高铁安全监测系统的设计与开发

论文摘要

近年来,高速铁路建设快速发展,在国内,立交化、封闭化的高铁运营的高效率性也给人们的出行和生活带来越来越多的便利。但以高架桥梁为主体高速铁路由于其速度快、行车密度大,在运行中往往伴随着高风险。路基尤其是桥梁的安全至关重要,与列车的运行安全息息相关。由于高铁的特殊性,传统的靠司机的视觉和常规检测方法难以满足对桥梁的安全监测。在这一背景之下,本文分析了高铁安全监测当前发展的现状和存在的问题,根据高速铁路建设的实际情况,充分利用当前最新的相关技术,设计开发了一套运行于高架桥梁的高铁安全监测系统。首先,本文对系统的整体架构进行了完整的方案设计。系统的无线网络采用目前可应用的3G无线网络通信技术与基地监控中心建立连接,保证了系统数据能稳定、快速地通过无线网络进行传输；其次,本文对系统硬件部分进行了详细设计,包括中央控制单元、行车控制单元、同步图片数据采集单元、计算机数据通讯单元和电源管理单元,其中,中央控制单元与同步图片数据采集单元和电源管理单元的通讯采用了标准的Modbus通讯协议,保持了系统的通用性和易维护性；最后,本文对系统的软件部分进行了详细的设计和开发,包括初始参数配置模块、远程通讯模块、运行测控模块、电源监测管理模块、桥检数据采集和处理模块以及状态数据处理模块,保证了系统各单元协调、高效地工作。目前,系统的初步调试显示3G无线网络可以良好地保证系统数据的稳定传输,系统可以有效地应用于高铁安全监测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 系统的目的和意义
• 1.4 论文的主要工作
• 2 高铁安全监测系统的总体设计
• 2.1 高速铁路安全监测系统的总体分析
• 2.1.1 高速铁路的安全问题的特点
• 2.1.2 高铁安全监测系统的分析
• 2.2 高铁安全监测系统的总体框架
• 2.2.1 系统的总体方案设计
• 2.2.2 系统的总体描述
• 3 高铁安全监测系统的硬件设计
• 3.1 系统的核心任务
• 3.1.1 桥检车运行控制、摄像架控制功能
• 3.1.2 桥检车的位置检测和基于位置检测的同步照相数据采集功能
• 3.1.3 桥检车运行的远程控制功能
• 3.1.4 桥检车的运行状态远程监测及通讯功能
• 3.1.5 桥检车采集的诊断"原始数据"文件无线远程传输功能
• 3.1.6 桥检车的在线自动充电功能
• 3.1.7 桥检车的电池电量在线监测及管理功能
• 3.1.8 桥检车的运行故障在线监测功能
• 3.2 系统的硬件组成
• 3.2.1 桥检车中央控制单元
• 3.2.2 行车控制单元及电气控制单元
• 3.2.3 同步图片数据采集单元
• 3.2.4 桥检车计算机数据通讯单元
• 3.2.5 电源管理单元
• 3.3 系统主要设备的选型
• 3.3.1 嵌入式工控机的选型
• 3.3.2 3G无线路由器的选型
• 3.3.3 电池组的选型
• 3.3.4 行车控制单元PLC的选型
• 3.4 系统的硬件连接
• 3.4.1 中央控制单元与行车控制单元的连接
• 3.4.2 中央控制单元与图片采集单元的连接
• 3.4.3 中央控制单元与电源管理单元的连接
• 4 高铁安全监测系统的软件设计
• 4.1 系统软件的组成单元
• 4.1.1 桥检车初始参数配置模块
• 4.1.2 远程通讯软件模块
• 4.1.3 桥检车运行测控模块
• 4.1.4 电源监测管理模块
• 4.1.5 桥检数据采集及处理模块
• 4.1.6 桥检车状态数据处理模块
• 4.2 系统软件的详细设计
• 4.2.1 监控中心网络连接线程
• 4.2.2 停机待用线程
• 4.2.3 状态数据采集线程
• 4.2.4 桥检数据采集处理线程
• 4.2.5 电源监测管理线程
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢