轨道运行安全状态监测系统设计
本人签名： 日期： 5月25日 摘 要 随着轨道交通的迅速发展，在给人们提供便利的同时，由于交通事故的频繁发生安全问题也逐渐被人们所注意。而为了确保轨道运行安全，对其进行安全状态的监测是一个重要的课题。由于轨道的运行安全受很多因素的影响。例如轨道几何形变，噪声，室外降雨量以及行车所产生的噪声等。本次毕设针对其中的几个因数进行探究，设计一个对温度、压力、噪声和降雨量实时监测的系统。本系统采用液晶显示可以清晰的读出所要测得数据值，并采用无线蓝牙的传输方式方便对数据的传输。为了是整个系统能够更加的方便监测把传输的数据在上位机上实时显示，并配有报警设置。这样方便了操作人员对于所测数据的监测、分析以及处理。本文以单片机为基础且以硬件为主,软件（MCGS）为辅成功的完成了对相应参数的实时监测，很好的完成了课题的要求。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 轨道安全检测系统概述 1
1.2.1 轨道安全状态监测的发展现状 2
1.2.2 轨道安全状态监测的方式 2
1.3 本章小结轨道 3
第二章 系统硬件方案设计 4
2.1 系统总体结构设计 4
2.2 单片机模块 5
2.3 温度检测方案设计 6
2.3.1温度检测方案 6
2.3.3温度检测模块设计 7
2.4压力检测方案设计 10
2.4.1压力检测方案 10
2.4.2 压力检测模块设计 12
2.5降雨量检测方案设计 14
2.5.1降雨量检测方案 15
2.5.3降雨量检测模块设计 16
2.6 噪声检测方案设计 16
2.6.1噪声检测方案 17
2.6.2噪声检测模块设计 18
2.7蓝牙传输方案设计 19
2.7.1蓝牙传输方案 19
2.7.2蓝牙检测模块设计 21
2.8显示
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方案设计 23
2.9本章小结 26
第三章 软件方案设计 26
3.1软件方案设计思路 27
3.2 MCGS脚本开发工具 28
3.3 MCGS功能调试 29
3.4 MCGS实时数据库与用户界面 29
第四章 系统调试 33
4.1 硬件调试 33
4.2 软硬件调试 34
4.2.3 本章小结 34
第五章 总结与展望 35
5.1 本次设计的总结 35
5.2对于课题的展望 36
致谢 37
附录 39
附录一：文献翻译 39
附录二：部分程序 54
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
随着经济的发展，轨道交通的发展也越来越迅速。轨道交通在给人们提供方便，节约时间的同时，安全问题更加应该被重视。只有做好安全问题才能让其更好的为人们服务。本文就轨道的安全监测进行设计研究，为轨道安全提供一些参考。
轨道运行安全事故在国内外都有发生，轨道安全运营是头等大事。轨道运行给人们出行带来方便的同时，也同样提醒着人们，安全不可忽视。轨道运行是一个庞大的系统，它不仅是技术的综合体，同时也需要人来控制。对于轨道运行状态的监测至关重要，它决定着轨道运行的安全。近年来，不仅高铁动车的发展已经遍布国内各地。地铁的发展也日渐成熟，但是随之而来的是对于安全性问题的关注。最近几年高铁动车事故频繁发生，发展固然重要但是安全问题更应该摆在第一位。在此前提下本文将对其进行深入探究。
由于轨道交通的运行是自动化控制，在面对特殊情况是对于问题的处理并不能近于人性化的处理。这样很有可能造成安全隐患,所以对于轨道安全的检测就显得尤为重要。通过对轨道运行环境的及时检测以及问题报警可以减少事故的发生。
1.2 轨道安全检测系统概述
随着经济的发展以及各方面沟通的日益增多轨道交通逐渐扩展，无论是高铁、地铁都已经交织在几乎每一个城市中，目前网络化运营已经逐渐成为轨道交通运营的主流方向。列车开行间隔不断缩小，对列车的运营安全性要求也更加严格。为满足城市轨道交通安全高效运营的多维化需求，迫切需要提升城市轨道交通列车和基础设施的安全状态监测水平，特别是对轨道安全状态的监测。
轨道安全监测系统实现流程图：
图1.1 轨道安全监测系统实现流程图
发现信息之后对信息进行采集然后把信息传输到相应设备上显示实时信息，并对信息进行分析处理，最后制定解决方案。这是道路安全监控系统的基本实现过程。在处理相关环节时对于信息的掌控要准确、及时、快速、正确的处理。为使安全投入的效益更加优化，要根据系统的不同情况制定使信息更新速度迅速的回路以达到要求。
1.2.1 轨道安全状态监测的发展现状
经过多年的发展，我国铁路工务工程在很多领域已经取得了显著的进步，国际上安全监控手段正从传统向现代、由人控向机控、由粗放向集约管理跨越，尽管目前综合自动化监控系统集成的程度不尽相同，但都尽量采用统一平台，将各功能子系统互联互通，实现信息资源共享，提高决策自动化程度，如澳大利亚中央昆士兰大学的Bleakley等研制的Health Card系统；在国内，如沪宁线、京津线、成昆线等都进行了行车安全综合监控系统等有益的尝试，国内科研院校也进行了较为深入的研究和探索[1]。但从整体来看，目前我国的城市轨道交通基础设施和移动设备的运行状态检测、维修大多是定期检修或者事后故障修复的方式，维修成本高，而且无法保证监测的实时性。
1.2.2 轨道安全状态监测的方式
对于确保轨道运行安全需要检测的数据对象有很多，例如：轨道运行周围环境、轨间距、整体道床倾斜、沿线不均匀沉降、空吊板、钢轨接头、防爬设备、联结零件、轨枕以及道口设备等，但是由于能力和资源的有限并且不是一个团队很难完成对上述一些对象的监测，本文采用的监测对象是温度、压力、降雨量和噪声通过对这4个量的监测来判断分析轨道运行状态的安全性。
轨道检测车，车载监控设备，添乘仪等几种轨道安全监测设备是我国目前几种应用较多的监测方式。但是对于相同的条件下的同一个线路不同的监测设备所监测的结果却相差很大。车载监控设备和添乘仪的监测原理在一定程度上相差无几都是加速度类型监测设备。但是它们却有着不同的数据传输方式，尽可能的多采取一些监测数据进行分析、处理会得到较为理想准确的结果。再用相应的技术手段便可以提高整个监测设备的整体精度。而添乘仪主要需要人工操作。由于人工操作会出现一些不可避免的操作误差和难以预料的失误。而且对于不同的轨道车辆，轨道线路在不同时间以及不同外部环境下所监测的结果也会不同，这些都是其的缺点和难以在全球范围内普及的原因。所以要想让添乘仪更加有效和稳定的监测，对于操作人员的要求就显得十分苛刻。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 轨道安全检测系统概述 1
1.2.1 轨道安全状态监测的发展现状 2
1.2.2 轨道安全状态监测的方式 2
1.3 本章小结轨道 3
第二章 系统硬件方案设计 4
2.1 系统总体结构设计 4
2.2 单片机模块 5
2.3 温度检测方案设计 6
2.3.1温度检测方案 6
2.3.3温度检测模块设计 7
2.4压力检测方案设计 10
2.4.1压力检测方案 10
2.4.2 压力检测模块设计 12
2.5降雨量检测方案设计 14
2.5.1降雨量检测方案 15
2.5.3降雨量检测模块设计 16
2.6 噪声检测方案设计 16
2.6.1噪声检测方案 17
2.6.2噪声检测模块设计 18
2.7蓝牙传输方案设计 19
2.7.1蓝牙传输方案 19
2.7.2蓝牙检测模块设计 21
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方案设计 23
2.9本章小结 26
第三章 软件方案设计 26
3.1软件方案设计思路 27
3.2 MCGS脚本开发工具 28
3.3 MCGS功能调试 29
3.4 MCGS实时数据库与用户界面 29
第四章 系统调试 33
4.1 硬件调试 33
4.2 软硬件调试 34
4.2.3 本章小结 34
第五章 总结与展望 35
5.1 本次设计的总结 35
5.2对于课题的展望 36
致谢 37
附录 39
附录一：文献翻译 39
附录二：部分程序 54
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
随着经济的发展，轨道交通的发展也越来越迅速。轨道交通在给人们提供方便，节约时间的同时，安全问题更加应该被重视。只有做好安全问题才能让其更好的为人们服务。本文就轨道的安全监测进行设计研究，为轨道安全提供一些参考。
轨道运行安全事故在国内外都有发生，轨道安全运营是头等大事。轨道运行给人们出行带来方便的同时，也同样提醒着人们，安全不可忽视。轨道运行是一个庞大的系统，它不仅是技术的综合体，同时也需要人来控制。对于轨道运行状态的监测至关重要，它决定着轨道运行的安全。近年来，不仅高铁动车的发展已经遍布国内各地。地铁的发展也日渐成熟，但是随之而来的是对于安全性问题的关注。最近几年高铁动车事故频繁发生，发展固然重要但是安全问题更应该摆在第一位。在此前提下本文将对其进行深入探究。
由于轨道交通的运行是自动化控制，在面对特殊情况是对于问题的处理并不能近于人性化的处理。这样很有可能造成安全隐患,所以对于轨道安全的检测就显得尤为重要。通过对轨道运行环境的及时检测以及问题报警可以减少事故的发生。
1.2 轨道安全检测系统概述
随着经济的发展以及各方面沟通的日益增多轨道交通逐渐扩展，无论是高铁、地铁都已经交织在几乎每一个城市中，目前网络化运营已经逐渐成为轨道交通运营的主流方向。列车开行间隔不断缩小，对列车的运营安全性要求也更加严格。为满足城市轨道交通安全高效运营的多维化需求，迫切需要提升城市轨道交通列车和基础设施的安全状态监测水平，特别是对轨道安全状态的监测。
轨道安全监测系统实现流程图：
图1.1 轨道安全监测系统实现流程图
发现信息之后对信息进行采集然后把信息传输到相应设备上显示实时信息，并对信息进行分析处理，最后制定解决方案。这是道路安全监控系统的基本实现过程。在处理相关环节时对于信息的掌控要准确、及时、快速、正确的处理。为使安全投入的效益更加优化，要根据系统的不同情况制定使信息更新速度迅速的回路以达到要求。
1.2.1 轨道安全状态监测的发展现状
经过多年的发展，我国铁路工务工程在很多领域已经取得了显著的进步，国际上安全监控手段正从传统向现代、由人控向机控、由粗放向集约管理跨越，尽管目前综合自动化监控系统集成的程度不尽相同，但都尽量采用统一平台，将各功能子系统互联互通，实现信息资源共享，提高决策自动化程度，如澳大利亚中央昆士兰大学的Bleakley等研制的Health Card系统；在国内，如沪宁线、京津线、成昆线等都进行了行车安全综合监控系统等有益的尝试，国内科研院校也进行了较为深入的研究和探索[1]。但从整体来看，目前我国的城市轨道交通基础设施和移动设备的运行状态检测、维修大多是定期检修或者事后故障修复的方式，维修成本高，而且无法保证监测的实时性。
1.2.2 轨道安全状态监测的方式
对于确保轨道运行安全需要检测的数据对象有很多，例如：轨道运行周围环境、轨间距、整体道床倾斜、沿线不均匀沉降、空吊板、钢轨接头、防爬设备、联结零件、轨枕以及道口设备等，但是由于能力和资源的有限并且不是一个团队很难完成对上述一些对象的监测，本文采用的监测对象是温度、压力、降雨量和噪声通过对这4个量的监测来判断分析轨道运行状态的安全性。
轨道检测车，车载监控设备，添乘仪等几种轨道安全监测设备是我国目前几种应用较多的监测方式。但是对于相同的条件下的同一个线路不同的监测设备所监测的结果却相差很大。车载监控设备和添乘仪的监测原理在一定程度上相差无几都是加速度类型监测设备。但是它们却有着不同的数据传输方式，尽可能的多采取一些监测数据进行分析、处理会得到较为理想准确的结果。再用相应的技术手段便可以提高整个监测设备的整体精度。而添乘仪主要需要人工操作。由于人工操作会出现一些不可避免的操作误差和难以预料的失误。而且对于不同的轨道车辆，轨道线路在不同时间以及不同外部环境下所监测的结果也会不同，这些都是其的缺点和难以在全球范围内普及的原因。所以要想让添乘仪更加有效和稳定的监测，对于操作人员的要求就显得十分苛刻。
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