分布式铁路信号微机监测系统的研究和实现——基于无线监测模块的研究

• 作 者: 汤泉
• 机 构: 兰州交通大学
• 出 处: 兰州交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 铁路信号设备 微机监测系统 无线传感器网络 分布式监测系统

铁路信号设备是铁路建设的重要基础设施，信号设备发生故障或者脱离正常运行状态时可能会引起列车晚点甚至引发安全事故，因此很有必要对各种信号设备进行系统的监测和维护。铁路信号微机监测系统运用了先进的科学技术和管理技术对各信号设备的运行状态进行了多方面的监测，使得电务部门能及时掌握信号设备的运行状态，也给相关运行事故的分析提供了科学依据，并起到了故障预报警功能。　　现有的微机监测系统中，机械室内一般通过隔离采样单元采集到信号设备的状态，并通过铺设一定量的采集线连接至各类采集机，由采集机进行数据转换、处理并汇聚到站机。采集线的部署和维护工作量大、要求高，且容易出现混线的状况。此外，微机监测系统的一些状态采集任务需要在室外信号设备现场进行，一般通过远距离的线缆将室外设备状态信息集中到机械室内的设备进行处理。线缆方式进行数据传递虽然效率高，可靠性强，但由于距离较远，维护起来比较困难，甚至可能会出现因线缆被破坏而引发的事故。本文针对铁路信号设备监测的特点和需求，提出了一种以无线传感器网络为基础的分布式监测方案。　　论文中设计了将无线传感器智能单元放置在室内的监测点附近以及室外信号设备旁，取代车站系统中的室内的采集线、采集机，和室外监测项目中远距离的线缆，对监测对象的状态数据进行采集、处理，并通过无线传感器网络与有线相结合的通信方式将数据传递给站机。新兴的无线传感网络技术结合了无线通信、智能传感器、微处理器以及分布式信息处理等技术，不仅能够实时采集监测对象或监测区域的相关数据信息，还可以根据不同监测要求进行组网，将采集到的各类数据信息进行有效的传输。设计采用的无线传感器网络扩大了监测范围，并有效的填补了现有微机监测系统在一些特殊情况下不易监测的空缺。　　论文详细介绍了铁路信号微机监测系统的发展历程，层次结构和相关功能，概述了无线传感器网络技术、通信协议以及 ZigBee无线通信技术。在分析监测功能需求的基础上，设计了基于 ZigBee网络的分布式监测系统。根据不同的监测对象和监测范围，将系统分为了室外监测系统，室内监测系统，并分别设计了两种相应的无线通信网络结构。此外，本文重点对系统的各监测节点的通信模块和功能模块进行了相关的硬件设计，对系统所采用的网状和星型两种无线通信结构以及监测单元进行了软件分析和设计。最后对影响系统网络性能的因素进行了简要概述，提出了增加监测距离和减少节点功耗的相关方法。