重载铁路火车振动多参数智能采集系统

技术领域

本发明涉及地质数据采集领域，特别涉及一种重载铁路火车振动多参数智能采集系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展，我国铁路建设也在突飞猛进的发展，对于黄土、软土地区地质灾害的研究，均需要通过野外现场采集获取振动数据。

现存在的采集装置主要是振动采集仪，该技术一般是一种在线式实时检测系统,且多数情况下，该技术虽然可以进行同步数据采集，但是一台一般最多16或者32通道数据采集，CN 111966012 A改进了现有的振动采集仪，该新型技术由模拟信号处理及模数转换器、中心主控CPU和数据通讯系统四部分组成。该技术改进了现有的监控方式，即台式数据采集方式，其采集通道可达120个，采用集中监控的方式，解决了多测点无法实现同步采集的问题。

现有的技术尽管在采集通道数量方面有了大幅度的增加，但仍旧没有摆脱通道数量有限的束缚，振动数据的采集种类和采集量依旧是有限的，并且无法统一实时接收数据，因此数据失真甚至丢失的问题比较严重，更无法满足高频率振动数据的采集要求；尽管集中监控的方式可以减小采集时间不同步而产生的误差，但并不是完全的同步采集，其技术仍不能满足高精度的同步采集要求；数据的采集以静态采集为主，不能满足科学研究中数据动态采集的发展需求；各数据采集仪器均需要人工控制采集，依旧没有实现数据采集的智能化。

多数情况下，振动数据采集器通过有限个通道进行数据采集，采集到的数据现场直接传送到基准站，基准站无法同时记录不同通道采集的振动数据，导致振动数据无法实时记录，产生振动数据记录不准确的问题；即便是同一通道的振动数据，基准站也无法在同一时间内进行数据的大批量存储记录，因而纵观当下普遍使用的振动数据采集方法，振动数据的采集种类、振动数据的传输量均相对有限；由于现存的各种振动数据采集方法中，所采集的振动数据均未引入“数据+时间索引”的存储思路，因此使用者在调用所需的振动数据时，无法选取特定时间域内的数据；各流动站内并没有固定的存储单元，然而铁路列车这类常见到的振动源，属于连续型振动，因此为达到大批量振动数据采集的目的，流动站需要时刻通过有线传输的方式传输数据，然而，有线传输本身具有传输距离有限的局限性，并且有线传输很容易受到环境因素的影响，因此有可能产生数据失真甚至丢失的问题。

综上所述，现有的振动数据采集方法存在信号通道数量有限、存储空间不足、无法实时记录相关数据、易受传输环境干扰的缺点，进而产生采集数据种类少、数据采集量有限、数据记录不准确、数据容易失真甚至丢失的问题。

发明内容

本发明提供了一种重载铁路火车振动多参数智能采集系统，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种重载铁路火车振动多参数智能采集系统，包括：

基准站，包括数据主控单元、显示输出单元、数据存储单元、和GNSS授权单元，所述显示输出单元、数据存储单元、和GNSS授权单元均与所述数据主控单元电连接；

至少一个流动站，与所述基准站之间通过无线方式通讯，所述流动站包括数据主控单元、数据存储单元、GNSS授权单元、模拟数字转换器单元和数据采集单元，所述数据存储单元、GNSS授权单元、模拟数字转换器单元和数据采集单元均与所述数据主控单元电连接；

所述基准站的数据主控单元控制所述流动站开机后，所述基准站的数据主控单元周期性地控制各所述流动站通过各自的GNSS授权单元更新时间和位置信息，所述流动站将其更新的位置信息发送给所述基准站；

所述基准站将工作信号及用户所需数据的时间结点发送给各所述流动站；

所述工作信号触发所述流动站向其向模拟数字转换器单元和GNSS授时单元发送数字工作信号，同时其数据主控单元向数据储存单元发送数字工作信号以及用户所需数据时间结点的数字信号；

所述流动站的模拟数字转换器单元和数据储存单元开始工作、GNSS授时单元开始向数据主控单元授时；

所述流动站的数据主控单元依据其GNSS授时单元所授时间，给予所采集数据的数字信号时间索引，数据主控单元将含时间索引的数据数字信号发送到数据储存单元，数据储存单元根据用户发送的时间结点信号将所需数据数字信号逐段发送到数据主控单元；

所述流动站的数据主控单元将逐段的数据数字信号整理成完整振动信号，并生成含时间信息的振动信号文件夹，并将含时间信息的振动信号文件夹通过无线的方式发送到基准站的数据主控单元。

优选地，所述流动站的模拟数字转换器单元和数据储存单元开始工作、GNSS授时单元开始向数据主控单元授时之后，还包括：

所述流动站的模拟数字转换器单元周期性地根据所述数据采集单元的回执信号及是否监测到波峰、波谷以及大振幅信息的回执信号生成流动站启动成功信号、及用于表明流动站启动失败的无效振动信息；

所述流动站的数据主控单元将所述流动站启动成功信号或无效振动信息发送给基准站。

优选地，所述流动站在监测到波峰、波谷以及大振幅信息的回执信号时，控制其数据采集单元自动开始采集数据，并将采集到的数据发送给数据主控单元。

优选地，所述流动站的数据储存单元以循环封闭的方式缓存含时间索引的数据数字信号。

优选地，所述基准站的数据主控单元逐个接收含时间信息的振动信号文件夹，并发送到其数据存储单元以及显示输出单元，数据存储单元存储含时间信息的振动信号文件夹，显示输出单元输出振动信息。

优选地，所述无效振动信息通过以下方式生成：

如果五秒内数据采集单元没有监测到波峰或者波谷以及大振幅振动信息，数据采集单元将无效振动信息以模拟信号的形式发送到模拟数字转换器单元；

模拟数字转换器单元将无效振动信息的模拟信号转换成数字信号；

模拟数字转换器单元将无效振动信息以数字信号的形式发送到数据主控单元。

优选地，所述流动站的数据主控单元将无有效振动信息的指令通过无线的方式发送到基准站数据主控单元，并向模拟数字转换器单元发送停止采集数字信号指令。

优选地，所述基准站的数据主控单元接收无有效振动信息的指令时，基准站的数据主控单元将无有效振动信息指令发送到显示输出单元。

由于采用了上述技术方案，本发明可通过GNSS差分授时技术和循环闭合存储方式，解决了数据因长时间传输，所产生的因传输过程中环境影响，进而导致的数据丢失问题，并且极大的提高了数据采集的时间精度，从而达到用户根据时间提取数据的要求，使用户更加方便的提取所需相关数据；以无线传输代替有线传输，使振动数据的传输不仅不再受距离的影响，而且增加了数据传输过程中的环境适应能力；GNSS定位技术，精准确定基准站以及各流动站的实时位置，实现了数据的动态采集过程；自动识别采集信号、排除干扰信号，且数据文件直接形成于流动站内部，之后传输到基准站等待接收，解决了数据同时传输，通道数量有限，基准站无法同时接收进而产生的数据丢失问题，达成了信息采集的智能化目标。

附图说明

图1是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的基准站内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的流动站内部结构示意图；

图3是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的系统更新原理框图；

图4是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的初始启动原理框图；

图5是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的流动站采集原理框图；

图6是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的振动信号数据提取原理框图；

图7是本发明实施例提供的重载铁路火车振动多参数智能采集系统装置及其测试方法的振动信号缓存及文件生成原理框图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

为克服现有技术中存在的数据采集通道数量限制、数据采集时间不同步、无法动态采集以及采集非智能化的问题，本发明提供了一种重载铁路火车振动多参数智能采集系统的方法和装置。

本发明所述重载铁路火车振动多参数智能采集系统的方法包括以下步骤：

步骤1，可移动设备(即基准站)显示输出单元向数据主控单元发送开机指令；

步骤2，基准站的数据主控单元接收到显示输出单元开机命令，并向各监测的设备(即流动站)数据主控单元发送开机指令(更新指令)；

步骤3，各流动的站数据主控单元接收到开机指令(更新指令)；

步骤4，基准站和各流动站的数据主控单元向其GNSS单元发送时间、位置更新命令；同时基准站开始监听指令；

步骤5，基准站和各流动站GNSS单元接收到更新命令，并向GNSS卫星发送信号；

步骤6，基准站和各流动站GNSS单元接收到GNSS卫星发送的时间以及位置差分信号；

步骤7，基准站和各流动站GNSS单元将时间以及位置差分信号传输到数据主控单元；

步骤8，基准站和各流动站数据主控单元处理并更新时间、位置信息；

步骤9，基准站数据主控单元将更新后的时间、位置信息发送到显示输出单元；流动站数据主控单元向基准站发送位置信息，并监听工作指令；

步骤10，基准站接收到各流动站的位置信息，统计位置信息数量，发送到显示输出单元；基准站和各流动站每隔五分钟后自动重复步骤4；

步骤11，使用者通过基准站显示输出单元将工作指令(包括工作信号以及用户所需数据的时间结点)传达给数据主控单元；

步骤12，数据主控单元接收到工作指令，并将工作指令传达给各流动站；

步骤13，流动站中的数据主控单元接收到工作指令；

步骤14，数据主控单元向模拟数字转换器单元和GNSS授时单元发送数字工作信号，同时数据主控单元向数据储存单元发送数字工作信号以及用户所需数据时间结点的数字信号；

步骤15，模拟数字转换器单元和GNSS授时单元接收到数据主控单元数字工作信号，数据储存单元接收到数据主控单元数字工作信号和用户所需数据时间结点的数字信号；

步骤16，模拟数字转换器单元将相关数字工作信号转换成为模拟工作信号，同时模拟数字转换器单元、GNSS授时单元和数据储存单元向数据主控单元发送正常工作的数字回执信号。自此，模拟数字转换器单元和数据储存单元开始工作，GNSS授时单元开始向数据主控单元授时；

步骤17，模拟数字转换器单元向传感器采集单元发送模拟工作信号；

步骤18，传感器采集单元接收到模拟数字转换器单元的模拟工作信号，并开始监测波峰、波谷以及大振幅信息；

步骤19，传感器采集单元向模拟数字转换器单元发送模拟回执信号；

步骤20，模拟数字转换器单元接收到转换器单元发送的模拟回执信号；

步骤21，模拟数字转换器单元将其转换成为相关的数字回执信号；

步骤22，模拟数字转换器单元向数据主控单元发送传感器正常工作以及是否监测到波峰、波谷以及大振幅的数字回执信号；每隔两秒，重复步骤12，此时数据主控单元无需再接收显示输出单元的工作指令，而是直接生成工作指令；

步骤23，数据主控单元向基准站发送所有流动站各单元正常工作以及是否监测到波峰、波谷以及大振幅的数字回执信号，流动站各单元成功启动；

步骤24，如果此时出现波峰或者波谷以及大振幅振动信息，传感器自动开始采集数据；

步骤25，传感器采集单元将所采集数据的模拟信号发送到模拟数字转换器单元；

步骤26，模拟数字转换器单元将所采集数据的模拟信号转换成数字信号；

步骤27，模拟数字转换器单元将所采集数据的数字信号发送到数据主控单元；

步骤28，数据主控单元依据GNSS授时单元所授时间，给予所采集数据的数字信号时间索引；数据主控单元将含时间索引的数据数字信号发送到数据储存单元；

步骤29，数据储存单元以循环封闭的方式缓存含时间索引的数据数字信号；

步30，数据储存单元根据用户发送的时间结点信号，将所需数据数字信号逐段发送到数据主控单元；

步骤31，各流动站数据主控单元将逐段的数据数字信号整理成完整振动信号，并生成含时间信息的振动信号文件夹；

步骤32，各流动站的数据主控单元将含时间信息的振动信号文件夹通过无线的方式发送到基准站数据主控单元；

步骤22，基准站的数据主控单元逐个接收含时间信息的振动信号文件夹，并发送到数据存储单元以及显示输出单元；

步骤34，数据存储单元存储含时间信息的振动信号文件夹，显示输出单元输出振动信息；

步骤35，如果五秒内传感器没有监测到波峰或者波谷以及大振幅振动信息，传感器采集单元将无效振动信息以模拟信号的形式发送到模拟数字转换器单元；

步骤36，模拟数字转换器单元将无效振动信息的模拟信号转换成数字信号；

步骤37，模拟数字转换器单元将无效振动信息以数字信号的形式发送到数据主控单元；

步骤38，各流动站的数据主控单元将无有效振动信息的指令通过无线的方式发送到基准站数据主控单元；并向模拟数字转换器单元发送停止采集数字信号指令；

步骤39，基准站的数据主控单元接收无有效振动信息的指令；模拟数字转换器单元接收到停止采集数字信号指令；

步骤40，基准站的数据主控单元将无有效振动信息指令发送到显示输出单元；模拟数字转换器单元将停止采集数字信号指令转换为停止采集模拟信号；

步骤41，显示输出单元输出无有效振动信息；数据采集单元停止采集；自此采集完毕。

由于采用了上述技术方案，本发明可通过GNSS差分授时技术和循环闭合存储方式，解决了数据因长时间传输，所产生的因传输过程中环境影响，进而导致的数据丢失问题，并且极大的提高了数据采集的时间精度，从而达到用户根据时间提取数据的要求，使用户更加方便的提取所需相关数据；以无线传输代替有线传输，使振动数据的传输不仅不再受距离的影响，而且增加了数据传输过程中的环境适应能力；GNSS定位技术，精准确定基准站以及各流动站的实时位置，实现了数据的动态采集过程；自动识别采集信号、排除干扰信号，且数据文件直接形成于流动站内部，之后传输到基准站等待接收，解决了数据同时传输，通道数量有限，基准站无法同时接收进而产生的数据丢失问题，达成了信息采集的智能化目标。

本发明的有益效果如下：

(1)GNSS差分授时定位技术，大幅度提高了数据采集的时间和位置精度，提供了一种更加现代化、多样化的数据采集方式，实现了信息的动态采集目标；

(2)循环闭合存储方式，实现了振动数据的连续采集，而非连续传输，解决了传输过程中的数据传输错误的问题；

(3)无线传输的方式突破了以前有线传输过程中的距离限制，并且使传输过程更加适应多样化的环境，避免了因传输过程中环境造成的数据失真问题；

(4)流动站可以直接生成文件再传输到基准站，改变了基准站因依次接收信息而导致信息丢失的现状，为高频率信息的采集提供了条件；

(5)流动站自主排除干扰信号，识别采集信号，实现了信号的智能化采集；

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。