基于无线传感器网络的城轨列车运行能耗数据采集系统设计

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1、学校代码：密级：公开；又邊乂學硕士专业学位论文基于无线传感器网络的城轨列车运行能耗数据采集系统设计作者姓名王亚超工程领域控制工程指导教师宁滨教授培养院系电子信息工程学院：交遂乂攀硕士专业学位论文基于无线传感器网络的城轨列车运行能耗数据采集系统设计作者：王亚超导师：宁滨北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交

2、论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期：《年了月日签字日期年：？月日'7凇代巧：密级：北京交通大学硕士专业学位论文堆干尤线传感器网络的城轨列车运行能耗数据釆免系统设计作者姓名：超。：导师姓名：滨职称：教授程硕专业领域：控制程位级別：硕北京交通大学年致谢本论文的工作是在我的导师宁滨教授的悉心指导下完成的，宁滨教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，在此衷心感谢两年来宁教授对我的关心和指导。荀径副教授悉心指导我完成了实验室的科研工作

3、，并在学业和论文上给予指导和帮助，使我能够一路坚持下来，完成论文的研究工作。荀老师治学严谨，待人诚恳，他兢兢业业的工作精神为我树立了榜样，在此表示衷心的感谢。感谢实验室师兄弟姐妹在研究生学习期间对我的帮助。在实验室工作及论文撰写期间，杨浩、苗杨、王锡奎、刘亦文、陈丽红、刘帆等同学给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。最后感谢单位给我这次学习的机会，感谢领导、同事的支持。感谢我的家人，是你们的支持与鼓励，使我在学校专心完成了我的学业。摘要摘要摘要：随着城市轨道交通的快速发展，能源消耗总量也随之增长。我国城市轨道交通的能耗主要是电力消耗，

4、其中列车牵引能耗占总能耗的左右。降低列车牵引能耗的方式很多，一般为了验证节能效果，需要准确采集列车运行能耗数据。获得列车运行能耗数据，是评估节能方法优劣，选择最佳节能措施的重要手段。目前国际上已开发了基于车地无线通信的列车运行能耗数据采集装备，而国内则利用现有故障检测装置进行电量的粗放式统计，该方式统计的数据不便于节能效果的评估，计量的结果也不符合电能计量标准。本文基于无线传感器网络设计了城轨列车运行能耗数据采集系统，通过采集符合电能计量标准的现场数据，并进行标准化处理，提供了一种评估列车运行能耗的工具，为城市轨道交通系统的节能运行研究创造

5、了便利条件。本文设计的数据釆集系统以无线传感器网络为基础，采用技术对列车牵引电压、电流数据进行采集，通过网关将数据经传送至上位机，基于设计的上位机界面提供数据的显示和查询功能。在此基础上根据实际列车环境设计了数据采集存储模块，实现能耗数据的釆集与存储。主要工作包括以下几个方面：首先，对课题的研究背景和研究意义进行了说明，对无线传感器网络、城轨能耗管理系统以及列车运行能耗计算的研究状况、发展趋势进行了阐述，分析了城轨列车牵引供电系统以及电能的计量，明确釆集的数据对象，并提出数据采集系统设计的总体要求。其次，对列车运行能耗数据采集系统总体结构设

6、计以及系统的硬件、软件设计。根据系统的总体结构采用模块化思想对系统的硬件和软件分别进行设计，包括传感器模块、网络模块、网关模块、上位机显示模块的设计。再次，为了使系统符合实际应用的要求，对设计的列车运行能耗数据釆集系统进行了改进，包括能量均衡的路由算法的改进、节点间时间同步的实现以及列车数据采集存储模块的设计。最后，在实验室环境搭建平台对网络的组建、网关数据的转发和上位机界面的显示进行了测试，测试表明方案可行，但存在传输速率低和传输延时大的问题。根据城轨列车实际环境确定互感器和存储模块的安装位置，构建列车模拟供电环境对数据采集存储模块进行数

7、据采集、存储测试，结果表明模块能够很好的实现数据的采集和存储功能，但数据的精度需进一步提高，辅助功能需进一步完善。北京交通大学专业硕士学位论文图幅，表个，参考文献篇。关键词：列车运行能耗无线传感器网络；ABSTRACTABSTRACTABSTRACT:Withtherapiddevelopmentofurbanrailtransit,thetotalenergyconsumptiongrowsrapidly.ThemainenergyconsumptionforChineseurbanrailtransitiselectricalenerg

8、yconsumptionandabout50%ofitisusedfortraction.Therearemanymethodsforreducingtraintractione