基于扩频技术的铁路路基沉降监测系统的研究

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文基于扩频技术的铁路路基沉降监测系统的研究ResearchonSubgradeSettlementMonitoringSystemofRailwayBasedonSpreadSpectrumTechnology培养单位：电气与电子工程学院专业领域：电气工程学生姓名：刘小军校内导师：王小平教授校外导师：李建华高级工程师二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石

2、家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要铁路的安全、

3、可靠和优质运营依赖于铁路路基良好的平顺性。随着中国铁路事业迅猛发展，铁路运营范围和运营工作量的剧增，铁路路基沉降病害已成为威胁铁路安全运行的主要隐患之一。铁路路基处于户外的工作环境，不仅线路绵长，且部分还处于山间和隧道，因此信号在传输的过程中衰减严重。传统的人工监测和有线监测需要消耗巨大的人力和物力，而一般的无线传输方式也不能适应铁路路基的工作环境。为解决这一问题，本文设计了一种基于扩频技术的铁路路基沉降监测系统，主要内容如下：系统硬件平台方面，通过分析我国铁路路基沉降监测的相关规定和技术要求，选取了高精度的JS系列静力水准仪作为监测仪器采集路基沉降信息。对

4、系统无线节点的硬件平台进行了分析与设计，通过对功率消耗、抗干扰性和传输距离等性能对比，无线收发器选用了SX1278。控制器选用了能够满足资源需求且具有低功耗优势的STM32L151CBT6A，并根据系统需求对无线模块外围电路进行了相应的设计。系统软件设计方面，为了无线节点之间数据的传输更加稳定、节能和高效，引入了无线传感器网络的操作系统Contiki和Rime协议栈。主要完成了将Contiki和Rime协议栈移植到IAR环境中，修改了系统不兼容的部分，对硬件的驱动进行了设计，并对网络层进行了配置。通过对协议栈路由算法的分析，采用了一种综合考虑路由跳数和能量均

5、衡的路由算法来延长网络周期，均衡网络能量。并采用NS2仿真软件比较和分析了改进前后的路由算法的性能。为了实现数据的实时显示和储存，利用LabVIEW搭建了上位机监测界面。对系统的功能进行了测试，首先对系统硬件无线模块的传输距离和丢包率进行了测试，为将来监测点的布设提供参考；之后对沉降监测进行了实验，并且模拟系统将来的工作环境进行了实验，将数据传输到LabVIEW监测界面，实现监测数据在上位机的实时显示，并生成了历史报表；最后通过实验的方式对改进前后的路由算法的效果进行了对比，验证了AODVN路由算法的效果。关键词：多点监测；静力水准仪；扩频技术；能量均衡Ab

6、stractThesafe,reliableandhigh-qualityoperationoftherailwaydependsonthegoodsmoothnessoftherailwaysubgrade.WiththerapiddevelopmentofChina'srailwayindustryandthedramaticincreaseinthescopeofrailwayoperationsandoperations,thesettlementofrailwaysubgradehasbecomeoneofthemajorhiddendangers

7、threateningthesafeoperationofrailways.Therailwaysubgradeisinanoutdoorworkingenvironment,wherenotonlythelinesarelong,butsomeofthemarestillinthemountainsandtunnels.Therefore,thesignalsareattenuatedduringthetransmission.Thetraditionalmanualmonitoringandwiredmonitoringneedtoconsumehuge

8、manpowerandmaterialresourc