1-作品申报书(2013414)

序号：编码：第八届全国大学生交通科技大赛作品申报书作品名称：铁路集装箱组合装车优化及偏载实时监控系统学校全称：西南交通大学申报者姓名（集体名称）：余露虹林义鹏熊沙乐陈嵩楠黄寒冰说明1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2．表内项目填写时一律用钢笔/水笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书复印有效。3．序号、编码由第八届全国大学生交通科技大赛组委会填写。4．学术论文、作品研究报告所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字以内（文章版面尺寸14.5×22cm）。5．作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一报送。6．其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。7.联系人：刘燕010-6739606215210666487E-mail:[e-mail]大赛网址：报送地址：北京市朝阳区平乐园100号北京工业大学建筑工程学院邮政编码：100124A申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写；2.申报者代表必须是在读本科学生；3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名余露虹性别女出生年月1991.10学校西南交通大学系别、专业、年级交通运输专业，本科2010级学历本科在读学制4入学时间2010年9月作品名称铁路集装箱组合装车优化及偏载实时监控系统通讯地址四川省成都市高新区西部园区西南交通大学邮政编码611756办公电话[phone]常住地通讯地址四川省成都市高新区西部园区西南交通大学邮政编码611756住宅电话[phone]其他作者情况姓名性别年龄学历所在单位林义鹏男22本科西南交通大学交通运输与物流学院陈嵩楠男22本科西南交通大学交通运输与物流学院熊沙乐男21本科西南交通大学信息科学与技术学院黄寒冰男21本科西南交通大学信息科学与技术学院资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2012年10月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校大陆及港澳台地区中国籍本科学生。□是□否（部门签章）年月日院、系负责人意见本作品是否为2012第七届大学生交通科技大赛之后立项，2013年5月之前完成的课外学术科技或社会实践活动成果。□是□否负责人签名：年月日B申报作品情况（科技发明制作）说明：1.必须由申报者本人填写；2.本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3．本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称铁路集装箱组合装车优化及偏载实时监控系统作品研究的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标◆研究目的随着我国物流行业的快速发展，集装箱运输在我国铁路货物运输中所占比重逐年上升，集装箱货物运输量与日俱增，集装箱运输发展前景巨大。而我国铁路装车运输中存在组织流程不合理、技术监控不完备、信息化程度低等问题，加之集装箱内货物状态无法有效监控，导致集装箱货运偏载事故频发。铁路敞车运输集装箱过程中出现的偏载问题一直是威胁铁路运输安全的一个重要问题之一，导致集装箱偏载问题主要出现在装车过程和列车运行途中两个环节。由于我国现有的集装箱运输偏载监控系统水平不能满足铁路集装箱运输的发展要求，导致运输事故频发，这也说明当前我国集装箱运输的安全监管仍存在诸多问题急需解决，寻求一种通用有效的系统成为本方案所研究的主要目标。本作品在现状的基础上，进一步地解决集装箱静态装车时的组合匹配与运行中偏载实时监控的问题。首先，本系统将从重心、及时、货物匹配度三个方面考虑，以重心匹配为基础，兼顾货物性质，优先配送加急快件，高效的获取集装箱的选配方案，提高集装箱装车时的精准性。另一方面为了避免在运行过程中因为线路、车辆起步制动等原因引起的偏载现象无法被及时发现，造成严重的安全隐患。通过集装箱偏载实时监控系统，全程监控集装箱运输生产过程，对集装箱偏载情况实时监控并划分偏载等级，根据不同危险等级自动报警，为列车运行决策提供辅助支持，切实有效地降低集装箱运输事故的发生率，减少集装箱运输事故给国家和人民带来的损失。◆基本思路本项目通过软硬结合方式设计了该系统实现了集装箱组合装车优化、集装箱运行实时监控两大功能。本项目通过集装箱运输车辆车载装置、驾驶室工作台、调度指挥平台三者间信息交互，以达到“预防偏载”和“偏载应急”的目标。本系统可以实现集装箱组合装车优化、集装箱偏载实时监控2个功能。在集装箱组合装车优化功能中，车载装置采集集装箱的信息，经处理后传输至驾驶室工作台。工作台软件完成信息处理，列出相应优化的组合装车方案；在偏载实时监控功能中，车载装置在运输中一旦检测出集装箱偏载，将信息反馈到工作台，并将报警信息同步传送到调度指挥中心，调度中心下达相应降速应急处理等指令。以此来降低偏载脱轨事故的发生率。在此之上，提出一个偏载重心自动调整的设想，简单的改造设计并制作了机械装置验证。集装箱组合装车优化及偏载实时监控系统设计硬件软件驾驶室工作台调度指挥中心车载装置无线传输GSM-R传输制定调整运输计划基于单片机开发，综合传感器检测技术，通过无线传输实现集装箱实时监测信息系统的建立基于Java平台，使用eclipse作为开发工具，并利用数据库储存相关数据信息，实现集装箱组合装车及防偏载程序的编写。本作品主要包括以下研究、开发、设计内容：（1）在装车时，利用单个集装箱的重心位置数据，计算两个集装箱的装载方案，利用龙门吊进行优化装车。运行过程中，根据线路所涉及的可能情况（如：弯道、最大坡度），建立不同的重心计算模型，对集装箱进行重心计算，并确定对应的重心可偏移范围。全面了解集装箱货运车辆在运输过程中可能遇到的其他不利因素，最终将这些计算方法、各项方案、集装箱装车位移图示等信息集成，设定偏载等级，并建立数据资料库。（2）利用压力传感器测量，将数据传递给高精度AD芯片进行量化处理，把模拟电压转换成数字信号输出到车载计算机。（3）为了保证有较好的移植性采用，使用Java完成软件的实际实现，利用语言提供的大量稳定的开发包，构建一个具有较好鲁棒性的分布式软件系统。同时使用计算机图形学中一些已经成熟的技术，实现计算结果和编程结果的可视化。（4）建立数据库管理系统。对集装箱货物的装载及运输过程中，集装箱的检测参数进行实时分析、处理并储存在系统数据库中，一方面确保事故发生责任到人，可用于事故后分析行车组织和运营管理操作是否恰当；另一方面随着系统使用，对于收集到的海量数据也可以通过数据挖掘等方式，进一步管理集装箱运输，从宏观的角度进一步完善集装箱的安全运输。◆创新点本作品通过软硬结合的方式，实现了运输车辆车载装置、驾驶室工作台、调度指挥中心三个子系统的有机结合，把集装箱运输的偏载等信息通过网络进行集成汇总，使该设计成为一个功能完善的辅助预警系统。主要表现在：（1）信息共享：实现运输车辆、行车调度中心、驾驶室工作台的信息共享，规避了监控过程中的信息上报不及时和沟通的死角（2）安全报警：该系统通过五级预警报警机制保证集装箱货物不会偏载，确保列车安全运行。同时，还采用了冗余算法确保该系统不会因为偶然的原因产生判断失误而报警。（3）实时理念：车载终端为集装箱运输安全所定制，可动态监测集装箱运输中的各类参数并实时同步给调度中心，同时实现双通道报警，保险性更高；（4）经济实用：最大限度地利用了现有成熟技术及设备，避免了大笔经济支出（5）技术创新：软件语言是基于JAVA平台，具良好的移植性，能适应各种操作系统（Windows，Linux，Unix）；存储动态监测到的各类参数信息的数据库，方便生成数据查询、数据分析支持未来的决策。◆技术关键（1）分布式系统：整个系统分布在多个运输环节，软件与硬件能够合理的分布并配合工作。（2）管道与多线程：软件部分大量的采用管道技术，并采用多线程的方式保证的整个系统的实时性，同时也保证了系统具有很好的移植性和可裁剪性。（3）Java平台：采用Java来构建整个分布式软件系统，一方面可以在不同的操作系统环境下运行该系统，同时Java也具有较好的安全性和稳定性。（4）数据库：对整个硬件和软件系统产生的所有数据均有记录。便于整体的集中管理，同时也为将来的做进一步的数据挖掘奠定一定的数据源基础。（5）计算机图形学模拟：对于一些关键信息一方面采用直接展示的方式，另一反面通过图形化显示，为该系统的用于提供更为简介的交互方式，同时也提供了直观的显示。（6）AT89S52型号单片机：该单片机具有较小的功耗，同时能够满足系统的性能要求，可以很好的配合外围的硬件系统。对于本系统的监测以及控制，使用该单片机操作简单，编程容易，可移植性强。（7）称重传感器：目前被大量使用与重力信息的测量，一方面称重传感器造价低廉，安装方便，通过温度补偿电路，该类传感器的性能稳定，并且线性度高，得到的模拟信号大小精确。另一方面，配合高精度的ADC芯片，可以得到高精确的重力量化数值。（8）无线传输：分布式系统间每一个组件均通过相对稳定可靠的无线传输信号传输，做到了即满足稳定性的要求，同时满足了设备移动的要求。◆功能实现1.运输车辆车载装置（1）车载硬件装置构成及模块联合调试：车载硬件装置由量程为的压力传感器、24位HX711型号的A/D芯片、AT89S52型号单片机和CC1101型号高性能射频收发器等设备构成，在计算机上实现实时信息传输、处理与结果显示。（2）A/D芯片传感器检测的实现：通过A/D芯片采集传感器数据，并将此数据由模拟信号转换成数据信号在并行通道上传输，传至单片机上进行处理。（3）核心控制芯片——单片机处理传感器数据：通过AT89S52型号单片机将A/D芯片传输过来的传感器数据信号进行处理。（4）CC1101型号高性能射频收发器（无线传输模块）：作为软硬件数据交互的基础。应用该模块将信息由串行通讯传输到驾驶室计算机进行下一步的处理。2．驾驶室工作台（1）监控异常报警：将驾驶室计算机中处理后的传感器数据，判断出偏载等级，在界面上进行显示。在偏载前三等级进行不同程度对应预警，一旦进入偏载等级，直接弹出提示窗口显示红色报警，并进行语音提示，从而提示列车司机进入偏载异常状态。同时将信息传输至调度中心，供调度中心做进一步处理。（2）物流信息追踪短信发送：通过集装箱列车沿路线所到大站的信息，可以实时给集装箱货主发送短信，告知其集装箱货物的物流地点信息以及预计到达时间信息。（3）偏载等级的显示：利用红、橙、黄、绿、蓝五色分别表示偏载等级的强度大小，并且通过实时监测的传感器数据以100毫秒的频率刷新监测偏载的位移等级显示条形图。（4）货物运单、装车编号的查询：通过软件输入货物的品类、装车、货主等信息，传递到数据库进行储存中。在运行途中，可便驾驶员实时查询该编号集装箱的装车车组、货物品类等信息。3．调度中心监控平台（1）监控异常报警：将驾驶室工作台车载计算机的报警信息同步传输给调度中心监控平台，并进行报警次数、时间、等级的储存。（2）应急处理命令：驾驶室工作台接受到集装箱偏载的紧急信息，并同步传到调度中心。调度中心根据的报警信息后，下达相应的降速等处理命令。（3）后台数据管理：利用开源轻量级数据库，通过MySQL软件管理相关信息，便于软件在真实环境下可以更换ORACLE公司的企业级数据库，实现数据库的兼容共享。（4）接受车载设备主动通信信息：包括普通车务、货物运单信息、集装箱编组装车信息、异常报警信息等。（5）电话联系驾驶员：通过铁路专用电话联系驾驶员，询问具体情况信息等。（6）集装箱列车的区间定位：根据集装箱货物列车选择的铁路的线路条件参数，在运行路线上的占用区间内，可定位其区段，便于传递事故地点、车辆信息。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）◆科学性先进性1.系统构架部分本作品设计的系统包