[发明专利]无线传感器网络的列车弯道预警系统及其预警方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种安全监测报警系统，具体涉及一种列车弯道预警系统。

(二)背景技术

随着科学技术的不断发展，社会节奏的逐渐加快，人们对交通工具的快捷与否提出了更高的要求。然而对于列车这种交通工具，列车的可靠稳定一直被大众所信赖，但是列车事故一旦发生，将会给社会带来巨大的损失。近年来，由于铁路的不断提速，在提速前未出现的问题越来越多地被体现出来，给人民的生命和国家的财产造成了巨大的损失，譬如，2008年4月28日，由北京开往青岛的T195次列车在周村附近由于弯道处速度过高，导致车厢脱轨，与另一列车相撞，造成72人死亡，416人受伤。2008年3月9日凌晨2时左右，一辆行进中的火车内燃机头在咸阳市区朝阳一路北侧咸(阳)铜(川)线上发生出轨侧翻事故，致铁道旁一处五六米长的院墙被毁。如何避免列车在行驶过程中的侧翻问题(亦称为划龙)成为保证列车安全需要考虑的首要问题。引起列车侧翻的原因主要有两种，一是客观上由于轨道年久失修铁轨老化引起的侧翻：另一种是主观上，由于司机驾驶过程中的疏忽或是列车通过弯道时加速度过大引起的侧翻。目前侧翻的研究还是基于实验室研究的理论阶段，建立了很多模型，分析了列车侧翻的条件。但是离车弯道自动报警系统并不成熟。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对列车在高速行驶转弯时发生侧翻的现象进行报警，避免侧翻事故发生的无线传感器网络的列车弯道预警系统及其预警方法。

本发明的目的是这样实现的：该无线传感器网络的列车弯道预警系统主要由无线传感器汇聚节点和无线传感器节点组成，无线传感器汇聚节点由微处理器模块、RF射频收发模块、MEMS加速度传感器、GPS模块、测倾角电路、报警电路、LED显示、LCD显示和电源系统组成，RF射频收发模块、MEMS加速度传感器、GPS模块、测倾角电路、报警电路、LED显示、LCD显示和电源系统均连接微处理器模块，无线传感器节点由微处理器模块、无线收发模块、测倾角模块、加速度计模块、GPS模块和电源模块组成，无线收发模块、测倾角模块、加速度计模块、GPS模块和电源模块均连接微处理器模块，MEMS加速度传感器和加速度计模块装于列车车厢中。

本发明的预警方法为：系统采用ARM作为核心的微处理器，采用MEMS微机械加速度传感器和GPS定位系统作为核心信息采集模块，其中倾角测量电路通过使用三轴加速度计进行测量，将加速度计装于列车车厢中，将测得的向心加速度和报警信息通过无线传感器网络发送到机车的无线传感器主控汇聚节点中，同时GPS定位系统通过卫星定位将行驶路段信息传至ARM微处理器，通过已测得的倾角并结合车体的数据得出列车在该路段向心加速度a1，同时由GPS确定的路段信息也会给出一个最大向心加速度a2，若实测的向心加速度大于a1或a2中的任一个，列车就存在发生侧翻的危险性。

本发明的技术特点有：

1、系统由无线传感器汇聚节点和无线传感器节点组成，无线传感器节点采用加速度计实时的采集列车的侧向加速度，并与弯道处的阈值加速度进行对比，当有危险时，将加速度信息和报警信息通过射频收发电路发送给无线传感器汇聚节点，汇聚节点采用声光的形式进行报警。

2、所述的无线传感器节点主要由微处理器、GPS模块、加速度计模块和无线射频收发模块组成。加速度计模块的输出端与微处理器的输入端相连，GPS模块采用串行通信的方式与微处理器相连，无线收发模块与微处理器采用SPI方式或者串行方式进行通信。

3、所述的无线传感器汇聚节点由微处理、射频收发模块、GPS模块、LCD显示、电源模块、报警模块、LED驱动显示模块和键盘模块组成。微处理器和GPS模块采用串口进行通信；无线收发模块和微处理器采用SPI或者串口进行通信；LCD显示的输入端和微处理器进行相连；报警模块采用高亮度的发光二极管和蜂鸣器进行声光报警。

4、所述的列车弯道安全监测报警系统还包括了一个侧倾角电路，侧倾角电路其特征在于可以是MEMS高精度的微机械三轴加速度计或者是多个低精度的加速度计联合使用进行测量角度信息，也可以是陀螺仪和专用侧角电路，其输出端口与微处理器的I/O输入端口相连。

5、所述的列车弯道安全监测报警系统还在于包括了一个GPS模块，用来定位列车行驶的地理坐标，并且结合数据库中存储的该路段所允许的最大向心加速度，合理设置阈值。也可以由安装在无线传感器节点的侧角电路测量出轨道的倾斜角根据火车的受力分析计算出的侧翻阈值，也可以由二者的共同信息来确定。这就在最大程度上保证了列车行驶的安全性。