CN105629277A - 基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，安装在铁路货运车辆上，与监控平台通讯连接。本发明通过北斗定位，ZigBee短距组网、GPRS远程通讯、传感器技术以及低功耗工作模式等手段，有效解决非铁路企业的自有车辆在铁路货运中特别是危运车辆的在途位置监控问题，从容实现了远程监控危险品运输车辆，以防止货物发生泄露，提高人工巡检效率；而且本发明通过低功耗短距无线组网，数据链数据共享，远程数据轮发机制等手段，搭配电池组解决终端供电问题；并通过位置感知技术，避免终端在危险区域射频发射诱发***的危险。

Description

基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端及方法

技术领域：

本发明属于物流技术领域，具体涉及的是一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端***及方法，主要用于铁路货运中危险品运送的监控管理。

背景技术：

目前的铁路***在铁路沿线预埋有自己的信号***，用于车辆的调度管理，一般不对外开放；而随着铁路运输逐步向民营资本开放，越来越多的企业拥有自己的铁路货运车辆，但车辆的编组、调度、管理权在铁道公司，企业对自有车辆的位置、运行情况的监控必须通过铁路管理部门。

对于此类企业而言，对于普通的散装货物位置监控需求并不强烈，但对油罐车、硫酸罐车等危险品运输的特种车辆，由于受国家法律法规的要求，必须全程在途管理。如《铁路危险货物运输管理暂行规定》明确指出，***品、剧毒品、气体罐车(含空车)需要全程押运，部分危险货物甚至需要每节车2人押运，以便随时掌握危险货物的状况，避免意外发生。

为了实现对危险品运输的全程在途管理，需要在运送危险品的铁路货运车上加装定位和监控设备，而由于铁路货运车辆无电源供应接口，加装的设备无法从车辆上取得电源。由于铁路货运车辆无法提供电源，因此也无法安装普通的远程位置监控设备或者传感器等设备；而如果安装普通的带有电池的监控设备，由于GPRS等远程数据通讯模块的功耗非常大，受电池容量限制，只能采用加长上报周期的方式节省电池电量，但这样无法满足企业位置信息实时采集的要求。

另外，由于安装普通的带有电池的监控设备需要直接与监控平台数据通讯，其对周边的终端无法进行数据直接交互，如果每节车厢都发送同样的信息，则存在着浪费数据流量以及电池电量的问题，其次，对于危险品运输车辆，车辆的运动，普通终端唤醒时其并不知道车辆已在油库等危险区域，由于其采用的是基于GSM网络的通讯技术，GSM终端设备的射频信号最大功率可达2W，有诱发***的危险。

发明内容：

为此，本发明的目的在于提供一种简单方便、安全可靠的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端及方法，以实现对危险品运输车辆位置的有效监控。

为实现上述目的，本发明主要采用如下技术方案：

一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，安装在铁路货运车辆上，与监控平台通讯连接，包括：

一MCU，

一北斗接收模块，与所述MCU联接，用于接收北斗卫星定位信息，并发送定位位置信息给MCU；

一GPRS通讯模块，与所述MCU联接，用于根据MCU的控制指令上报终端信息给监控平台；

其中，所述MCU用于根据北斗接收模块的位置信息，判断终端是否位于危险区域，如是，则关闭GPRS通讯模块；如否，则开启GPRS通讯模块，将终端信息发送给监控平台。

进一步地，所述终端还包括有：

一ZigBee组网模块，与所述MCU联接，通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，发送给MCU。

进一步地，所述终端通过GPRS通讯模块上报给监控平台的终端信息包括有终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量。

进一步地，所述终端还包括有：

一存储器，与所述MCU联接，用于存储终端的ID信息、车辆编号、危险区域坐标和工作配置信息。

进一步地，所述终端还包括有：

一传感器，与所述MCU联接，通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于采集所在环境的特定参数，并发送给MCU。

进一步地，所述传感器采集的所在环境特定参数包括温湿度数据、可燃性物质及酸性物质检测数据。

另外，本发明还提供了一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，包括步骤:

S1、接收北斗卫星定位信息，并发送当前终端的定位位置信息给MCU；

S2、MCU判断当前终端的位置是否处于危险区域；如是，则进入步骤S3；如否，则进入步骤S4；

S3、关闭GPRS通讯模块；

S4、开启GPRS通讯模块，将终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量发送个监控平台。

进一步地，步骤S2包括：

MCU将当前终端的位置与存储器中的危险区域坐标进行比较，如果相同，则判断终端处于危险区域，进入步骤S3；如否，则判断终端处于非危险区域，进入步骤S4。

进一步地，步骤S1和S2之间还包括：

MCU间隔预定设置时间唤醒传感器，通过传感器采集所在环境的特定参数，并发送给MCU，之后进入休眠状态。

进一步地，判断终端处于非危险区域之后：

MCU间隔预定设置时间唤醒ZigBee组网模块搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，之后ZigBee组网模块进入休眠状态。

本发明通过北斗定位，ZigBee短距组网、GPRS远程通讯、传感器技术以及低功耗工作模式等手段，有效解决非铁路企业的自有车辆在铁路货运中特别是危运车辆的在途位置监控问题，从容实现了远程监控危险品运输车辆，以防止货物发生泄露，提高人工巡检效率；而且本发明通过低功耗短距无线组网，数据链数据共享，远程数据轮发机制等手段，搭配电池组解决终端供电问题；并通过位置感知技术，避免终端在危险区域射频发射诱发***的危险。

附图说明：

图1为本发明监控终端的***原理框图；

图2为本发明监控方法的流程示意图；

图3为本发明传感器及ZigBee唤醒时序图；

图4为本发明的应用示意图。

具体实施方式：

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，图1为本发明监控终端的***原理框图。本发明实施例提供了一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，安装在铁路货运车辆上，与监控平台通讯连接。

其中该监控终端包括有：MCU，北斗接收模块，GPRS通讯模块，ZigBee组网模块，存储器，传感器，电源管理模块和电池组。北斗接收模块，GPRS通讯模块，ZigBee组网模块，存储器，传感器，电源管理模块分别与MCU联接，电源管理模块与电池组联接。

北斗接收模块用于接收北斗卫星定位信息，并发送定位位置信息给MCU；GPRS通讯模块用于根据MCU的控制指令上报终端信息给监控平台，而终端通过GPRS通讯模块上报给监控平台的终端信息包括有终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量。ZigBee组网模块，通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，发送给MCU；存储器用于存储终端的ID信息、车辆编号、危险区域坐标和工作配置信息；传感器通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于采集所在环境的特定参数，并发送给MCU，所述传感器采集的所在环境特定参数包括温湿度数据、可燃性物质及酸性物质检测数据。

本实施例中MCU用于根据北斗接收模块的位置信息，判断终端是否位于危险区域，如是，则关闭GPRS通讯模块；如否，则开启GPRS通讯模块，将终端信息发送给监控平台。

本实施例中终端上电后，MCU按指定的时序定时开启各部分工作，其余大部分时间，MCU处于深度休眠状态，终端的其他各功能板块处于电源关闭或进入低功耗状态以节省电池电量。MCU每30秒检测一次传感器，检测环境特定参数，检测完成继续休眠。MCU每5秒钟唤醒一次ZigBee组网模块，用于搜索网络，与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站，位置信息，完成后继续休眠。

如图2所示，图2为本发明监控方法的流程示意图。本发明还提供了一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，包括步骤:

S1、接收北斗卫星定位信息，并发送当前终端的定位位置信息给MCU；

MCU间隔预定设置时间唤醒传感器，通过传感器采集所在环境的特定参数，并发送给MCU，之后进入休眠状态。

S2、MCU判断当前终端的位置是否处于危险区域；如是，则进入步骤S3；如否，则进入步骤S4；

MCU将当前终端的位置与存储器中的危险区域坐标进行比较，如果相同，则判断终端处于危险区域，进入步骤S3；如否，则判断终端处于非危险区域，进入步骤S4。

S3、关闭GPRS通讯模块；

S4、开启GPRS通讯模块，将终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量发送个监控平台。

判断终端处于非危险区域之后，MCU间隔预定设置时间唤醒ZigBee组网模块搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，之后ZigBee组网模块进入休眠状态。

如图3所示，图3为本发明传感器及ZigBee唤醒时序图。由于GPRS通讯电量消耗较大，所以GPRS远程上报的时间间隔为0.5小时～24小时的可设置参数，当到达预设置的上报时间时，MCU将首先开启北斗模块获取位置信息，如可定到精确的位置，则与存储器中存储的易燃易爆危险区域的坐标进行比对，如不在危险区域，则打开GPRS通讯模块，通过GPRS网络向监控平台上报本终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据，电池电量等信息；如已通过ZigBee组网模块已获取到周边存在其他终端的相关信息，则同时上报其他终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据，电池电量等信息；如果北斗模块因在隧道等特殊环境不能获取精准位置时，MCU将判断ZigBee组网模块是否搜寻到危险品区域ZigBee基站信号，如未搜索到易燃易爆危险品区域基站，则打开GPRS通讯模块，并通过GPRS基站获取位置信息，通过GPRS网络向监控平台上报本终端以及周边终端的ID、车辆编号、终端所在的位置信息、传感器检测的相关信息，电池电量等；如北斗模块获取到的位置或ZigBee组网模块获取到危险品区域基站信号，终端将不打开GPRS通讯，并通过ZigBee网络通讯告知其他终端保持大功率射频的静默，不开启GPRS通讯，另外终端使用的ZigBee模块以及预先安装在危险品区域的ZigBee基站使用的mW级别的微功率信号，无诱发易燃易爆的危险。

如图4所示，图4为本发明的应用示意图。本实施例终端可根据应用环境而实现单机工作和组网工作两种形式。

当一列火车中，只有一节车安装有终端时，ZigBee区域网络将不能形成，终端将单机独立工作，这种情况下可以定时通过GPRS网络向平台上报本终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据，电池电量等信息。

而当一列火车中，有多节车安装有终端时，ZigBee组网模块则可以搜索到周边的终端，ZigBee区域网络可形成，根据ZigBee的自组网机制，将有一台终端自动作为网络协调器的角色，负责管理本ZigBee区域网络，协调网络中各终端的数据交换，此时这个区域网络内的终端可实现数据共享，终端将组网工作，其中一台终端向平台上报时可将本终端以及这列火车中其他终端的ID、车辆编号、终端所在的位置信息、传感器检测的相关信息，电池电量等信息一次上报到平台；通过网络协调器协调，将原单机定时向平台上报的机制可变成区域网络(列车)内终端的轮发机制，若有10节车安装有终端，原单机上报为1小时一次，采用轮发机制后，区域网络中的单机上报时间可变为10小时一次；也可根据网络内终端内电池的电量，协调电量低的终端不上报，以节省电池电量，延长工作时间；采用组网轮发可以大大降低终端的功耗；监控平台通过终端通过GPRS网络上报的数据，可获得这列车火车有多少节车辆编组运行，终端的位置信息、传感器数据、电池电量等监管信息。

本实施例对于易燃易爆企业而言，其可以在其存放危险品仓储区域如油库，设置ZigBee基站。每节车厢安装一台终端，安装前对终端进行参数设置，将车辆编号等信息与终端进行绑定。终端投入运行后，每台终端将定时检测传感器数据，检测车辆是否有危险品泄露，另外定时搜索ZigBee网络，保持网络的链路以及网络中是否有危险品区域基站信息。如果列车中只有一台终端，终端则则按时通过GPRS网络向平台报告终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据，电池电量等信息。如果列车中有多台终端，终端将通过ZigBee网络协调网络中的终端轮发，如车厢1的终端第一个通过GPRS网络向平台上报，下一个上报时间点将由车厢2的终端上报，以此类推，当其中有终端电量不足时，ZigBee网络将协调有电的的终端代发，以延长低电终端的工作时间；平台接收到终端上报的信息后将基于GIS对车辆进行实时监控。

当终端通过北斗定位以及ZigBee基站等手段确认到达易燃易爆区域时，将保持不开启GPRS网络并协调ZigBee区域网络中的其他终端不开启GPRS网络，防止射频诱发***。

以上是对本发明所提供的一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端***及方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，安装在铁路货运车辆上，与监控平台通讯连接，其特征在于，包括：

一MCU，

一北斗接收模块，与所述MCU联接，用于接收北斗卫星定位信息，并发送定位位置信息给MCU；

一GPRS通讯模块，与所述MCU联接，用于根据MCU的控制指令上报终端信息给监控平台；

其中，所述MCU用于根据北斗接收模块的位置信息，判断终端是否位于危险区域，如是，则关闭GPRS通讯模块；如否，则开启GPRS通讯模块，将终端信息发送给监控平台。

2.如权利要求1所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，其特征在于，还包括有：

一ZigBee组网模块，与所述MCU联接，通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，发送给MCU。

3.如权利要求2所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，其特征在于，通过GPRS通讯模块上报给监控平台的终端信息包括有终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量。

4.如权利要求2所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，其特征在于，还包括有：

一存储器，与所述MCU联接，用于存储终端的ID信息、车辆编号、危险区域坐标和工作配置信息。

5.如权利要求2所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，其特征在于，还包括有：

一传感器，与所述MCU联接，通过MCU间隔预定设置时间唤醒，用于采集所在环境的特定参数，并发送给MCU。

6.如权利要求5所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控终端，其特征在于，所述传感器采集的所在环境特定参数包括温湿度数据、可燃性物质及酸性物质检测数据。

7.一种基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，其特征在于，包括步骤:

S1、接收北斗卫星定位信息，并发送当前终端的定位位置信息给MCU；

S2、MCU判断当前终端的位置是否处于危险区域；如是，则进入步骤S3；如否，则进入步骤S4；

S3、关闭GPRS通讯模块；

S4、开启GPRS通讯模块，将终端的ID、车辆编号、终端所在的位置、传感器检测数据以及电池电量发送个监控平台。

8.如权利要求7所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，其特征在于，步骤S2包括：

MCU将当前终端的位置与存储器中的危险区域坐标进行比较，如果相同，则判断终端处于危险区域，进入步骤S3；如否，则判断终端处于非危险区域，进入步骤S4。

9.如权利要求7所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，其特征在于，步骤S1和S2之间还包括：

MCU间隔预定设置时间唤醒传感器，通过传感器采集所在环境的特定参数，并发送给MCU，之后进入休眠状态。

10.如权利要求7所述的基于北斗定位的铁路货运数据链位置监控方法，其特征在于，判断终端处于非危险区域之后：

MCU间隔预定设置时间唤醒ZigBee组网模块搜索附近网络，并与其他终端进行数据交换或搜寻危险品区域预先设置的ZigBee基站位置信息，之后ZigBee组网模块进入休眠状态。