面向铁路危险品运输在途监测的无线传感网节能组网技术研究

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1、1引言1．1课题的研究背景当前，中国特色社会主义经济建设处于大跃进、大发展的时期，各种危险货物的运量大幅增长。铁路运输由于其运量大、单位距离费用较低，成为我国危险货物运输的重要方式。据统计，在全国的危险品运输中，铁路运输约占总量的近四成。由于铁路运输的运量大、里程长、外部环境复杂多变，同时危险品常常对温湿度、光照、振动等条件非常敏感，若运输条件彳i当极易发生事故，甚至可能造成人员伤亡、公私财产损失、环境污染等。冈此，铁路危险品运输安全问题受到了有关部门的高度关注。国家也陆续出台了一系列法律法规和行业标准，用以规范铁路危险品的运输⋯。若能在危险品的运输途中，实时地对周闱环境条件、危险

2、品状态变化进行监测和记录，并在可能发生危险时及时预测发出告警，对于铁路危险品安全运输具有重要意义。无线传感网综合了嵌入式计算、传感器采集、短距离无线通信、分布式数据处理、数据融合等多种技术，能够通过多种模块化的传感器节点相互协作，实时地感知、监测和采集多种数据信息【2]。无线传感网络节点体积微小、多用电池供电，拆装方便，便于部署，能够在环境恶劣、人员采集彳i便、没有固定电源的环境中长期采集数据。同时，无线传感网络节点成本低廉、便于在生产生活中大规模应用。无线传感网采集的数据，通过自组织无线低功耗网络，以多跳传送到网内的汇聚节点，并由汇聚节点通过其他网络形式，如GPRS、WLAN、以

3、太嘲等发送至数据监控端，供用户查看【3】。将无线传感网应用于铁路危险品运输在途监测，是铁路危险品安全运输的重要技术手段【4】。然而，在现有的国内外研究中，尚没有一种专门针对铁路运输环境进行设计、优化的无线传感网节能组嘲方法。现有的组网方法多是面向平面或立体网状结构，网络节点多为随机分布。但在铁路应用中，网络节点呈线状分布，如图l·1。同时，由于存在解体和重新编组等操作，不但要求每一节车厢均具有网络出口的功能，而且新编入车厢内的无线传感网应当能够自主融入已有的网络中。冈此，有必要根据铁路运输的特点研究专门优化的无线传感刚节能组网技术。奉文将对无线传感网在铁路危险品在途监测中的综合应用

4、技术进行探讨，给出适合多种情景的、经过实际验证的铁路无线传感网节能组网技术。对于铁路无线传感嘲应用具有重要的参考意义。麓；蟛秽曛誓鬈关一I∥≮I、眵————矿图1．1铁路无线传感网示意图Figurel-lRailwayWirelessSensorNetwork1．2国内外研究现状1．2．1危险品运输监测技术研究现状在危险品运输监测技术方面，日前发达国家和地区对监测系统的研究己日趋深入【51。各个国家投入了大量人力、物力、财力进行危险品安全运输研究。例如，美国政府现正在积极研究改善铁路运输安全条件。由国家安全运输局出台制定了美国联邦法规49章172条有关危险品运输的相关规定，美国参议

5、院也通过了S．2273铁路安全相关法案。另外，美国国家安全部也拨款上亿美元用于改善铁路运输环境安全。Zajicek，J．，Schechtner,K．在奥地利进行SHAFT(StandardizedHazardousGoodsTransportAlertingField协m项日，开发系统对澳大利弧的公路嘲络危险物品运输进行监测，该系统利用无线网络和GPS定位技术实现货物的位置、状态信息获取【6

6、。欧盟的MITRA(monitoringandhterventionforthetransportationofdangerousgoods)项日建立系统实现了欧洲区域范围内的危险品运输监测系

7、统，在特定区域提供实时位置信息及危险品状态信息，及时发布危险情况告警，保证了运输的安全和快速的救援响应时间【71。以上的项日具有基本类似的系统框架，并且都提出了利用数据采集系统建立运输信息的管理系统，进而根据实时的信息完成对危险货物的监测T作。由于铁路运输具有的特殊性，铁路危险品运输对货物信息的实时采集提出了更高的要求，例如列车在编组站的拆分、重组，列车各个车厢之间信息的融合等。这对安全监测系统的设计和实施提出了新的要求。蛰l另外，在系统中进行危险评估(RiskAssessment)181是危险情况监测系统的重要策略，具有准确、高效、可扩展等特点，能够很好地应用在危险货物的运输安全

8、保障中。当前，危险货物的运输评估数据可被应用于多个方面，如优化货物运输路径、优化货物运输负载、提高公铁运输配合的紧密程度、降低对环境可能的影响等等。因而，建立危险货物运输信息监测系统，对于危险货物运输评估具有重要意义。日前，我国虽然建立了危险品运输行业一系列的相关管理制度，但对于危险品在途运输监测领域并没有规范的标准和成型的综合系统，研究工作是多数依靠相关组织人员的简单探索和某一项日的专门应用开发。在公路方面，危险品运输状态在途监测系统和应急事故处理系统一般采用较为成