若量程为5 V，其分辨率为0.004 88 V，对应的数字信号由0000000000～1111111111。分辨率计算公式如下：

图4所示为模数转换器示意图。一个10位模数转换器具备输出引脚(D0-D9)，一个开始转换引脚(Start of Converter，SOC)，结束转换引脚(End of Conversion，EOC)，信号输出使能引脚。

图4 模数转换器示意图

2.3 信号的输出

在模数转换器得到相应数据后，将数字信号输入到中央控制器模块。中央控制模块将此信息带入模块内部存储器中进行分析计算，通过比较结果变量与预设值来控制相应端口的数据值，控制输出端口输出相应的高低电位。

3 总结信息

图5所示为采集到的轨道交通建设过程中的相关数据信息，一帧的数据信息由帧数据、帧计数和帧尾组成。1～12列为相关数据信息，13、14列为帧计数，由图中可以看出帧计数连续没有数据丢失。15、16列为帧尾。图6所示为经过分析处理后的压力信息，图7所示为分析处理后的温度信息。

图5 传感器采集的相关数据信息

图6 采集的压力信息

图7 采集的温度信息

4 结论

该系统利用无线传感器网络节点将轨道交通施工中的压力、温度等数据信息传入综合监控系统中，从而使管理者可以在远处得知施工中的具体情况，及时做出相应指令，为轨道交通施工中的安全提供了有力的保证。

[1] 毛儒.轨道交通安全风险管理[M].北京：中国铁道出版社,2014.

[2] 郭延永.城市轨道交通建设与发展的适应性分析[D].西安：长安大学,2012.

[3] 魏汉明，刘文怡，张彦军，等.基于无线传感器网络节点采集存储系统设计[J].计算机测量与控制,2014,22(9)：2926-2927,2930.

[4] 李建中，高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展,2008,45(1):1-15.

[5] 司海飞，杨忠，王珺.无线传感器网络研究现状与应用[J].机电工程,2011,28(1):16-20.

[6] 高欢，王玉松，刘连生.基于单片机和模数转换器的实用测试系统[J].计算机测量与控制,2011,19(1):26-29.

Rail Traffic Intelligent Monitoring System Based on Wireless Sensor Network

Zhao Liang

(ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

With the rapid development of rail transportation, safety accidents occur frequently in the process of construction. This paper designs a rail traffic intelligent monitoring system based on wireless sensor network. The real time data information in the construction of sensor nodes is collected by pressure sensors, temperature sensors and other sensors. It uses the wireless network to transmit data to the monitoring system. The system can make the manager to know the construction information in the distance in real time, and effectively guarantee the construction safety.

wireless sensor network; intelligent monitoring; rail traffic; sensor node

2016-11-22

赵 靓(1989- )，女，山西太原人，助理工程师，硕士，研究方向：轨道交通智能控制。

1674- 4578(2017)01- 0029- 03

TP391；U239.5

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