物流機(jī)車(chē)大件貨物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

摘要：本文提出的一種長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)低功耗無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)大件貨物運(yùn)輸狀態(tài)，克服監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜，干擾信息強(qiáng)，超大件貨物規(guī)則不定的困難，針對(duì)運(yùn)輸對(duì)象的變化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)調(diào)整的能力，對(duì)于運(yùn)輸變化多樣的重大龐然貨物的貨物安裝及車(chē)輛能夠有效地發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)與故障，為促進(jìn)我國(guó)重載鐵路物流預(yù)防性維修技術(shù)發(fā)展具有十分重要理論與工程實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē);低功耗;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);預(yù)防性維修技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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

隨著社會(huì)分工與協(xié)同合作發(fā)展越來(lái)越緊密，物流運(yùn)輸成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要環(huán)節(jié)。重載長(zhǎng)大貨物運(yùn)輸已被國(guó)際公認(rèn)為鐵路機(jī)車(chē)物流貨運(yùn)發(fā)展的方向，成為世界鐵路物流發(fā)展的重要方向之一[1-5]。在重大項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，愈來(lái)愈多的巨型笨重的關(guān)鍵設(shè)備貨物需要通過(guò)必須使用專門(mén)的長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)來(lái)運(yùn)輸，例如變壓器、發(fā)電機(jī)等。鐵路長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)作為物流大型設(shè)備運(yùn)輸?shù)妮d體，承擔(dān)著繁重的國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)運(yùn)輸任務(wù)，已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著十分重要的地位和作用，甚至國(guó)家戰(zhàn)略項(xiàng)目中長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)運(yùn)輸起到關(guān)鍵性作用。

超常規(guī)的“超限超重貨物”貨物的物流過(guò)程中，被運(yùn)送的貨物往往異形不規(guī)則，無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱設(shè)備運(yùn)輸。運(yùn)輸變化多樣的重大龐然貨物對(duì)貨物安裝及車(chē)輛有特殊要求，尤其對(duì)安全性要求極其苛刻，需要對(duì)重型載貨長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)的運(yùn)輸全程實(shí)施均載檢測(cè)和全程技術(shù)監(jiān)測(cè)，甚至每趟運(yùn)輸要一次性安裝、使用、拆卸[3]。物流運(yùn)輸領(lǐng)域中長(zhǎng)大貨物運(yùn)輸細(xì)分領(lǐng)域?qū)?guó)家重大項(xiàng)目建設(shè)極其重要，然而，常規(guī)的運(yùn)輸安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)超常規(guī)的“超限超重貨物”安全監(jiān)測(cè)研究應(yīng)用不多，特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感檢測(cè)技術(shù)新技術(shù)未充分應(yīng)用于長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之中[6-9]。

本文提出的一種長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)低功耗無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)大件貨物運(yùn)輸狀態(tài)，克服監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜，干擾信息強(qiáng)，超大件貨物規(guī)則不定的困難，針對(duì)運(yùn)輸對(duì)象的變化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)調(diào)整的能力。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，同時(shí)長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)運(yùn)輸貨物變多樣列車(chē)變化出現(xiàn)，對(duì)檢測(cè)安全性與實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)更加趨向采用能耗低，能快速、便捷安裝并布網(wǎng)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)必然需要滿足低功耗無(wú)線安全的要求[10-12]。

該系統(tǒng)在功能上能夠均衡監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)車(chē)輛偏載情況、貨物傾斜狀況，如監(jiān)測(cè)鉗夾車(chē)的掛貨鉤、落下孔車(chē)肩座應(yīng)力大小，關(guān)鍵部位受力在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，分析均衡狀態(tài)。車(chē)輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，尤其是在通過(guò)復(fù)雜線路線況時(shí)，如車(chē)輛通過(guò)S形曲線、大超高、小半徑、復(fù)式交分或者交叉渡線等工況時(shí)，監(jiān)測(cè)車(chē)輛小底架心盤(pán)位置的垂向、橫向加速度以及彈簧動(dòng)撓度，綜合監(jiān)測(cè)并判斷機(jī)車(chē)的平穩(wěn)性。

在數(shù)據(jù)采集方面，能夠多方式、高速度的數(shù)據(jù)采集及傳輸;多臺(tái)儀器對(duì)同一個(gè)任務(wù)監(jiān)測(cè)時(shí)，測(cè)量通道可以靈活選擇，不受限制;通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的位置可以根據(jù)需求，不受有線網(wǎng)絡(luò)布線安裝的限制;儀器設(shè)備之間采用同步時(shí)鐘工作方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集同步。

1.2 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用智能化傳感與檢測(cè)、低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)研究出長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)低功耗無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)聯(lián)控動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能綜合檢測(cè)貨車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、安全隱患，有效地發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)與故障，設(shè)計(jì)的方案如圖1所示。

該系統(tǒng)主要解決的問(wèn)題是如下：

1）安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在日曬雨淋惡劣工況下，能夠運(yùn)行在電磁干擾大且不規(guī)律的復(fù)雜環(huán)境中，對(duì)信號(hào)采集、提取與處理與信號(hào)抗干擾。

2）針對(duì)大貨車(chē)運(yùn)輸貨物變化多樣特征，對(duì)貨物安裝及車(chē)輛有特殊性要求，尤其對(duì)安全性要求極高，克服每趟運(yùn)輸具一次性安裝、拆卸，對(duì)合理提取分析安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇、布局方案與策略等方面的難題。

3）復(fù)雜工況下長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇、信號(hào)抗干擾分析、信號(hào)采集、提取與處理，對(duì)傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、特征向量級(jí)融合、決策級(jí)融合的對(duì)比分析，確定最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法等難題。

4）選用合適的無(wú)線傳輸方式，構(gòu)建長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)監(jiān)測(cè)分散系統(tǒng)，開(kāi)展長(zhǎng)大貨車(chē)運(yùn)輸狀態(tài)安全性能分析，實(shí)施應(yīng)急預(yù)警處理，構(gòu)建長(zhǎng)大貨車(chē)低功耗無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。

1.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分析每輛物流機(jī)車(chē)中的大件貨物運(yùn)輸中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，合理的在機(jī)車(chē)中貨物周邊和車(chē)廂內(nèi)及鎖具上合理布局和安裝傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大件貨物的傾角、捆綁的工具的張力、貨物的速度，同時(shí)設(shè)計(jì)三維加速度傳感器檢測(cè)貨物在高度運(yùn)行下各方向受到的壓力或者沖擊帶來(lái)的損壞，還可以根據(jù)貨物的不同類型加裝環(huán)境溫度和濕度傳感器，車(chē)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備將監(jiān)測(cè)值通過(guò)無(wú)線車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳遞到遠(yuǎn)端系統(tǒng)的業(yè)務(wù)服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器和數(shù)據(jù)接收服務(wù)中，再由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上發(fā)布設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指揮員終端端設(shè)備中，當(dāng)監(jiān)測(cè)值接近甚至超過(guò)閾值，實(shí)時(shí)警報(bào)提醒指揮人員和物流機(jī)車(chē)駕駛?cè)藛T，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

本文中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件使用VC6.0設(shè)計(jì)，并結(jié)合ACCESS開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信息查詢、修改和顯示功能。該上位機(jī)的主要功能模塊有用戶管理、數(shù)據(jù)采集、信息管理和報(bào)警，用戶管理可實(shí)現(xiàn)用戶添加、修改、刪除、保存功能，采集主要獲取機(jī)車(chē)大件貨物的傾角、捆綁繩索的張力、機(jī)車(chē)行駛速度和加速度;信息管理是針對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的查詢、修改和刪除;報(bào)警模塊用于設(shè)置安全閾值及報(bào)警提醒。整機(jī)的監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。下位機(jī)設(shè)計(jì)上采用STM32作為信號(hào)采集平臺(tái)，由Wifi構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)到車(chē)載計(jì)算機(jī)上。

1.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集的大貨物件周邊傳感器數(shù)據(jù)，考慮到大件貨物在機(jī)車(chē)行駛過(guò)程中對(duì)工作人員安全的不利影響，設(shè)計(jì)車(chē)載計(jì)算機(jī)作為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，由機(jī)車(chē)內(nèi)部監(jiān)測(cè)的無(wú)線局域網(wǎng)連接車(chē)載計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn)人員在另外安全車(chē)廂遠(yuǎn)程端訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)裝載的工控機(jī)中Remote Adminstrator查看數(shù)據(jù)，最后再將車(chē)載計(jì)算機(jī)機(jī)連接外界公網(wǎng)到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。當(dāng)機(jī)車(chē)速度行駛在100Km/h時(shí)，實(shí)驗(yàn)采集部分傳感器數(shù)據(jù)范圍如表1。

2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的物流機(jī)車(chē)大件貨物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜工況下長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇、信號(hào)抗干擾分析、信號(hào)采集、提取與處理，對(duì)傳感器采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、特征向量級(jí)融合、決策級(jí)融合的對(duì)比分析，尋找理論與實(shí)際最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法，確定較優(yōu)的長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)安全監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布局方案與策略;選用合適的無(wú)線傳輸方式，開(kāi)展組網(wǎng)策略研究，構(gòu)建長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)監(jiān)測(cè)分散系統(tǒng);構(gòu)建長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)運(yùn)輸狀態(tài)無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型。

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【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】

收稿日期：2021-05-21

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳科學(xué)課題《長(zhǎng)大物流機(jī)車(chē)低功耗無(wú)線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)踐》（課題號(hào)：18C1814）

作者簡(jiǎn)介：肖遼亮（1975—），男，湖南株洲人，長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，碩士，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、電子技術(shù)應(yīng)用。