物流机车大件货物动态监测系统研究

2021-12-18肖辽亮

电脑知识与技术 2021年31期

摘要：本文提出的一种长大物流机车低功耗无线安全监测系统设计方案，该系统能动态监测大件货物运输状态，克服监测系统运行工况复杂，干扰信息强，超大件货物规则不定的困难，针对运输对象的变化，监测系统具备实时调整的能力，对于运输变化多样的重大庞然货物的货物安装及车辆能够有效地发现和预报可能存在的风险与故障，为促进我国重载铁路物流预防性维修技术发展具有十分重要理论与工程实践意义。

关键词：长大物流机车;低功耗;监测系统;预防性维修技术

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：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

隨着社会分工与协同合作发展越来越紧密，物流运输成为促进经济发展重要环节。重载长大货物运输已被国际公认为铁路机车物流货运发展的方向，成为世界铁路物流发展的重要方向之一[1-5]。在重大项目建设过程中，愈来愈多的巨型笨重的关键设备货物需要通过必须使用专门的长大物流机车来运输，例如变压器、发电机等。铁路长大物流机车作为物流大型设备运输的载体，承担着繁重的国家重点建设运输任务，已在国民经济建设中有着十分重要的地位和作用，甚至国家战略项目中长大物流机车运输起到关键性作用。

超常规的“超限超重货物”货物的物流过程中，被运送的货物往往异形不规则，无法用标准的集装箱设备运输。运输变化多样的重大庞然货物对货物安装及车辆有特殊要求，尤其对安全性要求极其苛刻，需要对重型载货长大物流机车的运输全程实施均载检测和全程技术监测，甚至每趟运输要一次性安装、使用、拆卸[3]。物流运输领域中长大货物运输细分领域对国家重大项目建设极其重要，然而，常规的运输安全监测系统对超常规的“超限超重货物”安全监测研究应用不多，特别是无线网络技术与传感检测技术新技术未充分应用于长大物流机车安全监测系统之中[6-9]。

本文提出的一种长大物流机车低功耗无线安全监测系统设计方案，该系统能动态监测大件货物运输状态，克服监测系统运行工况复杂，干扰信息强，超大件货物规则不定的困难，针对运输对象的变化，监测系统具备实时调整的能力。

1 方案设计

1.1 需求分析

随着无线网络技术与传感检测技术不断发展，同时长大物流机车运输货物变多样列车变化出现，对检测安全性与实时性要求越来越高，长大物流机车安全监测更加趋向采用能耗低，能快速、便捷安装并布网无线监测系统，长大物流机车安全监测的设计必然需要满足低功耗无线安全的要求[10-12]。

该系统在功能上能够均衡监测，监测车辆偏载情况、货物倾斜状况，如监测钳夹车的挂货钩、落下孔车肩座应力大小，关键部位受力在许用应力范围内，分析均衡状态。车辆运行的平稳性，尤其是在通过复杂线路线况时，如车辆通过S形曲线、大超高、小半径、复式交分或者交叉渡线等工况时，监测车辆小底架心盘位置的垂向、横向加速度以及弹簧动挠度，综合监测并判断机车的平稳性。

在数据采集方面，能够多方式、高速度的数据采集及传输;多台仪器对同一个任务监测时，测量通道可以灵活选择，不受限制;通过无线组网实施数据传输，监测仪器设备的位置可以根据需求，不受有线网络布线安装的限制;仪器设备之间采用同步时钟工作方式，实现数据采集同步。

1.2 设计的系统结构

采用智能化传感与检测、低功耗无线网络等技术研究出长大物流机车低功耗无线安全监测系统。该安全监测系统通过人机联控动态监测，能综合检测货车运行状态、安全隐患，有效地发现和预报可能存在的风险与故障，设计的方案如图1所示。

该系统主要解决的问题是如下：

1）安全监测系统安装在日晒雨淋恶劣工况下，能够运行在电磁干扰大且不规律的复杂环境中，对信号采集、提取与处理与信号抗干扰。

2）针对大货车运输货物变化多样特征，对货物安装及车辆有特殊性要求，尤其对安全性要求极高，克服每趟运输具一次性安装、拆卸，对合理提取分析安全监测点的选择、布局方案与策略等方面的难题。

3）复杂工况下长大物流机车安全监测点的选择、信号抗干扰分析、信号采集、提取与处理，对传感器采集的原始数据进行融合、特征向量级融合、决策级融合的对比分析，确定最优数据融合算法等难题。

4）选用合适的无线传输方式，构建长大物流机车监测分散系统，开展长大货车运输状态安全性能分析，实施应急预警处理，构建长大货车低功耗无线安全监测系统平台。

1.3 动态监测系统设计

分析每辆物流机车中的大件货物运输中的各项风险，合理的在机车中货物周边和车厢内及锁具上合理布局和安装传感器实时监测大件货物的倾角、捆绑的工具的张力、货物的速度，同时设计三维加速度传感器检测货物在高度运行下各方向受到的压力或者冲击带来的损坏，还可以根据货物的不同类型加装环境温度和湿度传感器，车内现场监控设备将监测值通过无线车载网络系统传递到远端系统的业务服务器、WEB发布服务器和数据接收服务中，再由监测系统上发布设备将数据转发到指挥员终端端设备中，当监测值接近甚至超过阈值，实时警报提醒指挥人员和物流机车驾驶人员，系统的设计图如图2所示。

本文中监测系统的上位机软件使用VC6.0设计，并结合ACCESS开发数据库管理软件，可实现相应的信息查询、修改和显示功能。该上位机的主要功能模块有用户管理、数据采集、信息管理和报警，用户管理可实现用户添加、修改、删除、保存功能，采集主要获取机车大件货物的倾角、捆绑绳索的张力、机车行驶速度和加速度;信息管理是针对传感器数据的查询、修改和删除;报警模块用于设置安全阈值及报警提醒。整机的监测软件设计框图如图3所示。下位机设计上采用STM32作为信号采集平台，由Wifi构建无线网络传递数据到车载计算机上。

1.4 实验测试

为了现场调试监测系统的采集的大货物件周边传感器数据，考虑到大件货物在机车行驶过程中对工作人员安全的不利影响，设计车载计算机作为服务网络，由机车内部监测的无线局域网连接车载计算机，实验人员在另外安全车厢远程端访问现场装载的工控机中Remote Adminstrator查看数据，最后再将车载计算机机连接外界公网到远程服务器端。当机车速度行驶在100Km/h时，实验采集部分传感器数据范围如表1。

2 结论

本文设计的物流机车大件货物动态监测系统，对于复杂工况下长大物流机车安全监测点的选择、信号抗干扰分析、信号采集、提取与处理，对传感器采集的原始数据进行融合、特征向量级融合、决策级融合的对比分析，寻找理论與实际最优数据融合算法，确定较优的长大物流机车安全监测测点布局方案与策略;选用合适的无线传输方式，开展组网策略研究，构建长大物流机车监测分散系统;构建长大物流机车运输状态无线安全监测系统模型。

参考文献：

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