基本信息
- 项目名称：
- 轨道交通无线传感器网络
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 轨道交通无线传感器网络主要是用来实现对列车位置的精准定位、对列车进行实时测速以及对列车到站时刻的精确预报，为检测轨道列车运行状况提供了一种切实可行的检测技术。本作品由分布在车站及轨道沿途的多个无线传感器节点、网关以及车站中心控制室组成。本作品为现在及将来轨道交通的全自动化驾驶提供了一种切实可行的理论方法和检测技术。
- 详细介绍：
- 轨道交通无线传感器网络（下简称系统）由分布在车站及轨道沿途的多个无线传感器节点、网关以及列车和各车站及总站的中心控制室组成，本系统充分利用无线传感器网络的物理感知能力以及快速无线传输的特性，实现列车位置的精准定位以及列车进行实时测速，通过利用上层软件可实现轨道列车到站时刻的精确预报。该系统具有很好的极端情况应对能力，双路供电设计可以保证检测节点即使在只是用干电池的情况下仍然可以正常工作。现有轨道交通ATC系统的关键技术在于如何准确的进行列车定位和以及获取其实时速度。本作品主要研究无线传感器网络（WSN）在轨道交通上的运用，并可提供与现有系统相似的功能。该技术方法为现在及将来轨道交通列车的自动驾驶提供了一种可靠实际的理论支持。为人们今后快捷，安全及舒适出行提供了技术保障。因此在当前及将来的轨道交通以及其他形式的交通运输中都有广阔的应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品创新点： 1. 首次将WSN技术运用在轨道交通列车检测技术中。 2. 相对于现有的ATC系统可同时实现列车的绝对定位与相对定位。 3. 可提供实时测速及速度码的验证，为VCU单元提供准确可靠的数据支撑。 作品技术优势： 1. 全部无线节点均内置可编程模块，方便后期通过编程实现新的功能。 2. 硬件设计紧凑，充分考虑轨道环境的实际情况，无需对现场做大改动就可轻松布设。 3. 整个传感网络多重冗余考虑，系统鲁棒性强。超低功耗设计，有较强的灾难应对能力。 4. 建设营运成本低，相较现有的信号系统的建设陈本来说具有较大优势。 检测节点硬件参数 微处理器 CC2430（SoC设计，工业标准增强型，128Kbyte Flash AD 10bit 1Ch）2.4GHz（IEEE 802.15.4 ） 传送速率 最大250Kbps 传输通道 16个可选频段 传输距离 0-100m可调（增强型节点在0-800m可调） 超低功耗 睡眠：0.6-0.9uA 电源 1.5vAA 2 光电传感器相关参数 最大有效检测距离 反射式：4m； 漫反射式：30cm 灵敏度 <=30ms 输入电压 12-240V 工作方式 DC AC自适应 输出电压 18V
科学性、先进性
- 系统设计完全符合国家标准 根据国家中华人民共和国国家标准GB /T 12 75 8- 2 004 本系统在设计之初就完全参考了以上标准进行开发，其中根据第2条款本系统完全符合经济性、可靠性，同时还定义轨道交通信号系统的不同功能层，并明确指出了WSN网络处于底层感知并向上层提供数据的分层结构。针对第4条款，本系统提出通过调整传感器检测节点的布设密度以灵活的调整系统精度，从而满足城市轨道交通不同运量和行车密度的运营需要。针对第5条款本系统不单一强调地车通讯能力还着重考虑了传感器节点与中心控制室的数据通讯能力，从而保证中心控制室可以获取实时、可靠的车辆运行数据。这样的设计将有助于实现列车运行的统一指挥调度。针对第6条款，本系统有较强的独立运行能力，无论是检测手段或者通讯方式都不过度依赖现有系统从而提高本系统的可靠性。针对第7、8、9、12条款本系统从设备冗余到多路供电、从设置多种报警参数到通讯加密技术，本系统通过多种手段保证轨道交通的安全、稳定运行。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室模型搭建已经完成，目前正处于在轨测试阶段。
技术转让方式
- 专利实施许可转让
作品可展示的形式
- 实物、录像、图片、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品适用范围与运用前景 在轨道交通自动驾驶方面的应用 在轨道交通高密度列车运营方面的应用 在轨道交通列车到站时间预报方面的应用 目前轨道交通信号系统的许多关键技术都在国外的企业手中，通过运用WSN技术，可实现ATC系统的一些关键技术。从而有效突破此瓶颈。 目前轨道交通ATC系统主要依赖国外公司的产品，国内具有完全自主知识产权以及完整功能的ATC系统未见报道。本作品是在这样的环境下开始研究与开发的，意在打破国外公司的完全技术垄断。通过研究WSN网络并将它结合入轨道交通ATC系统是一个大胆而具有突破性的尝试。另一方面WSN网络国内也处于起步阶段，运用WSN实现的检测与控制系统如同雨后春笋一般涌现出来。所以将WSN技术尽早运用到轨交运行技术中去是本作品的重大技术优势以及创新之处。
同类课题研究水平概述
- 目前世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用列车自动控制系统（ＡＴＣ）。现今轨道交通信号系统主要进行了以下几个方面的研究： 固定闭塞（台阶式）信号系统 模拟轨道电路为基础的综合控制系统，通常采用计算机或继电联锁，和车载机车信号配合，装备电子调度集中CTC。国内外主要采用了这种信号系统，应用广泛。 准移动信号系统 数字轨道电路为基础的目标距离（Distance To Go）模式控制系统，采用计算机联锁。车载装备ATC系统（包括ATP、ATO和ATS）。国内只有部分配套技术较成熟，数字轨道电路依靠引进或国内组装生产，核心的ATP、ATO均以引进为主。 基于通信的列车控制系统（CBTC） CBTC是通过移动闭塞技术来缩短运行间隔，从而优化列车的安全运行以及全自动化的中央控制。这些特性提高了列车的运能和效率，同时也使得列车的运行更具有灵活性。列车在运行过程中，其运行数据将可以通过设置在列车以及轨旁的支持多项标准的无线和宽带系统设备来传递。目前，CBTC完全被国际上少数几个公司垄断，CBTC以列车与地面的传输信息方式来划分，分无线、环线、漏缆及波导管等几种。移动闭塞（Moving blocking） 从技术角度来讲，闭塞分固定闭塞和移动闭塞二种，目前世界上最先进的信号系统是：移动闭塞（Moving Block），采用CBTC技术，并实现无人驾驶DTO（Driverless Train Operation），如庞巴迪公司的CITYFLO650系统。 然而现今无线传感器网络在轨道交通领域内的应用尚处于初始阶段，如英国国家铁路公司在部分线路的沿线桥梁关键部位布置传感器网络节点，以实时采集应力数据、形变，以及撞击事件的发生。欧盟部分国家在地铁隧道内布置传感器网络用于记录隧道顶部和侧面的受力分布，还在阿姆斯特丹的部分地铁内设置传感器节点以进行环境参数采集监测和稀有气体的检测。因而将无线传感器网络应用在轨道交通列车的精确定位、对列车的实时测速以及对列车到站时间的精确预报尚属首次。
