基于轻量化协议的道岔安全监测技术研究
发布时间：2021-01-09 06:05
近年来,各地的轨道交通已经进入网络化运营阶段,并逐渐改进为无人自动驾驶,大幅度提高了运行效率和降低了人为原因产生的事故。但随着轨道交通运营设备数量和种类的日益增加,使得地铁设备开始向智能化管理迈进。地铁安全管理工作中,如何加强地铁各个设备的管理,降低故障率,保证地铁的安全运营是目前面临的重要问题。其中,轨道交通的道岔转换设备负责实现铁轨的移动和接轨,由于道岔所处环境造成的道岔误动作、不动作、不完全动作,很可能会引发行车事故,因而道岔转辙机缺口、油压油位、转换阻力等主要技术指标和状态关乎整体运营效果。本文概括了国内外现有道岔监测系统的现状,详细论述道岔检测系统的技术研究,从实际需求出发对软件进行系统性设计。并在充分认知物联网与大数据的基础上,结合现代智能传感器技术实现数据采集,从现场线缆传输带宽受限角度出发,提出基于物联网轻量化协议MQTT的轨道交通道岔安全监测系统,实现服务器端与客户端的设计与实时数据通讯,适应轨道交通低带宽与不稳定的网络环境,有效节省消息传输流量。为保证敏感信息的及时传送,对预警信息与环境数据设计数据优先级分类并实现动态时隙分配算法,实现信息的高效传输。根据安全风险等...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018年全国城市轨道交通运营线路总长度Fig.1.1Totallengthofnationalurbanrailtransitlinesin2012-2018
第2页上海应用技术大学硕士学位论文障集中以下几类：计算机软硬件、车载、计轴、大屏、联锁、道岔和区域控制器，详细故障比例如图1.2所示。地铁信号系统是一个安全至上的严苛系统，系统各个部分都直接影响着列车运行的安全和运营效率[2]。日常一些设备的故障轻则导致列车的紧急制停，对列车正常运营造成延误，影响了市民日常的出行，但严重的则会导致一系列安全问题。图1.2信号系统常见故障比例Fig.1.2Proportionofcommonfaultsinsignalsystems在轨旁信号控制设备中，道岔作为全线段使用非常频繁的动态制动设备，列车频繁的过车带来的振动、机械设备的损伤以及特殊天气变化的影响[3]，使得道岔的故障率在信号系统中占有不少的比例。由于道岔转换动作不到位，道岔表示电路故障、转辙机连接杆故障以及道岔不能解锁等一系列问题。1997年4月29日的荣家湾站事件，信号工未登记联系就擅自使用二极管封连线，导致12号道岔显示定位而实际道岔仍处于反位，联锁失效导致追尾造成列车重大事故；2012年5月30日大连有轨电车202路脱轨事故，道岔故障造成车轮掉下轨道导致了有轨电车的脱轨，所幸202路电车是无人区间车，避免了更严重的事故；2018年意大利驶往米兰的列车由于道岔机械装置故障造成列车脱轨，导致至少5人死亡，百余人受伤的特大列车运行事故。至今我国多个一线二线城市比如上海、广州、西安等地出现道岔故障致使列车停运、列车晚点或列车无法折返等情况，作为大都市人们首选出行的公共交通设施，尤其早高峰的运营事故尤其容易给市民带来上班迟到的困扰，高密度人群集中在站台，易造成一系列不安全事件，故道岔设备状态的稳定性直接影响列车的通过安全，对列车运输效率起着至关重要的作用。目前维修人员日常道岔检修仍是信号工的主要工作之一，现场巡检
第8页上海应用技术大学硕士学位论文图2.1通信系统模型Figure2.1Communicationsystemmodel从图2.1中可以了解到，信道是通信系统三大重要组成部分之一，信道的传输性能直接影响整个通信系统的通信质量。系统传输信道一般分为有线与无线两种，无线信道是指利用电磁波在空气中实现信号传输，如移动电话、广播与卫星通信等；有线信道是指借助明确的媒介进行信号传输，包括电话线、电缆和光纤等。无论何种传输方式，其信道都特性都直接影响着整个系统的传输效果。（2）信道容量信道容量是指信道能够传输的最大信息速率，道岔安全监测系统传输信道属于存在噪声干扰的连续信道，那将是一种特殊情况，噪声附加在发送的信号上但是从概率角度讲相对独立于发送信号，假设信号与噪声都满足正态分布，x为信号，噪声为n，y为接受到的附带噪声的信号，那么从现线性角度讲存在y=x+n，条件概率密度函数满足式（2-10）：(y)=(y)=(n)xPQxQ（2-10）从连续信息源的定义出发，其相对条件熵具备可加性，所以上述（2-10）从熵的角度定义可表示为式（2-11）：H(Y)H(X)H(X|Y)H(X)H(N)（2-11）因为噪声与信号相对独立，已知信号与噪声的条件熵，则在存在噪声的情况下，对于带宽为B的连续信号利用抽样定理获得理想情况最低抽样带宽为2B，信道中可传输连续信源的平均信息量的最大值信道容量tC可表示为式（2-12）：=[()-()]2tCMAXHYHYXB=MAX[H(Y)-H(N)]2B（2-12）连续信源一般考虑特定条较大的最大微分熵，假设信道中存在是高斯白噪声，输入信号的功率为S，噪声功率为N，最佳分布下，信号的最大微分熵为式（2-13）：
【参考文献】：
期刊论文
[1]校园无线局域网建设[J]. 阮其良. 网络安全和信息化. 2019(05)
[2]最短路径算法——Dijkstra及Floyd算法[J]. 吴海峰. 中国新通信. 2019(02)
[3]基于B/S架构的石化自动加药监测系统软件设计[J]. 董超,张晓伟,李超. 计算机技术与发展. 2018(10)
[4]基于MQTT协议的物联网电梯监控系统设计[J]. 崔自赏,陈冰,艾武,黄明强. 电子测量技术. 2018(07)
[5]无线通信中泄漏同轴电缆的传输衰减模型[J]. 郭进喜,刘扬,刘中华,李申月. 科学技术与工程. 2018(07)
[6]济南联通移动核心网分组域DNS故障分析[J]. 崔向伟,武剑. 信息技术与信息化. 2018(01)
[7]基于FreeRTOS和MQTT的海洋监测网络框架[J]. 朱明辉,赵信广,尤星懿. 电子技术应用. 2018(01)
[8]物联网传输协议MQTT与CoAP比较与应用[J]. 王剑秋,赵一. 计算机时代. 2017(10)
[9]最短路径算法的图示解析[J]. 王秋荟,陈继斌. 电脑知识与技术. 2017(17)
[10]物联网技术在铁路信号设备集中监测方面的应用[J]. 夏禹. 工程建设与设计. 2016(10)
硕士论文
[1]基于MQTT协议的生产数据采集系统设计与实现[D]. 卿建华.浙江理工大学 2019
[2]面向“IoT+”的供求聚合扩展模型的系统体系的研究与实现[D]. 胡军.华南理工大学 2017
[3]地铁监测实验平台信息发布子系统的设计与实现[D]. 肖楚天.北京邮电大学 2017
[4]基于MOTT协议的高可用在线客服系统的研究与设计[D]. 陈大妹.北京邮电大学 2017
[5]基于Petri网的城市轨道交通信号系统脆弱性研究[D]. 王亚涛.北京交通大学 2016
[6]基于MQTT的云推送平台的研究及应用[D]. 郑峰.杭州电子科技大学 2016
[7]一种基于自适应心跳机制的MQTT通信协议的研究与应用[D]. 温彬民.华南理工大学 2015
[8]物联网环境下轻量级发布/订阅系统的设计与实现[D]. 张亚慧.北京邮电大学 2015
[9]城市轨道交通安全管理模式及应急管理研究[D]. 彭玲云.长安大学 2014
[10]高速铁路道岔智能监测系统的研发[D]. 王军.兰州交通大学 2013
本文编号：2966112
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018年全国城市轨道交通运营线路总长度Fig.1.1Totallengthofnationalurbanrailtransitlinesin2012-2018
第2页上海应用技术大学硕士学位论文障集中以下几类：计算机软硬件、车载、计轴、大屏、联锁、道岔和区域控制器，详细故障比例如图1.2所示。地铁信号系统是一个安全至上的严苛系统，系统各个部分都直接影响着列车运行的安全和运营效率[2]。日常一些设备的故障轻则导致列车的紧急制停，对列车正常运营造成延误，影响了市民日常的出行，但严重的则会导致一系列安全问题。图1.2信号系统常见故障比例Fig.1.2Proportionofcommonfaultsinsignalsystems在轨旁信号控制设备中，道岔作为全线段使用非常频繁的动态制动设备，列车频繁的过车带来的振动、机械设备的损伤以及特殊天气变化的影响[3]，使得道岔的故障率在信号系统中占有不少的比例。由于道岔转换动作不到位，道岔表示电路故障、转辙机连接杆故障以及道岔不能解锁等一系列问题。1997年4月29日的荣家湾站事件，信号工未登记联系就擅自使用二极管封连线，导致12号道岔显示定位而实际道岔仍处于反位，联锁失效导致追尾造成列车重大事故；2012年5月30日大连有轨电车202路脱轨事故，道岔故障造成车轮掉下轨道导致了有轨电车的脱轨，所幸202路电车是无人区间车，避免了更严重的事故；2018年意大利驶往米兰的列车由于道岔机械装置故障造成列车脱轨，导致至少5人死亡，百余人受伤的特大列车运行事故。至今我国多个一线二线城市比如上海、广州、西安等地出现道岔故障致使列车停运、列车晚点或列车无法折返等情况，作为大都市人们首选出行的公共交通设施，尤其早高峰的运营事故尤其容易给市民带来上班迟到的困扰，高密度人群集中在站台，易造成一系列不安全事件，故道岔设备状态的稳定性直接影响列车的通过安全，对列车运输效率起着至关重要的作用。目前维修人员日常道岔检修仍是信号工的主要工作之一，现场巡检
第8页上海应用技术大学硕士学位论文图2.1通信系统模型Figure2.1Communicationsystemmodel从图2.1中可以了解到，信道是通信系统三大重要组成部分之一，信道的传输性能直接影响整个通信系统的通信质量。系统传输信道一般分为有线与无线两种，无线信道是指利用电磁波在空气中实现信号传输，如移动电话、广播与卫星通信等；有线信道是指借助明确的媒介进行信号传输，包括电话线、电缆和光纤等。无论何种传输方式，其信道都特性都直接影响着整个系统的传输效果。（2）信道容量信道容量是指信道能够传输的最大信息速率，道岔安全监测系统传输信道属于存在噪声干扰的连续信道，那将是一种特殊情况，噪声附加在发送的信号上但是从概率角度讲相对独立于发送信号，假设信号与噪声都满足正态分布，x为信号，噪声为n，y为接受到的附带噪声的信号，那么从现线性角度讲存在y=x+n，条件概率密度函数满足式（2-10）：(y)=(y)=(n)xPQxQ（2-10）从连续信息源的定义出发，其相对条件熵具备可加性，所以上述（2-10）从熵的角度定义可表示为式（2-11）：H(Y)H(X)H(X|Y)H(X)H(N)（2-11）因为噪声与信号相对独立，已知信号与噪声的条件熵，则在存在噪声的情况下，对于带宽为B的连续信号利用抽样定理获得理想情况最低抽样带宽为2B，信道中可传输连续信源的平均信息量的最大值信道容量tC可表示为式（2-12）：=[()-()]2tCMAXHYHYXB=MAX[H(Y)-H(N)]2B（2-12）连续信源一般考虑特定条较大的最大微分熵，假设信道中存在是高斯白噪声，输入信号的功率为S，噪声功率为N，最佳分布下，信号的最大微分熵为式（2-13）：
【参考文献】：
期刊论文
[1]校园无线局域网建设[J]. 阮其良. 网络安全和信息化. 2019(05)
[2]最短路径算法——Dijkstra及Floyd算法[J]. 吴海峰. 中国新通信. 2019(02)
[3]基于B/S架构的石化自动加药监测系统软件设计[J]. 董超,张晓伟,李超. 计算机技术与发展. 2018(10)
[4]基于MQTT协议的物联网电梯监控系统设计[J]. 崔自赏,陈冰,艾武,黄明强. 电子测量技术. 2018(07)
[5]无线通信中泄漏同轴电缆的传输衰减模型[J]. 郭进喜,刘扬,刘中华,李申月. 科学技术与工程. 2018(07)
[6]济南联通移动核心网分组域DNS故障分析[J]. 崔向伟,武剑. 信息技术与信息化. 2018(01)
[7]基于FreeRTOS和MQTT的海洋监测网络框架[J]. 朱明辉,赵信广,尤星懿. 电子技术应用. 2018(01)
[8]物联网传输协议MQTT与CoAP比较与应用[J]. 王剑秋,赵一. 计算机时代. 2017(10)
[9]最短路径算法的图示解析[J]. 王秋荟,陈继斌. 电脑知识与技术. 2017(17)
[10]物联网技术在铁路信号设备集中监测方面的应用[J]. 夏禹. 工程建设与设计. 2016(10)
硕士论文
[1]基于MQTT协议的生产数据采集系统设计与实现[D]. 卿建华.浙江理工大学 2019
[2]面向“IoT+”的供求聚合扩展模型的系统体系的研究与实现[D]. 胡军.华南理工大学 2017
[3]地铁监测实验平台信息发布子系统的设计与实现[D]. 肖楚天.北京邮电大学 2017
[4]基于MOTT协议的高可用在线客服系统的研究与设计[D]. 陈大妹.北京邮电大学 2017
[5]基于Petri网的城市轨道交通信号系统脆弱性研究[D]. 王亚涛.北京交通大学 2016
[6]基于MQTT的云推送平台的研究及应用[D]. 郑峰.杭州电子科技大学 2016
[7]一种基于自适应心跳机制的MQTT通信协议的研究与应用[D]. 温彬民.华南理工大学 2015
[8]物联网环境下轻量级发布/订阅系统的设计与实现[D]. 张亚慧.北京邮电大学 2015
[9]城市轨道交通安全管理模式及应急管理研究[D]. 彭玲云.长安大学 2014
[10]高速铁路道岔智能监测系统的研发[D]. 王军.兰州交通大学 2013
本文编号：2966112
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2966112.html
