面向钢轨监测的无线传感器网络网关设计与性能测试

针对我国铁路钢轨实时广域监测的重大需求,通过研究异构无线传感器网络(WSNs)通信技术,设计并实现了一种基于Zig Bee-3G通信的无线传感器网络网关。进行了通信电路设计和电磁兼容设计,并在WinCE操作系统平台上实现了Zig Bee网络与3G网络之间的互联,开发了网关远程维护管理模块。对网关设备分别进行了网络传输性能测试和电磁兼容测试,测试结果表明:此网关传输效率高、抗电磁干扰能力强,能够满足铁路轨道监测现场的应用要求。

面向钢轨监测传感网在线调试的网关研制

针对工程应用中钢轨监测传感网现场调试的实际需求,研制了一种可用于无线传感网在线调试的网关,设计并实现了网关的硬件电路,开发了由数据接口层、业务逻辑层及用户界面层组成的上位机在线调试软件,制定了一种可减少现场数据丢失率的完整性维护策略。实验结果表明:研制的在线调试网关数据传输可靠、响应速度快、体积小、便于携带,适用于钢轨监测传感网现场的快速调试和维护。

基于光纤传感技术的钢轨变形监测可行性研究

光纤传感技术与传统的电类、机械类传感技术相比,具有抗电磁干扰能力强、使用方便、易维护等优点。本文探讨其应用于钢轨变形监测的可行性。首先,将两相邻弹性扣件之间钢轨受力形式简化为简支梁,通过理论分析得出钢轨中间点断面同一高度处应变与位移之间的关系;然后将分布式光纤和光栅传感器布设在钢轨简支梁上,通过试验测试数据得到位移与应变的关系,并分析了由应变推算钢轨变形的计算误差。研究结果表明:光纤传感技术在钢轨变形监测上是可行的;光栅传感器测量精度较分布式光纤精度高。研究结果为光纤传感技术在钢轨变形监测中的应用提供了技术支撑。

面向高铁钢轨应力广域监测的无线传感网系统架构及性能测试

建立了一种应用在高铁钢轨应力监测的无线传感网系统组成架构,它由数据采集层、通信及控制层、数据存储及分析层组成。提出了多传感节点信息的并行传输及处理方法,用于解决数据完整性和网络拓扑结构变化的即时响应等问题。利用关系型数据库和数据分析机构建数据存储和管理模式,管理及分析连续生成的数据。设计了'元信息捕获-本体映射-数据查询-数据获取-数据可视化'交互操作数据流,以实现设备分布和传感数据可视化。最后,在课题组架设于中国铁道科学研究院的钢轨应力监测无线传感网平台上,对建立的系统架构进行了性能测试,试验结果表明:系统架构应用在无线传感网上,丢包率小于5%,时延小于1min,能够满足高铁钢轨应力分布式监测的需求。

无缝线路钢轨温度监测系统的研制

介绍了无缝线路钢轨温度监测系统的研制目的、关键技术及系统功能，论述了该监测系统的技术特点及应用效果。

基于钢轨电位时空关联的钢轨对地绝缘缺陷诊断方法

[目的]以钢轨电位为监测对象的各监测点数据间在时空上存在关联,钢轨对钢筋结构电阻变化后的直接表现形式为钢轨电位的变化。应基于钢轨电位时空关联的特点,对钢轨对地绝缘状态监测及缺陷诊断的方法进行深入研究。[方法]阐述了以钢轨电位为监测对象的杂散电流监测系统。对绝缘缺陷下的钢轨电位数据特征进行了分析,建立了数据的特征矩阵。基于闵可夫斯基距离的异常检测原理,阐述了钢轨对地绝缘异常区段的检测步骤,以及绝缘缺陷定位的检测步骤,提出了基于钢轨电位时空关联的钢轨绝缘缺陷诊断方法。以青岛某城市轨道交通工程为案例进行建模仿真,用以评估所提方法的有效性及准确性。[结果及结论]该方法能对钢轨绝缘状态进行有效监测,可准确定位绝缘缺陷位置。

变温环境下超声导波钢轨结构健康监测技术研究

在应用超声导波进行钢轨结构健康监测时,温度变化会导致钢轨的导波特性发生改变,从而影响监测结果的准确性。主要分析温度对钢轨导波波速的影响,提出采用3次样条插值在时域拉伸信号,实现导波波速的补偿,将归一化能量均方差作为选择最佳拉伸因子的准则及钢轨伤损判断的标准,避免导波信号幅值变化对监测结果的影响,通过对实验数据的处理验证算法的有效性,并在呼和南站重载线路进行锯轨演示试验,为变温环境下的钢轨结构健康监测提供了技术基础。

铁路钢轨位移监测辅助测量装置设计思路

本论文旨在研究铁路钢轨位移监测的辅助测量装置,探讨其在铁路运营管理中的应用。先介绍了铁路钢轨位移监测的重要性,分析了钢轨位移对铁路安全和设施维护的影响。其次对传统的钢轨位移监测方法进行了评估,指出了其存在的局限性和不足之处。然后阐述了现代传感技术在钢轨位移监测中的应用,包括无线传感技术、激光测距技术和惯性导航技术等。最后,详细描述了辅助测量装置的硬件结构,并探讨了数据采集与处理方法。本研究对于提高铁路运营管理的安全性、效率性和可靠性具有重要的实用价值和推广意义。