铁路车载通信设备（精选10篇）
铁路车载通信设备 篇1
1 概述
目前, 铁路机车信号车载系统设备的铁路一线运用技术日趋成熟, 要求进行铁路机车信号车载设备主机和记录分析装置进行一体化的设计, 实现对铁路机车信号运行的相关信息的采集和存储, 以便在地面进行数据的回放和分析, 为铁路机车信号的使用和维修提供有效的手段。
2记录系统组成及功能
铁路机车信号车载设备记录系统包括机车信号车载设备主机信息记录板和上位机数据分析处理系统。机车信号车载设备记录板主要实现:
记录铁路机车信号主机在铁路机车运行过程中的各种状态信息和接收到地面信号的波形信息;
对采集到的状态信息和接收到地面信号的波形信息数据存储;
对存储的数据进行转储。
2.1 记录信息来源
记录板自身采集信息:表1所示。
铁路TAX2机车安全信息综合监测装置信息:
铁路TAX2型机车安全信息综合监测装置采用通过装置中的信息传输单元 (如DMIS单元、TMIS单元等) 发送TAX2信息, 将列车运行的信息实时传送给有关设备, 以便实现对机车的动态跟踪管理。
TAX2信息主要包括:车次号、年月日、时分秒、车站、车种、区段号、公里标、运行速度、机车信号、机车号、信号机编号、信号机类型等。
机车信号主机运行数据:
铁路机车信号车载设备其他板卡是通过内部485总线 (RA+、RB-) 把运行数据传输给机车信号记录板的控制CPU, 总线波特率为115200。
其中数据主要包括:信号载频、信号低频、信号幅度、代码、股道号、应答器、编码、发送、430信号、UM71设置、I/II端状态、掉电记录。
2.2 上位机数据分析处理系统
机车信号记录板上位机数据分析处理系统 (以下简称:数据分析处理系统) 对机车信号记录板的数据进行分析和处理。在分析过程中, 用户可直接通过显示器与计算机之间进行信息交互:设置参数, 选择分析功能, 控制分析过程, 查看分析结果, 并将分析结果通过打印机进行打印输出。记录数据分析处理系统结构框图如1所示。
3 系统硬件平台
3.1 信号采样系统
铁路机车信号车载系统记录板采用双处理器设计思想, 根据他们功能差异, 以下把两个CPU分别称为采样CPU和控件CPU。
铁路机车信号车载系统记录板信号采集分为直流信号采集和交流信号采集。采样CPU采集直流信号, 控制CPU采集交流信号。其中直流信号采集包含50V直流信号采集和温度采集。采集电路结构如图2所示。
采样CPU的ADC采样输入电压在0到3.3V之间, 50V直流信号经过电平转换后, 采样静态点为2.57V。采样需要的驱动电流小于0.3mA。由于能信号数目比较多, 采用分时采样的实现方案, 提高CPU资源利用率, 通过软件排除通道切换时信号对彼此的影响。
温度传感器采用MF58_103_36型热敏电阻。
在波形信息采样电路中, 实现隔直、滤波和信号驱动。
3.2 双CPU系统
出于功能和安全的需求, 机车信号车载设备信息记录板采用双CPU的设计方案, 实现电气分离, 功能分化。两个CPU之间通过内部485总线RA+、RB-进行通信和数据交换。其中控制CPU为主设备, 采样CPU为从设备。同时, 从设备还包括主机板, 连接板。它们之间的连接关系如图3所示。
机车信号记录板的控制CPU同时通过内部485总线RA+、RB-读取机车信号主机其他板卡的工作信息。
3.3 存储系统
控制CPU系统中扩展了一个8M比特的高速RAM (is64wv51216bll型) , 以满足控制CPU嵌入软件系统的内存需求。通过串行I2C总线扩展一个4K比特的非易失性随机存储器。
存储记录子系统使用MicroSD卡作为存储介质, 支持1G、2G、4G、8G、16G和32G卡。将SD卡按FAT32格式化, 没有文件和目录。需要提取的信息数据分为状态数据和传感器数据, 分别存储在对应区域, 如图4所示。
3.4 通信与接口
如图3所示, CAN、GPRS (LAIS) 通信接口为预留输出供电控制, TAX2_485为TAX数据接收端口, A+B-_485为程序升级总线, RA+RB-_485为内部数据交换总线。
3.5 USB转储接口模块
USB接口模块主要实现设备识别、数据的转存。采用480M (选用USB3370型) , 静电防护大于20000V。
USB应用软件结构如图6所示。
4 数据分析处理系统软件
铁路机车信号车载设备信息记录系统的上位机分析软件, 可实现对数据分析处理及显示。利用相应的数据转存设备将记录的机车运行数据以指定类型的文件形式转存到计算机中, 进行分析。图7为传感器记录信号分析效果图。
为实现快捷的铁路机车信号信息记录板的软件升级功能, 采样CPU和控制CPU嵌入软件均包含BIOS和APP, 通过USART6串口在线升级。
5 结束语
随着相关技术的不断成熟, 机车信号车载设备信息记录板功能还将逐步完善, 也将成为机车信号设备中不可或缺的组成部分。
在现场铁路机车上使用机车信号车载设备时, 可随时通过机车信号车载设备记录板面板上的指示灯跟踪观察记录板的工作状态 (数据记录、通信) 和主机其他板卡部分状态信息。
当需要查看机车信号主机运行情况, 只需接上一个U盘, 记录板将自动拷贝数据。并且在拷贝的过程中自动检测, 只拷贝新数据。这种模式大大加快了数据拷贝的效率。
随着相关技术的不断成熟, 机车信号车载设备信息记录板功能还将逐步完善, 也将成为机车信号设备中不可或缺的组成部分。为电务维修提供便捷手段, 确保机车信号车载设备检测质量, 避免隐患故障机车出行, 在保障铁路行车安全方面发挥积极作用。
摘要：铁路机车信号车载设备信息记录板采用双CPU (ARM核, STM320F2系列) 设计方案, 内置USB转储接口、SD存储电路、扩展RAM、FRAM存储、RS-485和CAN通信电路等功能模块, 实现对主机多路模拟输出电压信号的采集和工作状态数据的接收、保存及转储, 满足了当前对机车信号车载设备运行状态的检测和故障追踪的需求。
铁路车载通信设备 篇2
在车载检修已有已有七个月了，这是一个难得的实习机会，现在还有一个月本次的实习也就结束了。现在我就将我的收获记录下来，我是国庆节后正式到检修的，这也是我从新认识铁路和学习知识的地方。
来到车载来到工区，我看到了可以说是从未看到过的东西，跟我在学校在课本上所看到的所学到的好像是没有一点联系。在学校我看过转辙机、看过高柱信号机、看过轨道电路、看过6502联锁设备、计算机联锁设备、半自动闭塞设备也曾去过驼峰场看过现场的设备，唯独没有车载设备，我们每个学期都有实训课，实训的内容也都是上面的那些。来到这里看到不一样的东西难免会有一种无从下手的感觉。在工长给我们安排好师傅后我们的学习就开始了。
我们从最基础开始，先认识设备由于我在机信这边所以我接触的设备就有机信主机、车载信号机、对接盒、接收线圈、机信电缆，认识完这些东西后就该去了解了，每次当这些设备从车上下来我们就要对它进行清洁，这也是我们对它进一步了解的机会，令我没想到的是从车上下来的东西竟然会那么脏，因为每次坐火车感觉里面还挺干净的，看来这干净的背后有那么多辛勤的人，我为此也感到光荣，在我们清洗的时候我可以清楚地知道设备的结构和组成，也了解了设备之间的连接。这是我的认识进一步的加深了!在清洗完之后就要开始学习怎样去检测这些设备，判断它们的好坏，将检测完好的设备放入成品房等待装车。在学习检测设备上我走了不少弯路，每天看师傅在测我也忍不住想动手，每当自己在测的时候总会出现一些小问题，因为自己在看师傅测试的时候主动地忽略了一些细节，从而导致自己在测的时候就会出现一些错误，但是在师傅的帮助下我渐渐掌握了测试的方法最终可以独立的测试了。测试完后还要对测试的文件进行分析，这是我最头疼的事情，因为看着那些波形图再结合着分析工具，我根本就是应接不暇，无法兼顾两个东西，波形图在飞速的走动，我的眼睛根本就跟不上它的速度，那时我就特别佩服我师父的眼睛，不知道他们是怎么看的，后来在我师傅的教导下我从最慢的速度看起，慢慢的提高速度也一点一点的去分辨信息，最终还是掌握了这个技能，虽然测试的速度还是有点慢，但我相信只要坚持我肯定能把效率提上去的。
在实习期间我非常幸运的赶上了技改的车辆，那是第一次登上火车头，有一种莫名的激动，看着上面的设备就会发出这样的感叹；人太聪明了全是铁组成的东西竟然会跑还能跑那么快。技改是给我们一次很好的学习机会，我们可以更加直观更加清楚的了解我们的车载设备在机车上的分布以及各个设备之间的联系，如何安装，如何利用有效的空间以及电缆的分布和走向，从而使其更合理更美观。技改对我来说既是一项技术也是一门艺术，我很喜欢那种感觉，虽然搞完之后一身的油污但却有一种成就感！
在LKJ有一件事给我留下了阴影，一批新的LKJ 主机要测试，我就跟别人学测，当我按照她教的步骤测完A机的时候（当然中间有一些可能是因为紧张按错键了）让A/B机切换的时候，同步不了文件太大了，没办法就不测了，然后把板子返厂了，当板子返厂回来后，我又开始测结果还是那个样子，于是我的手也就有了神手之说（测主机就跳变）搞得我都不好意思了，之后我就不敢轻易去测试LKJ的主机了，这也是我实习中一件比较特殊的事情吧，但是对我也很有意义。
LKJ这一方面我接触的不是很多，我只是能把设备分辨出来，在这一块接触比较多的就是LKJ主机换芯片和显示器导屏，每次换芯片就要上车，换得多了上的车也就多了，不同的车型给人的感觉也不一样，和谐号是我感觉最舒服的车型，每当登上不同的车，也会忍不住拍几张照片留念，这也算是一段美好的时光吧。
在检测我觉得最难学的就是故障处理，在这七个月里我也接触到一些这方面的知识，但还是不行因为我对设备的运行逻辑和电路不懂，所以看到故障现象却不知道是哪个部件出了问题，是哪个电路出了毛病，这也给我以后的学习指明了方向，我也会朝着这个方向不断地努力。LKJ这边的东西我也会尽可能地多接触多学习，知识不怕多俗话说艺不压身，机信和LKJ有着密切的联系只有把这两方面的知识都了解了，才能在以后的故障处理中迅速地判断出是哪边的哪个设备出了问题，从而提到我们的工作效率。
很高兴有这次实习的机会，让我真实的接触到了这些设备，真正的学到了这方面的知识，给我以后的工作打下了一个良好的基础，我知道我还有很多需要学习的东西，希望在我以后的时间里会慢慢地把它们消化掉。还有就是感谢我的师傅在这段时间里对我的照顾和培养，感谢工区里的每一个人，感谢你们对我的帮助，我们就像一个大家庭，在我们相处的时间里我很开心。
施耐德电气车载设备 篇3
施耐德电气的名号想必大家都不会陌生，这家跻身世界500强的电气企业在能源和基础设施、工业、数据中心和网络、楼宇和住宅等领域都有可观的市场份额——这些在电气结构方面远远复杂于汽车的“活计”施耐德电气都不在话下，更何况小小的车载设备了。换一个角度讲，由于其特殊性，安全可靠应当是我们选择电器产品时需要重视的首要因素，我建议读者朋友们在这类产品上千万不要贪图便宜，选择像施耐德电气车载转换器、双USB车载充电器这种出身名门的产品远比在这上面节省几十块钱而埋下隐患聪明得多。
2013年国庆时我和几位朋友自驾去了新疆，在感受祖国大好河山的同时我们也考察了诸如智能手机、平板电脑和2合1超极本这种计算设备在出游时到底能为我们带来何种便利，相信读者朋友们已经在过往杂志上看到了相关的内容报道。在这里我要说明的是，在此次自驾中扮演了至关重要的角色，而并没有提及的一类设备便是车载充电产品——现在我们有机会来“找补”这个问题了。
你也许正在享受着手机的社交互动能力、平板电脑的娱乐功能、2合1超极本的计算力和生产力以及其他电子设备为我们生活和工作带来的便利，但一个现实的问题在于，这些产品都需电池供电，在家中和办公室等相对固定的环境下还好说，外出的话谁为它们提供保障呢？
汽车早已完成了从专属工具、交通工具到个性化空间的角色转变，让这个移动专属空间变成可随时随地为电子设备提供后勤保障的供给站，这个思路能在很大程度上解决我们上面提出的问题，不是么？考虑到这一点，施耐德电气不久前推出了专用的车载设备——双USB车载充电器和车载转换器，下面就让我们来看看这家驰骋电气设备领域多年的行业领头羊推出的产品到底有何等功力。
名为车载转换器的产品是一部有着小巧体积的逆变电源。与其他产品不同，施耐德电气在这款产品上不仅提供了国际通用标准的插座，还额外设计了两个USB端口，这意味着你不仅可以使用它为笔记本等设备充电，此外还能给手机、平板和数码相机提供能源。当然，国际通用插座不仅意味着你可以使用各种标准的插头，还可使用接线板进行扩展。值得一提的是，其插座带有防电击插入的安全保护门，可避免由于接驳不当造成的漏电等安全隐患。施耐德电气表示一旦遇到故障，位于设备顶部的指示灯将会立刻变成红色并开启防护功能，关闭转换器，以保护使用者和电器的安全——此功能我们没有测试，因为在一段时间的使用内该设备的指示灯始终显示为绿色，这表示无论我们更换车辆还是频繁启动/熄灭车辆，施耐德电气车载转换器均处于正常工作状态。
相比之下，双USB车载充电器在体积上则更加迷人，这款产品无论重量还是大小都与一次性打火机相差无几。但千万不要被它的外观骗了——在这个体积下，双USB车载充电器可提供最大2.1A的输出电流，这意味着你可以用更快的速度为手机充电，同时还可支持平板电脑。需特别说明的是，施耐德电气表示这款产品同时支持12V和24V电压，也就是说除了我们常见的小客车之外，柴油车以及那些身躯庞大的大型客车也可以使用这款产品。当然了，在安全方面施耐德电气一向不会掉以轻心，双USB车载充电器支持短路和过载保护。此外施耐德电气在产品的包装中声明，双USB车载充电器经过了高低温测试，在极端环境（零下20度、高温70度）回到室温后即可正常工作。
铁路车载通信设备 篇4
由于铁路沿线的地形复杂,需要对铁路两侧的地形地物进行定期测量,以进行维护。将三维扫描测量系统放置在列车上对铁路两侧进行三维扫描,可以快速获取铁路两侧地形地物的空间几何信息,很好地补充空对地观测中存在的复杂地形内的遮挡与盲区。基于汽车的车载三维扫描系统在城市测绘中已经得到初步的应用,取得了一定的效果,具有良好的发展前景。日本东京大学的H.Zhao和R.Shibasaki在机动车上相互垂直地安装两台二维激光扫描仪,随汽车移动可以快速地采集道路两侧的建筑信息[1]。武汉大学和立得空间信息技术有限公司的LD2000系列产品在机动车上装配GPS、CCD、INS或航位推算系统,快速采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据[2]。中国测绘科学研究院叶泽田等利用GPS/IMU组合导航获取系统的位置和姿态,利用激光扫描仪获取地物目标的三维几何信息,利用面阵CCD采集地物目标逼真的面状彩色纹理信息,由此可以重建三维真实场景[3,4]。
铁路与公路的行驶条件和移动方式类似,因此可以将基于汽车的车载三维扫描系统较快地移植到基于列车的三维扫描中。2006年4月,李德仁等采用LD2000-RM型移动测量系统对青藏铁路沿线部分路段的铁路设施和相关地物进行采集,完成了其数据库建库任务[2]。但是,由于铁路与公路的环境不同,激光扫描中关注的地物特征不同。因此,在实际的应用中,数据获取和处理的方法略有不同。
本文中以云南某段铁路为例,将激光传感器与POS组成的三维激光数据快速采集系统较好地应用于铁路沿线的三维扫描中,取得了一定的效果。其中,较好地完成了地形地物几何特征的提取,能够得出铁道两侧地物的基本形状,有利于铁道的日常维护和列车的安全防护。通过对激光点云的图像处理,为后期三维真实场景重建提供空间几何属性信息,并指出后续研究的方向。
1 数据采集系统
如图1所示,数据采集系统主要包括:经过检校的激光传感器、POS、稳定平台、UPS供电电源和工控机。各个传感器固定在稳定平台上,各传感器间的空间信息和姿态信息已经得到[4]。其中,激光传感器用于扫描铁路沿线两侧的所有无遮挡目标的三维几何信息,得到与目标地物之间的距离值和角度值;POS由差分GPS和IMU组成,GPS在没有失锁的情况下经过差分,可以提供列车行驶中的位置坐标,在实际应用中的动态精度为厘米级;IMU不依赖外界的数据输入,根据测量地球的自转,提供运动中的瞬时位置和姿态。经过组合导航的数据融合,POS可以用于获取列车在铁路上行进中的瞬时位置与姿态。通过时间上的同步,可以获得铁路沿线两侧的三维激光点云数据。图1右侧细节图中从上至下分别为GPS天线、激光传感器和CCD相机。
2 铁路扫描的特点
2.1 导航特征
由于铁路沿线与城市街道的地形地物环境的不同,GPS出现失锁的区域也不尽相同。城市道路中,在高楼、立交桥、天桥等建筑下,GPS很容易出现失锁的现象;而在铁路的环境下,隧道、峡谷、高压线等环境下,GPS容易失锁。所以,在差分GPS和IMU组合成的POS系统中,利用IMU的数据对失锁地段进行补充,并且通过IMU提供的航向角、横滚角、俯仰角的信息,获得扫描系统在定点的运动姿态。如图2所示,在这一段行驶中,有两处数据被截断,即通过隧道时GPS失锁造成的。而通过IMU的数据融合,可以得到这一段连续的列车行驶轨迹。
2.2 地物特征
铁路沿线的测绘不同于城市道路测绘,它并不完全侧重于人工建筑设施的提取,而且各种地物分布的规律性不强,因此不能简单地将树木、花草等生物滤去,也无法简单地将建筑设施提取出来。而且,不同于城市中较为平坦的地形,铁路沿线地形变化很大,可以先去除地物,将地形数据提取出来,再将地物模型累加在地形模型之上。
在铁路沿线上,存在着一些特殊的地物,影响地形的提取。这些特殊地物主要是不反映地形变化的地物,分为自然地物、人工地物两大类。其中自然地物有树木、灌木、杂草、农作物等生物,而人工地物有房屋、护坡、灯塔、电杆、桥梁、隧道等。这些不同于河流、岩层等可以反映地形变化的地物,需要在提取地形数据之前将其分离出来。
3 数据处理流程
将激光原始数据与POS的位置和姿态数据进行数据融合,得到三维激光点云数据(又称为距离图像)。对该点云数据进行投影密度计算,根据密度的不同,将其分为有特殊地物存在的地形点云区域与相对独立且没有特殊地物的单一地形点云区域两种区域。采取不同的分离方法,将地形与地物分离,并提取出相应的特征信息。对提取出的地形数据建立不规则三角形网,在空间上与分离出的地物面片进行空间匹配,完成点云处理工作。
3.1 多传感器的数据融合
POS中,IMU提供定位信息的同时,提供精确的姿态信息,由三个姿态角反映。航向角为载体纵轴在水平面上的投影与地理系子午面N之间的夹角,记为Ψ。俯仰角为载体绕横轴水平转动时,载体纵轴和水平面的夹角,记为θ。横滚角为载体纵向对称平面与纵向铅锤平面之间的夹角,记为γ。由姿态参数可以得到旋转矩阵R(Ψ, θ, γ),进一步求得激光各扫描点相对扫描车辆偏移的平面坐标,与扫描车辆所处的瞬时大地坐标值相加,可以获得最终的目标地物在大地坐标下的坐标值[X,Y,Z]T[6]。由每个扫描时刻单点的位置坐标,按照空间姿态的情况,匹配上激光扫描仪所获得的距离数据和角度序列数据,可以推算得到三维激光点云,其激光真实坐标的解算公式如公式1所示。
其中,为了保持数据的完整性和易读性,应该完全保留所有可得的激光点云,而先不做滤波等基本处理。图3、图4反映的是数据融合后的某段铁路单侧的激光点云数据。
3.2 区域分类与地面分离
对激光点云的特征提取,对于不同的区域,采用不同的处理方法,因此首先进行分类处理。这里,可以将激光点云分为有特殊地物存在的点云区域与相对独立且没有特殊地物的单一地形点云区域。卢秀山等针对车载激光扫描点云的分布密度,提出了对扫描数据格网化进行信息提取的方法,能够自动地从密集的扫描数据中快速提取出建筑物信息[6]。史文中等根据像点空间特征分布,提出了基于车载测量的投影密度方法,用于提取建筑的边界信息[7]。本文采取了一种改进的投影密度方法,针对不同的应用场景,做出了相应的优化。先对经过数据融合的激光点云进行大地坐标下X-Y平面上的规则格网,统计各格网相应空间中的激光点的数量。设定阈值,对两种不同的区域进行区分,超过阈值的格网区域视为存在特殊地物的区域,而低于阈值的格网区域,则视为相对独立且没有特殊地物的单一地形区域。然后,根据POS提供的姿态信息,推算出激光扫描瞬间的姿态。以航向角的方向为基准X轴正方向,得到有姿态偏移的X′-Y′平面,对原始的激光单帧的数据进行重新数据融合和规则格网化,统计各格网相应空间中的激光点的数量,对X-Y平面上的规则格网进行修正。由于许多地物是沿铁路分布,所以有必要建立基于航向角的坐标系进行规则格网化,否则容易出现单个格网包含多个地物边界特征点云的情况。这种方法对自然地物,如树木、灌木、杂草、农作物等生物十分有效,而对于人工地物,如房屋、护坡、灯塔、电杆、桥梁、隧道等的定位也有不错的效果。
如图5所示,在右图的左上部分中,单位格网数组中有一组倾斜的较大数值,相对应在左图激光点云中的是铁路边的护林,反映出树木的独有的离散特性,如单位格网值在领域内变化大等,而较为规则的排列性则是护林种植沿铁路分布的特性所决定的。右图中间这段空缺是由护林的遮挡和地势起伏所引起的,右下方数值较小的格网区域,则是相对独立且能够反映地形的梯田区。
3.3 地形的提取、简化与构TIN
Hannah在1981年提出了一种检测粗差的算法,通过计算检测点的邻域内8个点的坡度值,判断是否在阈值内。并且,通过计算坡度值的差值而得到的相关性,判断其一致性[8]。李志林等提出基于连续性对坡度相对变化量进行计算,参考坡度相对变化量的特定高程阈值,选取或去除统计信息[9]。
本文基于地物与地面分离出的区域规则格网,通过在单位格网内计算高程Z值的差值,对其进行判断。同时,在不同的区域格网采用不同的处理方法,降低了计算量。由于各种自然地物如树木、灌木、杂草、农作物等具有复杂且无序的距离值,所以对这部分区域进行单位格网的优先选点。在这些单位格网内,参考区域单位格网中的激光点数,对目标地物采取不同的优先关注程度,按比例选取Z值最低的部分激光点进行保留,突出地形的变化趋势和层次感。对于人工地物部分,如房屋、护坡、灯塔、电杆、桥梁、隧道等区域,由于其规则的分布,可以直接选取激光点云的最低高程Z值。
在得到地形数据后,需要对激光点云进行过滤,将孤立点、线去除。孤立点主要包括树冠、竖直地物、量程外的杂点等,孤立线主要包括竖直平面的投影下的点云。这些点可以通过空间上固定的三维空间邻域内进行寻点,如果是孤立点,寻点的数量将小于阈值。同时,需要去除与单位格网内与最低高程Z值差异过大的突变激光点。图3所示的部分数据的地形提取与简化效果明显,在保证基本的特征信息的情况下,从138318个点简化至5073个点,如图6所示。
其中,处理后的结果基本能够反映出地面的特征,同时数据的简化效果明显。本文使用的地形提取与简化算法的主要步骤如下:
(1)激光点云格网化,投影到相应的X-Y平面上,取一定比例无Z值突变的激光特征点。
(2)激光点云的粗差检测,过滤激光椒盐噪声,去除三维空间上的相对孤立点或点集。
(3)在X-Y平面邻域内查找高程Z值相近的激光点的数量,如果都是相近点,则可以视为非特征点进行简化。
(4)相对X-Y平面邻域内其它点的高程Z值都较高的突变点进行过滤,消除自然地物(如植物冠层等)的影响。
构TIN采用了渐次插入算法,其中,构造初始的超三角形利用凸闭包的构造方法[9],构造结果如图7所示。
3.4 铁路两侧场景的建立
首先,将构TIN后得到的地形模型引入场景,再通过空间坐标的匹配,引入地物模型。由于铁路两侧的地物类型复杂,需要按照自然地物和人工地物分别处理。
这里,对自然地物采取在空间上直接匹配的处理方法,在场景内的对应坐标下插入相应的自然地物模型。
而对于规则的人工地物,则采取了提取相应地基坐标边缘线的方法对立面边缘进行提取。而由于激光本身的量程的限制,部分建筑的立面高层信息无法完整地获取,需要通过其他传感器(如面阵CCD等)进行补全。其中,补全可以采用固定长宽比的方法。取建筑设施在激光点云中的立面宽度与在面阵CCD图像中的立面宽度的比值,得到相应区域内激光点云与面阵图像的比值。与面阵CCD中的立面高度相乘,得到激光点云中的相应立面高度估值。当然,提高激光传感器的量程也可以较好地解决这个问题。由于铁路的特殊性,两侧一般没有行人,所以可以加大激光传感器的发射功率和辐射量,以实现更大的激光量程。图8中给出了实验的场景信息,由激光点云和CCD图像组成。通过CCD图像给激光点云赋上真实彩色信息,得到彩色点云,如图9所示。通过在图9所示的场景中,保留建筑设施立面面片的同时,利用3DMAX建立出相应地物的初始模型(如图10所示)。
4 总结
本文给出了一种基于POS和激光传感器等多传感器融合的三维激光数据快速采集系统,应用于铁路沿线的景观建模。通过对铁道沿线景观进行车载三维推扫式扫描,可以快速获取铁道两侧地形与地物的三维信息,并且较好地提取出几何特征。
系统具有快速高效的特点,利用多传感器的融合采集三维数据,进行空间匹配和坐标转换生成激光点云。在激光点云的处理中,采用基于投影密度的算法,交互程度少。根据投影密度的不同,分割点云进行地形和地物的分离,分别进行处理。地面提取根据精度要求,设置格网大小和阈值,可以自动地建立出地形模型。地物重建需要进行部分交互判断,根据地物类型进行不同处理,然后生成真实的彩色点云,在3DMAX中建立出基本的三维模型。
下一步的工作,需要在完成激光数据处理后,匹配上数码相片的贴图,对激光数据与影像数据相结合进行三维建模,完成最后的三维场景重建。
同时,需要改进的地方有,可以选择更大量程的激光传感器进行扫描,以获取更大范围的场景信息。系统配合其他扫描传感器如CCD相机等,进行 多源数据获取与融合,可以得到真实的三维场景。
参考文献
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铁路车载通信设备 篇5
答：监控装置通过实时检测列车运行的速度，依次调出事先存入装置内的线路参数，不断计算出列车距前方信号机的距离，再结合机车信号显示状态及列车编组等条件，实时计算出允许列车运行的最高限制速度（又称模式限制速度），当列车超速或有可能冒进关闭的信号机，即当列车实际运行速度达到或超过模示限制速度时，装置将启动常用或紧急制动设备，使列车减速甚至停车，以防止列车运行中“两冒一超”事故的发生。
2、LKJ-2000型监控装置如何修改检修参数？
答：V=0时→按[设定]键弹出“参数设定”窗口→移动光标到“检修”→按[确认]键弹出“请输入密码”窗口→输入检修密码后按[确认]键→弹出“检修参数设定”窗口→修改各项检修参数→移动光标到“确定”→按[确认]键返回。
然后按[查询]键出现“查询选择”窗口→按[5]键检修参数弹出“查询检修参数”窗口→查询后按[确认]键返回。
3、与LKJ相关设备都有那些？
答：与LKJ相关设备有：机车安全信息综合监测装置（TAX）、机车语音记录装置、地面信息接收处理单元（机车信号）、列车运行状态信息系统车载设备（LAIS车载设备）、铁路车号自动识别系统（ATIS）机车车号识别设备。
4、监控主要有哪些功能？
答：①支持在各种线路上运行
②支持各种轨道电路的信号制式
③防止列车越过关闭的地面信号机
④防止列车超过线路允许速度及机车、车辆允许的构造速度
⑤精确控制列车运行的股道的距离和道岔限速
⑥防止机车以高于规定的限制速度进行调车作业
⑦在列车停车情况下，防止列车溜逸
5、显示器显示哪些内容？
答：显示列车运行的实际速度及限制速度（或目标速度）；显示距前方信号机距离及前方信号机种类；显示运行线路状况；；显示机车优化操纵曲线；其它运行参数的显示（ＬＫJ报警；机车信号变化；前方限速变化；解除牵引力、常用制动或紧急制动；允许缓解；车机联控；侧线股道或支线的选择；季节性防洪地点提示）。
6、LKJ有哪几种工作状态？
答：LKJ根据不同工作条件或需求分为：
①通常（监控）工作状态
②出入段工作状态
③调车工作状态
④非本务工作状态
⑤２０ｋｍ／ｈ限速工作状态
⑥降级工作状态
⑦与其他ＡＴＰ结合工作状态等多种控制状态。
7、LKJ2000型监控主机有多少插件？怎样的组成？
答：LKJ2000型监控主机共有16块插件。由A组和B组构成。A、B二组完全相同的控制单元组成（左边为Ａ组，右边为Ｂ组）。此外主机箱内还有母板和过压抑制板。
8、LKJ2000型监控主机的插件是怎样排列？
答：每组有八个插件位置从中心线开始往左、右，各插件排列顺序依次为：监控记录、地面信息、通信、模拟输入输出、扩展通信、数字输入、数字入出、电源
9、LKJ2000型监控装置系统内部如何进行通信？
答：A组、B组监控主机插件之间采用同步通信方式进行数据交换。不带CPU的插件之间采用VME并行总线与监控主机连接。带CPU的插件之间采用CAN标准串行总线连接。
10、LKJ2000型主机箱中不带CPU的插件有哪几个插件？
答：模拟量输入/输出插件、数字量输入插件、数字量输入/输出插件
11、监控记录插件自检时1A、1B指示灯的含义？
答：监控记录插件自检时1A、1B指示灯的含义分别为：程序芯片U3、U4自检正确；地面数据芯片U5、U6自检正确。
12、监控记录插件自检时2A、2B指示灯的含义？
答：监控记录插件自检时2A、2B指示灯的含义分别为：CPU内部RAM自检正确；实时时钟（U15）RAM自检正确。
13、怎么判断LKJ2000监控装置是工作在主机、备机、单机状态？
答：
1、观察监控记录板的1B灯的显示状态可以判断LKJ2000监控装置所处的工作状态，1B灯亮表示工作在主机状态，1B灯灭表示工作在备机状态，1B灯闪表示工作在单机状态。
2、观察显示器右侧状态指示可显示是A机或B机工作在主机状态。
3、查询显示器“设备状态”双机工作是否正常。
14、数字量输入/输出插件面板上有17个指示灯是怎样分配的？
答：其中，1A、1B~4A、4B 用于8 路110V 机车工况条件输入指示；5A、5B~8A、8B 用于8 路继电器的自检或工作状态的指示。9A 用于系统是否故障指示。
15、简述常用制动时的数字量输入/出板指示灯状态？
答：常用制动时：5A、5B、6A灯亮，表示卸载、排风（减压）、关风（保压）状态指示变亮。4秒后5B灯灭，列车管压减压量为110±10KPA。
16、简述紧急制动时的数字量输入/出板指示灯状态？
答：紧急制动时，8A亮；8B灭，紧急制动状态，列车管压减压量到零。同时，5A亮，卸载动作。
17、数字量输入/出插件的功能？
答：（1）将机车工况等110V信号进行隔离和电平转换后送数据总线，并且各通道具有自检功能。
（2）输出隔离的开关量控制信号，可直接驱动内燃机车常用制动装置控制阀和紧急制动阀或电力机车控制回路，但控制信号不能直接驱动电力机车主断器。输出通道也具有自检功能。
（3）将系统工作正常时监控板送来的“系统正常”脉冲转换成“系统故障信号”，系统故障时使系统交权。
18、电源板输出电压包括哪些？
答：输出电压包括：主机各插件工作的5V、+12V、-12V、及24V；供数码显示器的15V（屏幕显示器采用110V电源）；供速度传感器的15V以及供压力传感器的15V。除5V、+12V、-12V共地外，其它各路输出电压都隔离。
19、母板的功能是什么？
答：完成各插件的VME总线连接及输入/输出信号的连接。母板的上部分为VME总线，下部分为信号的输入/输出。
20、过压抑制板的功能？
答：外部110V 电源及110V电路输入信号经过过压抑制板输出至机车110V回路。所有与机车110V回路相联的信号均经过过压抑制板的滤波及瞬态过压抑制处理，消除机车110V回路干扰对装置的影响。
21、简述2000型监控机车工况信号输入路径？
答：机车工况信号输入主机后，先经过过压抑制板处理（抗干扰），然后输入至数字输入/输出插件A及数字输入/输出插件B，完成机车工况输入信号（110V）的隔离与转换，经VME并行总线送到监控记录插件。
机车工况输入为110V信号 →LKJ2000型主机箱X30 插头→ 过压抑制板→ 数字输入/输出插件A及数字输入/输出插件B → 监控记录板A监控记录板B。
22、IC卡如何转储文件？
答：V＝0→插入IC卡，状态栏IC卡灯亮→按［转储］键，进入文件转储窗口→用［↑］［↓］键移动光标选择文件／确认→光标移到［开始转储］／确认→转储成功查询卡内文件后退出。
23、IC卡的主要功能是什么？
答：①设定司机输入的参数。
②输入达示等信息。
③转储文件。
24、检测人员修改的检修参数有那些？
答：检测人员修改的检修参数有装置号、机车型号、机车号、轮径、最大总重、最大辆数、最大计长、柴油机脉冲、双针表量程以及日期和时间设定。
25、LKJ-2000型监控装置如何修改检修参数？
答：V=0时→按[设定]键弹出“参数设定”窗口→移动光标到“检修”→按[确认]键弹出“请输入密码”窗口→输入检修密码后按[确认]键→弹出“检修参数设定”窗口→修改各项检修参数→移动光标到“确定”→按[确认]键返回。
然后按[查询]键出现“查询选择”窗口→按[5]键检修参数弹出“查询检修参数”窗口→查询后按[确认]键返回。
26、简述机车光电速度传感器的工作原理？
答：接上＋15V直流电源后，光源（发光二极管）经随车轮转动的光栅盘变为断续光，致使光断续器中的光敏三极管通断运行，经电路的放大整形后，输出与转速成比例的方波脉冲信号供监控装置主机使用。
27、压力传感器输出为5V时，对应压力为多少？
答：压力传感器输出为5V时，对应压力为1000KPa。
28、进入和退出20KM/H限速工作状态的条件？
答：进入20KM/H时限速工作状态必须同时满足以下条件：
1、列车在自动闭塞区间，且处于停车状态；
2、司机按规定进行了进入20Km/h限速工作状态的操作。
退出20Km/h限速工作状态必须同时满足以下条件：
1、列车处于站内停车状态；
2、司机按规定进行了退出20Km/h限速工作状态的操作。
29、请说出手柄防溜如何控制？
答：在降级、监控、调车和20Km/h限速状态下，手柄未发生变化而机车由停车状态动车，速度大于3KM/H或走行距离大于≥10M时，语音提示”注意手柄防溜”，如果10秒内未采取措施（追加减压或按“警惕键”），实施紧急制动控制。
30、监控运行记录文件分析时应掌握什么要素？
答：分析人员必需熟悉：监控模式、各交路线路限速、色灯限速、长期慢行限速、道叉限速、调车限速及其它各种要求控制的限速。在分析事件记录时，要注意事件发生前及事件发生时的时间、地点、机车速度、机车信号、机车工况、机车管压、乘务员采取了什么措施和措施是否正确以及乘务员输入的交路、站名、编组和达示信息等。
31、请说出如何解除手柄防溜控制？
答：（1）提手柄，使机车加载；（2）按压[警惕]键；（3）防溜制动后，需按压[警惕]键方可缓解。
32、说明JT1型通用式机车信号双机转换原理？
答：在分析质量缺陷产生的原因时，可采用开会的办法，把有关人员尽可能的地请来参加，各抒己见；不予评论地把所有意见全部记录下来。此时应重视有实际经验的车间负责人、班组长、操作工人、检验人员和工艺人员的意见，因为他们对缺陷情况了解比较详细，有的人甚至还曾做过某种试验。在进行原因推想时，应从具体产品或缺陷的直接原因方面去找，并尽可能地把所有的影响因素都找出来，以便逐项调查核实，分析出主要原因，然后把大家提出的原因进行分类整理，画出因果图找出可能性最大的缺陷原因。在归纳分析各种现象和大家所提出的原因时，应注意寻找产生缺陷的共同原因。
33、JT1-B型通用式机车信号两套主机是如何转换的？
答：机车信号主机正常上电后，主机板内光电开关导通，转换继电器吸起，AZHJ、BZHJ哪
个先工作是随机的，即AZHJ↑或BZHJ↑，且只有一个转换继电器能够吸起，因为每个转换继电器的励磁电路中互串有对方转换继电器的后接点。另外，在每套主机的50 V输出点灯电源中串接一个对应转换继电器的前接点，可保证只有当其中一个转换继电器吸起时才能使对应的一套主机输出点灯电路获得50 V，另一套无50 V输出。当一套主机出现故障时，就会导致本套主机板内的光电开关断开，对应转换继电器落下，接通另一套转换继电器励磁电路，使其转换继电器由落下变为吸起，由备用方式进入输出工作方式，原主用机变为备用方式。
答：通用式机车信号主机板电路的输入部分由变压器、衰减电路、A/D电路组成。变压器对感应器感应上来的信号起隔离作用，其输入阻抗对信号起幅度均衡作用。衰减电路对输入信号起衰减作用，衰减后的信号输入给A/D电路。A/D电路将模拟信号转换为数字信号，送入DSP进行运算处理。
35、JT1型通用式机车信号开机后直接亮红灯，如何查找主机故障？
答：首先在动态时用万用表测U7引脚
2、引脚4电压及U8引脚2电压（即测经微分后的f1、f2、f3电压）。当U7引脚2约为1.7V，引脚4约为2.5V，U8引脚也约为2.5V时，说明电容C2、C3、C4及DSP芯片、U3、U4、U5、U6都是好的。
然后用万用表测电容C6、C7、C8是否漏电，正常时动态测C6、C7、C8两端电压约4 V，静态时C6、C7、C8的阻值约33 k ，U8引脚2对地阻值约16 k 。若还亮红灯，故障点可能在U7或U8，换一下芯片试试。
36、为什么用兆欧表测量绝缘电阻？
答：兆欧表俗称摇表，它是专供检测电器设备、供电线路、绝缘电阻用的一种可携式仪表。为什么绝缘电阻不能用万用表的欧姆挡测量呢？这是因为绝缘电阻的阻值比较大，可达到几十兆欧或几百兆欧。在这个范围内万用表的刻度很不准确，更主要的是因为万用表在测量电阻时所用的电源电压很低，在低电压下呈现的电阻值并不能反映出绝缘电阻的真正数值。因此，绝缘电阻需用备有高压电源的兆欧表进行测量。兆欧表的标尺刻度是以M为单位的，可以较准确地测量出绝缘电阻的阻值。
注：
1、部分机车信号题还沿用原有机车信号题库，请各工区自己学习。
2、2011年10份业务学习题(检测、检修、库检工区)第2题变为请说出如何解除手柄防溜控制？
铁路车载通信设备 篇6
1 地质雷达病害探测的理论技术原理
地质雷达方法对铁路路基探测是以电磁波在有耗介质中传播规律为理论基础, 通过天线向铁路路基中发射高频率、宽频带的窄脉冲电磁波, 电磁波在介质中传播, 当遇到介电性质不同的电性界面时, 电磁波发生反射和透射, 反射电磁波被接受天线接收;透射波接续向下传播, 当再遇到电性界面时, 其又发生反射和投射, 反射波又被雷达天线感应接受, 这样雷达天线不断的接收地下反射信号就组成一道雷达数据, 系统在沿着线路移动时就形成一个雷达探测剖面。通过计算电磁波在介质中的双程走时、振幅大小、频谱、以及瞬时功率谱、相位移等特征值, 来判断构造的深度、道床的污染程度、路基的含水量。其工作原理见图1所示。
脉冲波旅行时:
undefined
其中:t:脉冲走时;
z:反射体埋深;
x:收发天线的间距;
v:电磁波在介质中传播的速度。
电磁波在介质中传播时, 其能量满足波动方程
E=|E0|e-j (ωt-αr) ·eβr
式中第一个指数幂中αr, 表示电磁波传播时的相位项, 故称α为相位系数, 单位rad/m。与电磁波的传播速度v的关系为:
v=ω/α
根据波动方程理论, 角频率ω和频率f的关系为:ω=2πf, 频率f、速度v和波长λ的关系为λ=v/α, 因此, α值波速的决定因素, 根据不同介电常数ε下和α频率的关系知:随着频率f的增大, 相位系数α增大, 电磁波的传播速度减少;介电常数ε和电导率σ对相位系数α的影响随着频率的变化而有差异, 高频时, 介电常数ε对σ影响较大, 随着ε增大增大σ速度v减小;低频时, 电导率σ对相位系数α影响大, 随着σ增大, α增大, 速度v减小;通常, 在低导介质中, 相位系数与电导率无关, 而与介电常数的平方根成反比, 电磁波的传播速度与介质的电导率无关, 与介质的介电常数和磁导率的平方根成反比, 对于非磁性物质, 衰减常数和电导率成正比, 与介电常数的平方根成反比, 与电磁波的频率无关;在高导介质中, 相位系数电磁波传播速度与频率的平方根成正比, 与电导率的平方根成反比, 波速是频率和电导率的函数, 波速很低;衰减系数β随电导率的增大和介质的介电常数的减小而增大。在电导率很小时, 衰减系数随频率关系不明显;在电导率很大时, 衰减系数与速度关系不明显。
雷达波在传播的过程中, 其能量以波的形式传播出去, 根据电磁波理论, 电磁波在跨越介质交界面时, 紧靠界面两侧的电场强度和磁场强度的切向分量分别相等, 即
undefined
当雷达纵波从一种电学性质的介质入社到另一电学性质的介质表面时, 由于存在电磁性差异, 必然产生反射现象。从电磁波传播理论可知, 当垂直入射时, 其反射系数 (即反射能量与入射能量的比) 为:
undefined
当电磁波垂直入射时反射系数
undefined
式中:
R:垂直分量反射系数;
undefined:第一种介质的复介电常数;
undefined:第二种介质的复介电常数。
因此当两种介质的介电常数相差越大, 其反射系数越大。反射能量也就越强, 由于道砟、空气、水和路基填料的介电常数有明显的差异, 所以可以雷达的方法来探测其内部结构。
在低导介质中, 雷达电磁波在物体或介质中传播速度v与介质的相对介电常数εr有如下关系:undefined真空中的电磁波传播速度c=0.3m/ns。介质的介电常数εr不仅与介质本身的性质有关, 而且与介质中含水量n有如下近似关系:
εr= (1-ϕ) εmγ+n·εωγ+ (ϕ-n) ε0
式中:εmγ:介质中相对介电常数;
εωγ:水的相对介电常数;
ε0:空气相对介电常数;
ϕ:介质的总孔隙度。
道砟εmγ≈6.4, 其路基填料 (干) , εmγ=9～13, 水εωγ=81, 空气ε0=1。道床中孔隙率变化或含水量n的较小变化会引起道床值较大变化;介质的孔隙率变化, 同时还引起电磁波的速度、振幅、极性、频谱和相位等因素的变化, 所以该系统对道床的污染程度和含水量评价是切实可行的。
2 陇海铁路天兰段K1392～K1576段路基工程概况
2.1 地形地貌
陇海铁路天兰段穿越甘肃省中部, 贯通三市七县, 线路经过之地多为黄土高原地段, 线路穿越地形地貌大致可分为两类:
(1) 中部丘陵沟壑区。这些地区相对高度为150m以下, 坡度15°以下, 地势稍平缓。线路依山而建, 上游雨水汇集面积大, 一旦遭受大的暴雨, 极易造成洪水袭击铁路。
(2) 河谷区。这些地区多为冲积平原, 地形起伏在10m以下, 地势平坦开阔。线路主要建于河流高阶地上, 两侧为农业用地。
2.2 气候条件
本区段气候条件属温带季风气候, 并且有向大陆性气候过渡的特征。冬季雨雪少, 寒冷时间长, 春季升温快, 夏季气温高。平均气温4～14℃。最冷月 (一月) 平均气温在零下2～12℃;最热月 (七月) 平均气温20～24℃, 最高气温达40℃。本区段年降雨量200～560mm, 主要集中在6～8月。
2.3 地层岩性
马兰组黄土 (Q3) :分布于塬梁及河谷Ⅲ-Ⅳ阶地之上部。岩性变化不大, 以淡灰黄色黄土为主, 含少量石膏结核, 呈疏松状、大孔隙、颗粒粗, 滴酸强烈气泡, 厚50～85m, 个别处可达百米。河谷地带之马兰组系之上部黄土, 属风积;塬梁地带的马兰组, 风积特征明显, 其厚度较河谷阶地上的马兰组大, 平行不整合于离石组之上。该区黄土具有强烈的湿陷性, 由于黄土遇水湿陷, 产生强烈沉降, 对铁路路基的稳定性具有较大的影响。
黑云母石英片岩 (Z1) :黑色、青灰色, 鳞片粒状变晶结构, 片理构造, 主要矿物成分为石英, 黑云母, 其中黑云母占20%～45%, 石英占40%～70%, 斜长石占0%～30%。
3 陇海铁路天兰段路基病害地质雷达病害探测结果
3.1探测结果分析
(1) 路基下沉:
由于局部路基欠压实, 其强度和承载能力不能满足要求, 在上覆荷载的作用下, 路基发生局部下沉, 这类异常在雷达剖面上表现为:基床表层反射的同相轴发生明显的弯曲下沉或同相轴中断不连续, 有时是时断时续, 如砟土混合比较严重其同相轴可能有缺失。雷达图像见图2。
(2) 翻浆冒泥:
翻浆冒泥是路基常见的病害, 翻浆冒泥主要由于道床厚度不足, 或基床压实度和承载力没有达到要求, 在列车动荷载的冲击和水的作用下, 基床的填料侵入道床, 道砟侵入基床, 这样反复作用使道床污染、排水不畅, 最终导致道床板结失去弹性, 使道床无法正常工作。翻浆冒泥在不同的地区不同的部位其形态各异、规模不同, 但它们和周围的介质之间的介电常数的差异是相同的, 因此在雷达剖面上具有相似的波形和波组特征。由于翻浆冒泥的物质不但在道床中分布不均, 介电常数差异较大, 而且在道床中呈上拱的趋势, 因此在雷达剖面中波组杂乱、不连续、低频宽振幅形似“山尖”状。雷达图像见图3。
(3) 含水量大:
水是铁路路基病害形成的一个重要原因, 由于水的介电常数为81, 道砟介电常数为6～8, 空气的相对介电常数为1, 当路基中含水时, 其综合介电常数、反射系数、电磁波的传播速度、反射振幅、极性、频谱和相位等因素均发生变化, 由于反射能量和反射系数成正比。因此在雷达剖面上变现为低频强振幅高能量反射, 有时会出现振铃现象, 用彩色雷达剖面时颜色较鲜艳。雷达图像见图4。
(4) 疑似空洞或陷穴:
路基中存在空洞或陷穴严重危害路基的行车安全, 空洞形成主要由于路基填料中细颗粒被水携带流失, 形成的空腔。由于填料和空气的介电性质差异较大, 特别是在空洞或陷穴中有水存在时, 雷达波反射比较强烈, 而且又多次波存在。雷达图像见图5。
3.2 路基病害探测结果
通过该区段的雷达数据对比分析, 陇海线K1392～K1576段共存在翻浆冒泥路段18处, 其中上行线路10处, 下行线路8处;含水量较大的路段43处:其中上行路基有19处, 下行线路24处;路基下沉232处, 有15处下沉比较严重, 其中上行线路中存在117处, 下行线路存在115处;另外在上行线路存在4处、下行线路存在2处2.5～3m深的范围内弧形强反射, 疑为空洞或陷穴病害。具体情况见表1、表2。
由此可见, 车载探地雷达系统作为一种高速探测系统, 在探测铁路路基结构、填料性质、基床面的平整度、道床的污染程度、道床和路基的含水量、路基的排水状况、路基的承载能力等方面优势明显, 可以以连续探测方式探测目标体在地下分布, 具有快速、连续、无损、高分辨和实时显示等优点, 探测速度可达80～100km/h, 基本不影响或很少影响铁路正常运输, 能够显著提高铁路路基病害的检测和整治效率。
参考文献
[1]王鹏越.探地雷达在公路检测中的应用研究[D].中国地质大学, 2004.
[2]冯大伟.季节性冻土地区京哈线山海关至四平段铁路路基冻害分析与研究[D].西南交通大学, 2011.
[3]黄敏.铁路路基病害车载雷达探测技术研究[D].中南大学, 2011.
铁路车载通信设备 篇7
为保证PCB的可靠性,国内外研究者从理论研究、实验分析入手,进行了多方面研究。印制电路板所受到的振动,从本质上讲属于随机振动,然而,很多研究者采用正弦激励方法预测印制电路板的疲劳寿命。Chen Y.S.等在正弦振动载荷条件下,采用理论分析、有限元分析和实验验证相结合的方法分析PBGA元件的疲劳寿命;文献[2]在正弦激励信号的基础上,采用振动疲劳测试和相应的分析方法估计倒装芯片的疲劳寿命;文献[3,4]采用正弦扫频法,分析印制电路板的动态特性和疲劳寿命。在随机振动疲劳特性分析领域,Pitarresi等[5-7]研究了印制电路板在随机振动条件下的建模技术,分析了其动态响应,并对其疲劳寿命进行预测。文献[8]建立了PBGA焊点的振动疲劳模型,并利用实验进行验证;文献[9]建立了一种可快速确定BGA元件焊点疲劳寿命的估计方法。上海交通大学王红芳博士对焊点进行了振动疲劳实验,基于Manson高周疲劳关系式建立改进的高周疲劳关系式,文中还利用有限元软件进行了应力应变的数值模拟,并对焊点的形态进行了预测和优化,在焊点工作环境的改善与评估方面也进行了相关研究。国防科技大学褚卫华博士对表面贴装元器件的焊点进行强化实验方法的相关研究,对热循环实验温度剖面图进行优化,分析热循环实验激发产品缺陷的有效性和局限性,并分析振动环境下焊点和管脚的疲劳特性。国防科技大学的王考研究了PQFP焊点的热循环疲劳寿命问题,并分析了单轴随机振动、多轴随机振动和反复冲击环境下PQFP管脚和焊点的疲劳寿命问题。国防科技大学的孙炜对插装型电子元器件进行了疲劳预测,建立有限元模型,并研究了单轴和多轴应力下的疲劳寿命问题。
1 设计原理
本研究以我国西北地区铁路运输环境真实振动数据为基础,以有限元方法为主要手段,重点针对焊点建立振动疲劳寿命预测模型,通过仿真和实验两种相互补充的研究手段验证与优化模型,研究并揭示铁路车载电子设备运输过程中非高斯振动环境对其结构可靠性的实际影响,研究的基本思路如图1所示。
2 研究过程
2.1 建立PCB的有限元模型
所选PCB的尺寸为249 mm×249 mm×1.56mm,材料为FR4,上方有两块BGA芯片,BGA芯片1的大小为37.5mm×37.5mm,焊点数为360个,BGA芯片2的大小为31.5mm×31.5mm,焊点数288个,两芯片焊点直径都为0.3mm,间距为0.7mm,焊点材料为无铅焊点95.5Sn-4.0Ag-0.5Cu(SAC405)。
由于所选BGA芯片有648个焊点,若采用常规方法对PCB系统建模并进行网格划分,则要获得上万个单元和节点,这对资源有限的一般微型计算机来说是承受不了的。根据Yang QJ等人对PB-GA可靠性分析的研究成果,可知PBGA芯片的疲劳失效通常发生在4个角端的焊点上。因此,在有限元整体建模过程中,对于4个角端的焊点仍采用圆台表示并对其进行详细网格划分;其他焊点则用立方体代替表示,不对其进行网格划分。这样有限元模型可在保证精度的前提下节省大量的后处理时间。
本研究使用AutoCAD建立有限元模型,然后导入ANSYS中设置相关材料参数并进行分析。在ANSYS中用体单元SOLID45表示有限元模型中的所有组成部分,包括PCB在内。使用Automatic Method法对有限元模型进行网格划分,结果如图2所示。
2.2 有限元模型验证与修正
建立的有限元模型是否正确(静力分析验证)、是否合理(模态分析验证)关系到后续分析的结果。一个错误的模型,它所分析得到的结果也毫无价值可言。
2.2.1 静力分析
实验静力分析采用日本SHIMADZU公司AG-IS数控压力实验机,对整个模型正中间1cm×24.9cm区域施加100~500 N的惯性力,记录下PCB的变形量大小。为提高实验结果的可信度,一共做四次实验,取均值作为结果。同时,利用AN-SYS模拟实验静力分析过程。实验和仿真静力分析的部分结果如表1所示。
从表1的结果可看出,实验静力分析和模拟静力分析结果存在一定误差。在2.2.3中对有限元模型的相关元素进行修正。
2.2.2 模态分析
实验模态测试系统主要由以下几部分组成:激励设备、传感器、电荷放大器、数据采集及分析部分、模态分析部分,如图3所示。
1—PCB;2—LC-02A力锤3—CGJ-1传感器;4—YE5853B电荷放大器;5—YE6230B8数据采集系统6—微机
同时,利用ANSYS对PCB有限元模型进行模态分析。实验与仿真模态分析的前三阶固有频率对比结果如表2所示。
可以看出,仿真所得到的固有频率和实验结果有一定差别,是由于实际的PCB上芯片较多,又有较多的小孔,对PCB刚度有较大影响,因此,造成实验结果和仿真结果的差别较大。
2.2.3 模型修正
从上面的对比分析可以看出,对于车载PCB的实验和仿真结果还有一定差别,下面根据各芯片布局,判断出可能引入误差的部位,对该PCB各区域的弹性模量进行重新定义,得到如表3、表4和图4所示的分析结果,分析结果得到大大改善,仿真所得到的变形量、固有频率和实验结果总体一致。由于有限元模型是一个简化模型,简化引起的误差在所难免,总体说,有限元模型较好地模拟了PCB的振动特性,该模型可用于PCB的疲劳寿命分析。
2.3 非高斯随机振动环境模拟
本研究所采用的真实铁路振动数据均来自于兰州交通大学教师在我国西北地区铁路运输环境的测定与分析研究中采集的数据。采集数据的仪器是美国Lansmont公司生产的振动和冲击运输环境记录仪(SAVER)。经过对采集数据的整理,发现不少路况引起的振动往往不能简单近似成高斯分布,而是呈现出较明显的非高斯分布特性。
目前,随机载荷作用下的疲劳寿命分析大多采用频域方法,这种方法仅适用于高斯载荷,对于非高斯随机载荷作用下的结构疲劳分析需采取新方法。本研究从时域疲劳分析方法入手得出一种适用于非高斯载荷的疲劳分析方法,即首先利用传统的高斯信号生成法,然后利用二次相位调制法产生基于真实铁路运输振动情况的非高斯激励信号,并在Matlab中实现,其中一段样本振动数据的处理结果如图5所示。
可以看出,利用二次相位调制法可模拟出真实铁路振动情况的非高斯信号。
2.4 疲劳寿命分析
从2.3节中模拟产生的一系列接近实际载荷数据特征的载荷样本出发,对每个载荷样本进行响应分析,然后通过S-N曲线、雨流计数法和PalmgrenMiner法则相结合的方法进行疲劳分析和计算疲劳寿命,这样由每个样本可计算出一个疲劳寿命,只要取得足够多的子样本,就可得到真实的疲劳寿命。
根据材料类型、材料的极限拉伸强度和弹性模量,在FE-SAFE中模拟生成材料的S-N曲线,同时参考Da Yu、Steinberg等对有关材料S-N曲线的研究,对模拟得到的S-N曲线进行修正,确保能得到较为准确材料的S-N曲线。
对于不规律载荷历程,需要进行特殊处理,本研究使用雨流计数法把不规律载荷历程转化为可用于疲劳计算的循环,在FE-SAFE中完成,得到其中一个子样本载荷的雨流矩阵和损伤矩阵,如图6所示。
可以看出,即使大多数循环发生在低应力幅值和低平均应力下,但这些并不会在危险位置造成最大损伤,高应力幅值循环仍会在危险位置造成最大损伤。
依据Palmgren-Miner法则,如果损伤累加到1,那么PCB将发生失效。根据材料的S-N曲线和雨流计数法结果,利用FE-SAFE可得到PCB疲劳寿命分析结果,将结果导入ANSYS中,其中两个子样本(一个高斯振动载荷,一个基于真实铁路振动环境模拟的非高斯振动载荷,峭度为3.5)的对数疲劳寿命云图,如图7所示。
可以看出,在两个子样本中,高斯振动载荷下PCB的疲劳寿命为102.653=449.8(repeat),非高斯振动载荷下PCB的疲劳寿命为102.46=288.4(repeat)。
重复上述步骤,求得一系列对应于子样本的疲劳寿命(至少10组子样本),取其平均值作为最终的疲劳寿命,结果如表5所示。
从表5可以看出,车载PCB在基于真实铁路振动环境模拟的非高斯振动载荷(峭度为3.5)激励下疲劳寿命只有高斯振动下疲劳寿命的3/5左右,大约为190min,最先发生疲劳失效的节点是BGA芯片2外方角端上的焊点。另外,从分析结果可知,在相同带宽和均方根值的前提下,信号峭度值和车载PCB的疲劳损伤影响成正相关,即信号的非高斯特性越明显对疲劳累积损伤越快。因此,基于真实铁路振动环境(非高斯振动环境)下的车载PCB的可靠性研究具有重要意义。
本实验所选取的PCB为FR4环氧玻璃布层压板,主要包括两个原因:车载PCB稳定性高,若对其加载高斯和非高斯激励载荷,其差别不够明显;对车载PCB的取材难度较大,一般情况下获取不到列车的车载PCB。该材料以环氧树脂作粘合剂,以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板,其电气性能良好、工作温度高、耐湿性好,但其抗冲击能力弱,容易变形。因此,对该PCB板加载高斯/非高斯激励载荷后,其平均寿命较短,更好地体现在高斯和非高斯环境下车载PCB的抗压能力。
3 结束语
相对之前做出的研究,论文的创新点主要体现在以下几个方面:
1)利用二次相位调制法建立与真实振动环境相符的非高斯随机振动信号(传统的模拟是基于高斯环境的);
2)利用有限元分析法,建立PCB有限元模型,通过静力分析、模态分析实验结果对比,对模型进行验证与优化,保证获得较为准确的PCB有限元模型;
3)综合运用材料的S-N曲线、雨流计数法和Palmgren-Miner准则,较为准确地预测真实铁路振动环境条件下PCB的疲劳寿命。
铁路车载通信设备 篇8
车载自组织网络 (Vehicular Ad hoc Network, VANET) 简称为车载自组网, 它是一种将网络节点建立在汽车和道路基础设施上的分布式、动态变化的自组织通信网络。其基本原理是运用车载传感器和GPS卫星定位系统, 借助蜂窝移动通信网络、无线广域网 (WLAN) 等无线通信技术, 将车辆状态、性能、地理位置、路况等信息集中、转发和使用, 提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性。
2 网络特性
VANET以汽车这种特殊装备构成的自组织网络节点, 具有不同于其他类型移动自组织网络的特性。
(1) 拓扑结构:节点速度快慢不等, 在节点间较高的相对速度下数百米有效无线传输距离可提供的通信窗口很短, 网络拓扑结构变化快, 数据链路中断频繁。 (2) 移动形态:车辆节点的移动路径主要受制于道路, 因此道路的数量和布局复杂程度, 在一定程度上影响着网络性能。 (3) 节点密度:节点密度较低时, 消息需要被多次储存和转发, 延迟比较严重。节点密度很大时, 会造成无线通信信道干扰, 增加网络开销。 (4) 节点异质性:节点可以是家用汽车、公交车、出租车, 或者是路边辅助基站, 不同类型节点有不同的应用程序和权限。
3 基本通信形式
在研究了VANET中不同应用程序中数据的传输特点后, 可以将所有传输方式抽象为五种基本形式。
3.1 信标
(1) 通信目标, 不断更新的相邻节点之间的信息, 提供自身最新的状态数据, 如位置、速度、车辆状况等。 (2) 通信机制, 消息以数据链路层广播的形式发送给所有可接受范围内的相邻节点。通信方式一般是单跳, 消息接收后不再被转发。 (如图1) (3) 数据内容, 通常是随车传感器监测数据产生。 (4) 服务质量, 大部分应用程序要求消息延迟达到中等水平。 (5) 应用实例, 车辆转向与并线辅助, 车距安全预警等。
3.2 地理广播
(1) 通信目标, 较大范围的传递即时消息。 (2) 通信机制, 节点通过数据链路层广播发送消息到有效传输范围内的相邻节点, 每个在接受范围内的节点接收到消息后不改变消息内容, 并继续向外广播传递 (如图2) 。 (3) 数据内容, 发送节点监测并产生。 (4) 服务质量, 由于基于事件触发的性质, 往往需要较低的延迟尽快将消息传递。 (5) 应用实例, 施工区域警告, 紧急停车交通信号, 道路交通事故等。
3.3 单播
(1) 通信目标, 消息通过网络传递到某个特定节点。 (2) 通信机制, 数据包以一个单跳方式, 或者通过多个节点以多跳方式传递到某个特定节点或特定目标区域 (如图3) 。 (3) 数据内容, 消息包含着由发送节点设置的内容的, 在路由过程中不做任何修改。 (4) 服务质量, 信息传递及时性要求较低, 可以承受较高的传输延迟和数据重发。 (5) 应用实例, 导航地图更新, 电子支付, 音乐下载等。
3.4 高级广播
(1) 通信目标, 持续在车辆之间传递信息, 能够桥接网络分区并优化信息。 (2) 通信机制, 在综合考虑各种参数来确定何时重新发送消息时, 高级广播通常使用单跳广播方式、储存转发方式多次发送消息 (如图4) 。 (3) 数据内容, 不改变原始信息内容, 但消息关联性的内容可能会被附加到消息中。 (4) 服务质量, 信息传播的广泛性和时间的稳定性更为重要, 信息延迟要求较低。 (5) 应用实例, 异常的交通和道路信息发布等。
3.5 信息聚合
(1) 通信目标, 多节点基于同一事件发送消息时, 接收节点将数据聚合, 减少通信开销。 (2) 通信机制, 核心技术是一个不断学习更新的知识库, 新接受的消息与已融合的消息再次融合并创建新的本地消息。 (3) 数据内容, 消息内容来自多个节点并聚合成为一个消息。 (4) 服务质量, 一般不用于时间敏感的应用, 对传输延迟要求较低, 对信息传递质量及收敛性要求高。 (5) 应用实例, 基于车辆发出的交通道路预警, 智能交通流量控制等。
4 结语
VANET应用的多样性使得许多应用程序不再沿用传统形式的传输信息, 而需要广播通信和更先进的信息传播策略。在本文中, 我们提出了五种基本通信模式, 几乎涵盖了当前所有VANET应用程序通信的基本特征, 将应用程序和通信模式之间进行了紧密耦合, 将讨论的焦点转移到一个更加一体化的系统架构, 使通信机制设计思路更加清晰, 也为实现量身定制的安全和隐私的解决方案提供了基本框架。
参考文献
[1]Rudack M, Meincke M, Lott M.On the dynamics of ad hoc networks for inter vehicle communication (IVC) .In:Proc.of the ICWN2002.
[2]A.Rowstron and G.Pau, “Characteristics of a vehicular network, ”University of California Los Angeles, Computer Science Department, Tech.Rep.09-0017, July 2009.
安吉星车载信息通信服务内容概况 篇9
●碰撞自动求助系统服务, 包括碰撞自动求助和安全气囊爆开自动求助。当车辆发生严重的碰撞以及安全气囊爆开时, 车辆会自动呼叫安吉星, 并提供车辆的基本情况, 安吉星会及时反馈提供服务。
●紧急救援系统服务, 包括紧急情况下用户联系客服人员的紧急救援协助, 以及帮助他人向安吉星求救的爱心援助路人服务。
●安全保障系统服务, 包括车停位置提示、车门远程应急开启、路边救援协助、被盗车辆定位等。
●车况检测服务。安吉星提供车况检测报告和实时按需检测两项服务, 使得用户不用亲自动手就可随时获得专业的车辆诊断信息, 将车辆隐患杜绝于门外。
●导航系统服务, 为方便用户出行提供全程音控领航、目的地设置协助和兴趣点导航三项服务。
铁路车载通信设备 篇10
随着3G牌照的发放和公司3G通信网络的大规模建设, 3G业务在2009年正式投入商业运营。3G的应急通信手段亟待配置, 以满足突发业务的需求, 保障网络的正常运行。
随着国家政治经济实力的提升, 大型展会、运动会、娱乐演唱会等大型集会活动日益增多, 现场通信网络很难满足这些突发话务高峰的需求, 需通过应急通信手段弥补网络局部容量不足问题。一方面满足局部突发业务需求, 另一方面也为公司全方位的展示业务提供了良好的机会, 促进公司形象的宣传, 具有良好的社会和经济效应。
我国是一个地震多发的国家, 地震、洪灾、冰雪灾等自然灾害频发, 在自然灾害发生时, 移动通信网往往也会受到一定破坏, 也需要通过应急通信系统在抢险救灾过程中进行通信保障, 应急通信保障手段的建设, 对国家和人民生命财产的保护有着十分重要的意义和作用。
应急通信还可以作为战时状态通信保障的备用手段, 为党政军领导机关提供通信保障的功能, 在战时战备中体现关键的作用。
2 建设的意义与必要性
2.1 应急通信作为“处突维稳”的重要手段, 能有效缓解局部网络能力不足, 是网络保障必备的前提条件之一。
2.2 抢险救灾、突发事件等关键时刻发挥关键作用的需要。
2.3 满足战时战备应急通信需求, 为党政军领导机关实施指挥提供应急通信保障。
综上所述, 为保证公司网络的正常运行, 打造精品网络, 大型活动、突发事件、在战时及自然灾害的情况下保障通信的畅通, 提升公司在重大活动、突发事件的应急通信保障能力, 必须对应急通信系统进行建设。
3 市场及业务需求分析
3.1 市场分析
应急通信系统在保障重大活动和突发事件的同时, 对提升公司形象、促进市场发展方面有非常重要的作用。
在大型会展、运动会和国际活动中, 由于突发的业务需求很大, 现网的容量往往不能满足通信的需要, 而应急通信系统则可快速灵活的提升网络的局部容量, 有效的解决突发的容量需求。同时, 在上述重要大型活动中保障网络正常运行, 减少网络拥塞对于提升用户感受也是非常重要的。此外, 大型应急通信车的出现和展示, 也是树立公司形象的一个良好手段。
在抢险救灾过程中, 应急通信系统是一种重要的网络容灾手段, 能够提供通信有力的保障, 对提升公司在国家和民众心目中的形象和地位有着十分重要的作用。
通过应急通信系统对公司的宣传和对市场的促进作用, 能够有助于公司更好开展业务, 拓展市场。
3.2 业务需求分析
随着网络的建设和业务开展, 移动网中数据业务种类和业务量快速增加。伴随近年展会经济的发展, 区域性突发数据业务需求日益增多, 网络应急通信保障需求迫切。
4 建设方案及规模
4.1 应急通信车分类比较
根据采用的车型、装备的通信设备我们将应急通信车分为三大类:大型、中型和小型应急通信车, 如表1所示。
各种类型的应急通信车覆盖能力、容量能力和使用定位也是各不相同的, 如表2所示:
Á4.2建设规模与设备配置建议
各电信运营商可结合公共突发应急配置原则和网络保障应急配置原则, 考虑地域中心因素和大型聚集性活动的频繁程度, 可配置大型、大中型和小型应急基站系统。
5 社会效益分析
随着企业3G网络建设的发展和3G网络的成熟运营, 3G网络投入运营将大大增强公司在移动通信领域的核心竞争力, 为了打造公司的精品网络, 必要的应急通信手段建设是网络建设的重要内容, 是业务开展和推广的重要保障。
应急通信系统能有效的缓解局部突发业务需求时的容量需求, 弥补网络局部短时间的能力不足问题, 在大型的会展、运动会和国际活动以及突发事件中, 现网的容量不能满足需求的情况下, 通过应急通信手段可以有效的解决网络拥塞问题, 提供全方位的业务能力, 提高用户感受, 提升用户的业务体验, 进而树立公司的形象和地位。
在国家发生重大自然灾害情况下, 可以通过应急通信系统保障在抢险救灾中的通信需求, 有效的支持国家在抢险救灾中各项政策的有效下达和实施。其政治和社会影响巨大, 能够提升公司社会影响力。
6 风险评估及经济评价
6.1 风险因素分析
6.1.1 设备选型风险
设备选型风险是指由于行业竞争和公司网络的发展, 某些厂家的设备在公司通信网中的比例可能会逐步减少, 甚至是完全退出电信运营企业的网络。在此情况下, 如果应急通信车采用这些厂家的设备就会带来后期设备维护升级的困难, 甚至存在进行设备替换的风险。
因此在建设中要充分考虑设备选型方面的风险, 尽量降低和避免此类风险。
车辆底盘也应选择成熟度高、技术先进、性能可靠、安全度高、售后服务完善的产品, 尽量避免给日后的使用、维护带来隐患。
6.1.2 工程建设风险
应急通信车是一个系统工程, 包括车辆的采购和改造、设备的集成与安装等方面, 任何一个环节出现问题都会对工程进度造成不良的影响。而工程进度能否满足要求也存在一定的风险。
6.2 风险应对措施
首先在设备选型方面要考虑目前主流厂家的设备, 结合市场份额和设备布局进行采购, 降低将来要对设备进行替换的风险。
针对工程建设风险, 工程建设上要尽量充分利用主流设备提供商、车辆集成商雄厚的技术实力和工程实施经验, 运用科学的项目管理方法, 保证项目按时完工;并通过与设备提供商、车辆集成商签订的合同中明确风险责任, 有效转移工程实施风险。同时, 应考虑利用集团优势, 通过集团公司协调相关厂家合理安排其软硬件设备的供货和集成进度。
6.3 经济评价