基于wsn技术的桥梁隧道贯通地线测控方案研究

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1、基于WSN技术的桥梁隧道贯通地线测控方案研究-->1引言1.1选题背景及研究意义现今的铁路控制系统，列车指挥和行车控制系统等系统的设备大量使用了微电子控制，为了不对这些系统造成干扰，就要消除室内及铁路沿线各电气设备与接地极的电位差，以保证电气系统的稳定可靠运行；同时，为减少雷电对控制设备的影响，使大量的雷击电流在侵入控制设备前就能被迅速有效地释放。综合贯通地线的出现解决了上述问题，它是一种将铁路系统上电气设备统一接地的电缆，使得在很大范围内的铁路电气设备的接地电位保持一致，消除了由接地电位差引起

2、的不平衡电流，快速消除了各种电磁干扰，并且迅速释放了雷击电流，实现了对人员及设备的安全的有效防护。在铁路上使用综合贯通地线己经得到了铁路电务同行的广泛认可[1]。综合贯通地线内部的芯线为铜质材料，由于其价格昂贵，而且贯通地线在一般情况下带电很小，一些不法分子利用此点想尽办法从电缆沟里将贯通地线抽出或割断。尤其在铁路沿线的桥粱及隨道区段，综合贯通地线无法埋地铺设，使得上述现象频繁发生。失去综合贯通地线会对列车的行车安全造成极大的威胁，因为铁路上所有电气设备都是连接到综合贯通地线上，一旦被抽出或割断

3、就会失去其所有的防护功能。有分析表明，如果某一区段的综合贯通地线被割断，则原本应该流过贯通地线的电流会先经过电缆再流向贯通地线，导致了该区段中因电缆电流过大而烧毁。为了防止上述危险的情况发生，就需要在铺设贯通地线时同时安装监测装置并设计有效的贯通地线监测方案，使得一旦贯通地线被盗，相关人员能在第一时间赶往现场对被盗处进行重连，以保证列车的行车安全。.......................................1.2国内外研究现状及发展趋势由于我国国情的特殊性，铁路综合贯通地线被盗

4、的现象在我国较为常见，但是针对该问题的研究却很少。所以这里综合了国内外的电力行业对电缆的监测及对贯通地线的监测防盗所做的研宄，其中几个比较有代表性的研宄成果如下：(1)电压电流检测法通过监测电缆中流过的电流和电压来判断该电缆是否处于正常工作的状态，如果监测的数据显示电缆上有电压但是没有电流，就可以判断被监测的电缆发生了损坏或被盗的情况[2]。对于贯通地线的监测，本方法的弊端在于其只适合监测长期通电的电缆，而铁路综合贯通地线是多点接地的，其上的电压及流过的电流与接入它的电气设备的工作情况和列车的运

5、行情况有关，所以电压电流检测法不能直接应用于对贯通地线的监测。(2)电容探测法利用一对空置电缆，将其终端短路，始端接入一谐振振荡器。在这对空置电缆未受到损坏时，不会引起谐振振荡器的振动。而当这对空置电缆被截断时，该对电缆就成为了电容量大小与截断位置有关的电容，此时谐振振荡器输出信号的频率与其电容量大小相关。利用输出信号的频率和电容量大小的关系进行计算，就可以相对准确地得到空置电缆被截断的位置[2]。这种方法的弊端在于需要添加一对额外的空置电缆，增加了成本上的负担。并且现有的铁路综合贯通地线一般只

6、有一根铜芯线，再无额外的空置电缆，实现起来也有很大难度，所以此方法也不能直接应用于对贯通地线的监测。(3)电流传感器配合GSM短消息的监测方案该方法是在不接触综合贯通地线的情况下，将监测装置上的无源电流传感器环套在贯通地线上，传感器上的感应电流大小随贯通地线上流过的电流的变化而变化。将感应电流信号转换为电压信号，再通过A/D转换器变成数字信号输入到监测装置的微处理器中。微处理器经过运算将输入的信号还原为真实的贯通地线电流大小数据，并通过GSM短消息将监测数据及时发送到远程监控微机。这种监测装置在

7、贯通地线沿线多点铺设，这样若只有某一监测点发来的数据为0，而其他监测点正常时，即可判断该点处贯通地线出现了损坏或盗窃[3]。该方案是专门针对贯通地线监测而提出的，基本实现了对贯通地线状态的有效监测。不过该方案实际应用起来依然有着一定的弊端，比如GSM模块的耗电量较大，若没有有效的功耗管理就需要频繁地为设备更换电源，极大浪费人力；再者一些远离基站的铁路沿线或險道内并没有GSM网络的覆盖或信号微弱，在这样的条件下监测数据能否有效且及时地发送到远程监控微机就成了问题。.................

8、..............2无线传感器网络概述无线传感器网络性能主要为稳定性高，发送延迟低，接入延迟低，吞吐量高等等，而其中最为关键的性能为低功耗。由于无限传感器节点设备的工作环境较为恶劣、更换电源比较困难，所以最大限度降低它的功耗就显得非常关键。另外，由于无线传感器网络没有统一的控制中心，节点设备也都是分布式工作的，因此无线传感器网络的性能主要取决于各节点设备的性能。但是由于节点设备易受周围环境影响，再加上对功耗严格的限制，这些特性也给无线传感器网络的传输协议设计带来了诸多挑战。2.1无线传