(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011192556.7
(22)申请日 2020.10.30
(71)申请人 北京交通大学
地址 100044 北京市海淀区上园村3号
(72)发明人 陈超 韩梅 米希伟 黄艳春
韩延慧 王子吉安
(74)专利代理机构 北京卫平智业专利代理事务
所(普通合伙) 11392
代理人 张新利 谢建玲
(51)Int.Cl.
G01B 17/00(2006.01)
G01S 19/42(2010.01)
G08C 17/02(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种铁路运输途中货物位移量
实时远程在线监测系统，包括：车载端硬件系统，
用于采集安全指标信息；所述车载端硬件系统采
用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，
传输给远端管理系统；远端管理系统，用于实时
分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；所
无线传输模块，控制单元；传感器模组连接至控
制单元，控制单元连接至无线传输模块，与数据
传输云平台通过无线网络通信；供电模块，与控
制单元通过电缆连接。本发明，可以远程的、实时
的对货物位移量进行监测，获取的位移数据可以
用于核定货物在运输过程中的偏载情况，用于确
定纵向偏载及横向偏载是否超过规定值，及时发
出报警。权利要求书3页 说明书10页 附图3页CN 112378352 A 2021.02.19
C N 112378352
A
1.一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，包括：
车载端硬件系统，设于铁路货车上，用于采集安全指标信息；
所述车载端硬件系统采用无线通信的方式，将采集到的安全指标信息，传输给远端管理系统；
远端管理系统，用于实时分析接收到的安全指标信息，完成在线监测；
所述车载端硬件系统包括：传感器模组，供电模块，无线传输模块，控制单元；
传感器模组，包括：
位移传感器，设于货物外包装上，用于采集货物到铁路货车车体的货物位移信息作为安全指标信息，
GPS传感器，设于铁路货车的车厢内，用于采集货物的地理位置信息作为追踪货物所在地理位置的指标信息，用于确定货物位移指标出现报警时铁路货车所在位置；
传感器模组连接至控制单元，控制单元连接至无线传输模块；
供电模块，与控制单元通过电缆连接，用于给整个系统提供电力；
无线传输模块，用于与数据传输云平台通过无线网络通信。
2.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，位移传感器具体为开放类型的超声波传感器，
GPS传感器具体为车载类型的GPS传感器。
3.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述供电模块为恒压类型的直流供电模块，其规格为输出电压为5V。
4.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述无线网络为4G无线网络。
5.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述数据传输云平台，用于车载端硬件系统和远端管理系统之间的数据无线传输；
所述数据传输云平台，为PaaS物联网开放平台。
6.如权利要求1所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，在货物外包装的长度方向及宽度方向上，分别设置两个位移传感器，共计四个位移传感器，用于实时测量位移量，
第一位移传感器1和第二位移传感器2设于货物外包装的宽度方向，对应y轴向，第一位移传感器1和第二位移传感器2的y轴向坐标值通过监测前测量获取，
第三位移传感器3和第四位移传感器4设于货物外包装的长度方向，对应x轴向，第三位移传感器3和第四位移传感器4的x轴向坐标值通过监测前测量获取。
7.如权利要求6所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，当货物外包装产生位移，则四个位移传感器分别测得一个位移值，四个位移值和GPS传感器获取的GPS数据一同实时的传输至控制单元，再经过无线传输模块传输至远端管理系统，作为接收终端的远端管理系统，通过货物平面姿态还原模型及算法计算出货物上任意点的位移值，通过GPS数据确定GPS位置信息。
8.如权利要求7所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，所述货物平面姿
态还原模型及算法包括：
构建货物平面运动姿态模型，在货物平面运动姿态模型中进行以下货物运动姿态限
制：
(1)货物上任意点的z轴坐标值都不发生变化；
(2)货物绕x轴不能产生转动；
(3)货物绕y轴不能产生转动；
货物平面运动姿态的还原，按以下步骤进行：
(1)选定标记点：采用位移传感器在货物上的安装位置为标记点，位移传感器在铁路货车车体上的对应位置为铁路货车标记点；
(2)建立标记点位置还原模型：通过位移传感器数据的时间序列获得货物上的标记点位置的时间序列；
(3)建立货物平面运动姿态还原模型：通过货物上的标记点的位置时间序列获得货物上任意点的位置时间序列。
9.如权利要求8所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，步骤(1)所述标记点共8个，
P1，P2，P3，P4是货物上的标记点，
Q1，Q2，Q3，Q4是铁路货车上的标记点；
在监测前，测量货物上的标记点在货物上的坐标系x’-y’坐标系下的坐标，并通过坐标变换将x’-y’坐标系下的坐标变换为铁路货车上的坐标系x-y坐标系下的坐标；
在监测过程中，位移传感器采集P i，Q i两点间距离l i，任一时刻采集的一组距离构成距离向量L，表示为L＝(l1 l2 l3 l4) (2)
在计算中，选择P1，P2，P3和Q1，Q2，Q3作为输入点，P4和Q4作为检验点；
货物本身可视为刚体，P1，P2，P3三点中任意两点之间的距离在监测过程中不会改变，设该距离为k i，则：
其中，
在监测过程中，货物与铁路货车发生相对运动，位移传感器以一定的采样频率采集P i与Q i之间的距离l i；根据任一时刻的一组距离l i及坐标P i(x i,y i)和Q i(a i,b i)可得出一组方程，即标记点位置还原模型：
其中，
将三组位移传感器的数据带入方程组，可计算出货物上三个标记点的数值；
通过牛顿法求解出方程组的数值解。
10.如权利要求9所述的铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，其特征在于，通过牛顿法求
解出方程组的数值解的具体步骤如下：
步骤1、将方程组变换为牛顿法标准形式；
步骤2、构造F向量的雅克比矩阵；
步骤3、构造迭代公式；
步骤4、设置出口条件；
步骤5、选择初始点。
一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统
技术领域
[0001]本发明涉及铁路货物运输安全监控技术领域，具体说是一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统。
背景技术
[0002]在铁路货物运输的过程中，随着车速的提高，装载的货物如果重心不当，则存在安全事故的隐患越大。
[0003]现有的“铁路货车装载货物位移监测”技术，虽然可以获取货物的位移情况，但无法实时的将位移数据上传到互联网实现异地远程监测。
[0004]有的现有技术方案依赖于轨道下方安装的检测设备，在指定的地点才能实时监测，此种监测方式不具有全程监测的能力。
[0005]有的现有技术方案可以全程监测，但采集的数据远传时依赖于RF收发器(射频收发器)，以及设于指定地点的地面固定设备，再由地面固定设备上传到上位机，此种车-地通信方式不具有实时上传的能力。
[0006]有的现有技术方案虽然设置了无线传输模块，通过无线传输模块将位移信息传回到同一列车的驾驶室的接收装置，接收装置接收到的位移数据首先进行异常值剔除，再与临界值对比，超过临界值即发生报警。但是选用的是zigbee无线传输模块，只能实现短距离传输，不能将位移数据通过互联网传输给异地的监测者。
[0007]本发明中涉及的技术术语含义如下：
[0008]1、偏载：货物的重心没有与铁路货车的重心在水平上重合，包括沿车体长度方向的纵向偏载和沿车体宽度方向的横向偏载。
[0009]2、RF收发器(射频收发器)：能短距离无线传输信号的一种装置，类似于公交卡和公交卡。
[0010]3、超声波传感器：利用超声波进行测距的装置，分为发射超声波与接收超声波装置，发射装置发射超声波，超声波遇到物体后反射产生“回声”，接收装置检测到“回声”并统计发出超声波到接收回声的时间差，以此计算装置到物体的距离。
[0011]4、zigbee无线传输技术：是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
[0012]公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。发明内容
[0013]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种铁路运输途中货物位移量实时远程在线监测系统，可以远程的、实时的对货物位移量进行监测，获取的位移数据可以用于核定货物在运输过程中的偏载情况，用于确定纵向偏载及横向偏载是否超过规定
说 明 书1/10页CN 112378352 A
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议