本實用新型涉及鐵路交通安全運輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，鐵路運輸作為一種重要的運輸方式，和其他運輸方式相比較，具有運送能力大、成本低廉、受氣候等自然條件影響小、經(jīng)常性和持續(xù)性有保障以及便于安全可靠地實施大規(guī)模運輸?shù)葍?yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，受到人們的歡迎。

對于鐵路運輸這種特殊的運輸方式，列車在運行過程中，其上放置的裝備由于受力形式復(fù)雜多樣，即使在捆綁加固的情況下，也難以保證裝備在運輸途中不發(fā)生偏移。一旦鐵路運輸裝備發(fā)生偏移，將極易對鐵路的運行帶來重大的影響，同時帶來極大的經(jīng)濟損失。因此，有必要采取技術(shù)手段對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，保證裝備的運輸安全。

目前，為了對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，尤其是押運高價值的鐵路運輸裝備時，通常采用視頻監(jiān)控的方式，這種方式依賴押運工人進行裝備姿態(tài)的人工判別，夜間及復(fù)雜氣象條件對其限制較大，并且易受人的生理條件限制，如客觀存在人員注意力分散的情況，存在一定的安全隱患，尤其是在運輸線路較長，時間較久的情況下，對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控更顯得困難，更加難以保證監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性。同時，現(xiàn)有視頻監(jiān)控設(shè)備還存在傳輸帶寬要求較高、功耗大、列車供電困難等問題。

因此，目前迫切需要開發(fā)出一種技術(shù)，其可以自動地對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，智能判斷鐵路運輸裝備的姿態(tài)，并及時發(fā)出預(yù)警， 保證監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性，節(jié)約運輸?shù)娜肆Τ杀荆ＷC鐵路運輸裝備的運輸安全，顯著提升鐵路運輸管理的信息化水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，其可以自動地對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，智能判斷鐵路運輸裝備的姿態(tài)，并及時發(fā)出預(yù)警，保證監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性，節(jié)約運輸?shù)娜肆Τ杀?，保證鐵路運輸裝備的運輸安全，顯著提升鐵路運輸管理的信息化水平，有利于鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。

為此，本實用新型提供了一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU，安裝于所述鐵路運輸裝備的預(yù)設(shè)需檢測部位，用于檢測該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息，然后無線傳輸給姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU；

姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU，與姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU無線連接，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU安裝于列車平車的預(yù)設(shè)參考位置，用于檢測預(yù)設(shè)參考位置上的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在列車平車參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息，然后將姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在列車平車參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息與所接收到的所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的坐標(biāo)信息進行對比，計算獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息并無線發(fā)送給列車監(jiān)控終端；

列車監(jiān)控終端，與姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU無線連接，用于判斷當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息是否超過預(yù)設(shè)最大閾值，如果超過，則對應(yīng)向用戶發(fā)出預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息；

其中，所述鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系包括鐵路運輸裝備水平向右的X軸、水平向前的Y軸和垂直于水平面向上的Z軸；所述列車平車參考坐標(biāo)系包括列車平車水平向右的X軸、水平向前的Y軸和垂直于水平面向上的Z軸；所述地理參考坐標(biāo)系以水平面為基準(zhǔn)，由垂直于水平面向上的Z軸、磁北極方向的Y軸和水平向東方向的X軸組成。

其中，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息與所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息進行對比，具體對比操作為：

將所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，和所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，分別對應(yīng)進行相減運算，從而獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息。

其中，所述鐵路運輸裝備的預(yù)設(shè)需檢測部位具體為所述鐵路運輸裝備的重心位置或易活動部位；

所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU安裝于位于所述列車平車底板上。

其中，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU與姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU之間通過紫蜂協(xié)議或家庭物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)定技術(shù)協(xié)議進行無線通訊；

所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU與列車監(jiān)控終端之間通過Sub-GHz協(xié)議進行無線通信。

其中，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU包括：

第一九軸運動傳感器，用于檢測所述鐵路運輸裝備在該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息，然后傳輸給第一數(shù)據(jù)處理單元；

第一電能收集傳感器，用于采集預(yù)設(shè)種類的能量，并轉(zhuǎn)化為電能存在到可蓄能的第一電源模塊中；

第一電源模塊，與第一電能收集傳感器相連接，用于存儲所述第一電 能收集傳感器轉(zhuǎn)化的電能，并為所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU提供工作用電；

第一數(shù)據(jù)處理單元，分別與第一九軸運動傳感器、第一電源模塊相連接，用于根據(jù)所述第一九軸運動傳感器發(fā)來的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息，然后無線傳輸給姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU。

其中，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU包括：

第二九軸運動傳感器，用于檢測所述鐵路運輸裝備在該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息，然后無線傳輸給列車監(jiān)控終端；

第二電能收集傳感器，用于采集預(yù)設(shè)種類的能量，并轉(zhuǎn)化為電能存在到可蓄能的第二電源模塊中；

第二電源模塊，與第二電能收集傳感器相連接，用于存儲所述第二電能收集傳感器轉(zhuǎn)化的電能，并為所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU提供工作用電；

第二數(shù)據(jù)處理單元，分別與第二九軸運動傳感器、第二電源模塊相連接，用于根據(jù)所述第二九軸運動傳感器發(fā)來的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在列車平車參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息，然后與所接收到的所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息進行對比操作，獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息，并無線發(fā)送給列車監(jiān)控終端。

其中，所述列車監(jiān)控終端包括：

嵌入式終端設(shè)備，與姿態(tài)信息基準(zhǔn)節(jié)點ARU相連接，用于分別判斷當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的相對位置，即當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息中包含的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角信息是否超過預(yù)設(shè)最大閾值，如果超過，則判斷鐵路運輸裝備存在安全隱患，閾值對應(yīng)向顯示設(shè)備發(fā)送預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息；

顯示設(shè)備，與嵌入式終端設(shè)備相連接，用于顯示當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息，以及將嵌入式終端設(shè)備發(fā)送的預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息顯示給用戶；

遠程通信設(shè)備，與嵌入式終端設(shè)備相連接，用于將當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息上傳至云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存儲。

其中，所述嵌入式終端設(shè)備和顯示設(shè)備上分別設(shè)置有HDMI接口，所述嵌入式終端設(shè)備和顯示設(shè)備通過HDMI連接線相連接。

由以上本實用新型提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提出了一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，其通過嵌入式系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過采集處理在運的裝備姿態(tài)信息，進行數(shù)據(jù)融合、智能判斷、預(yù)警，可以自動地對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，智能判斷鐵路運輸裝備的姿態(tài)，并及時發(fā)出預(yù)警，保證監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性，節(jié)約運輸?shù)娜肆Τ杀荆ＷC鐵路運輸裝備的運輸安全，顯著提升鐵路運輸管理的信息化水平，有利于鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。

此外，本實用新型提供的鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)還具有傳輸帶寬要求低、用電少和低功耗的優(yōu)點，可以更好地符合列車上的客觀條件，進一步顯著提升了系統(tǒng)的實際運用能力，可以獲得良好的實際應(yīng)用效果。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型提供的一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)具體實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實用新型提供的一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)的具體應(yīng)用場景示意圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

本實用新型提供了一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，用于對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控。需要說明的是，鐵路運輸裝備的姿態(tài)是指裝備與列車之間的相對姿態(tài)，兩者姿態(tài)均以載體參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系的相對位置來確定。載體參考坐標(biāo)系包括裝備或者列車平車水平向右的X軸、水平向前的Y軸、垂直于水平面向上的Z軸。地理參考坐標(biāo)系，以水平面為基準(zhǔn)，由垂直于水平面向上的Z軸、磁北極方向的Y軸和水平向東方向的X軸組成。一般情況下，地理參考坐標(biāo)系恒定不變。在本實用新型中，表述裝備的姿態(tài)常用空間六個自由度表述，具體由X軸、Y軸、Z軸位置及一組姿態(tài)角(俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角)來表示，具體實現(xiàn)上，可以通過九軸運動傳感器獲取X軸、Y軸、Z軸等三軸的加速度、三軸姿態(tài)角速率及三軸方向角，共計九個運動參量，再通過對九個運行參量進行數(shù)據(jù)融合，獲得空間的六個自由度。本實用新型可以通過姿態(tài)數(shù)據(jù)的變化，判斷當(dāng)前裝備運動情況是否存在安全隱患。

其中，所述九個運動參量通過基于卡爾曼濾波的組合姿態(tài)估計的數(shù)據(jù)融合算法方案計算得到，具體可以為：采用現(xiàn)有技術(shù)人員公知的四元數(shù)姿態(tài)解算算法，利用三軸加速度計的測量值計算俯仰角和橫滾角，利用磁強計(如三軸磁感應(yīng)傳感器)測量值計算偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)三軸陀螺儀計算的姿態(tài)角作為卡爾曼濾波器的預(yù)測值，將磁強計和加速度計計算出的姿態(tài)角作為測量值，通過卡爾曼濾波實現(xiàn)多傳感器的信息融合，確保姿態(tài)角估計的準(zhǔn)確性(具體見下文)。

參見圖1、圖3，本實用新型提供的一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，具體包括姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點(Attitude Reference Unit，AMU)100、姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點(Attitude Monitor Unit，ARU)200和列車監(jiān)控終端300，其中：

姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100，安裝于所述鐵路運輸裝備400(如一輛汽車)的預(yù)設(shè)需檢測部位，用于檢測該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息， 獲得所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系的相對位置信息，即該姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息，然后無線傳輸給姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200；

其中，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100所預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息即是該部位的參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置，包括X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息。通過對加速度計測量值積分，得到X、Y、Z軸的位移，利用加速度計確定俯仰角和橫滾角，表示加速度計各軸方向上的重力分量，則俯仰角橫滾角表示三軸磁強計各軸的分量，則偏轉(zhuǎn)角得到加速度計信號和磁強計信號計算的姿態(tài)角；再利用三軸陀螺儀信號測量獲得的姿態(tài)角(包括俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角)來作為Kalman濾波器的預(yù)測值，估計過程狀態(tài)噪聲協(xié)方差，將磁力計和加速度計計算出的姿態(tài)角作為測量值，結(jié)合陀螺儀誤差估計測量噪聲協(xié)方差矩陣，實現(xiàn)多傳感器信息的融合，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

需要說明的是，Kalman濾波算法是根據(jù)前一次的系統(tǒng)最優(yōu)值計算出當(dāng)前估計值和協(xié)方差，根據(jù)協(xié)方差大小計算Kalman增益，最后依據(jù)當(dāng)前估計值和測量值計算最優(yōu)值和協(xié)方差：

狀態(tài)量預(yù)估計的最優(yōu)值的計算公式為：

$\hat{X}\left(k\right|k-1)=A\hat{X}(k-1|k-1)+B\left(k\right)U\left(k\right);$

其中，表示基于k-1次對k次的預(yù)估計，表示k-1 次的最優(yōu)值，A表示k-1次到k次的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，B(k)是輸入控制向量的增益矩陣，U(k)是輸入控制向量。

預(yù)估計最優(yōu)值協(xié)方差P(k|k-1)的計算公式為：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A^T+Q(k)；其中，Q(k)表示輸入噪聲的協(xié)方差。

Kalman的增益矩陣計算公式為：

K(k)＝P(k|k-1)H^T[HP(k|k-1)H^T+R(k)]^-1；其中，R(k)為觀測噪聲的協(xié)方差。

更新估計的公式為：

$\hat{X}\left(k\right|k)=\hat{X}\left(k\right|k-1)+K\left(k\right)\left(Z\right(k)-H\hat{X}(k|k-1\left)\right);P\left(k\right|k)=(I-K(k\left)H\right)P\left(k\right|k-1);$其中，Z(k)表示k次的測量值，I為單位矩陣。

姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200，與姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100無線連接，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200安裝于列車平車500的預(yù)設(shè)參考位置，用于檢測預(yù)設(shè)參考位置上的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在列車平車參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息，然后與所接收到的所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息進行對比，計算獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備400在列車平車500上的實時姿態(tài)變化信息(即獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備400在列車平車500上的相對位置變化信息)，并無線發(fā)送給列車監(jiān)控終端300；

其中，所述鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系包括鐵路運輸裝備水平向右的X 軸、水平向前的Y軸和垂直于水平面向上的Z軸；所述列車平車參考坐標(biāo)系包括列車平車水平向右的X軸、水平向前的Y軸和垂直于水平面向上的Z軸；所述地理參考坐標(biāo)系以水平面為基準(zhǔn)，由垂直于水平面向上的Z軸、磁北極方向的Y軸和水平向東方向的X軸組成。

在本實用新型中，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息與所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息進行對比，具體對比操作為：

將所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，和所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，分別對應(yīng)進行相減運算，從而獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息。當(dāng)六個自由度對應(yīng)相減的差值發(fā)生變化時，即在該自由度上兩者之間相對位置發(fā)生了改變。

列車監(jiān)控終端300，與姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200無線連接，用于判斷當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息(即相對位置變化信息)是否超過(即大于)預(yù)設(shè)最大閾值，從而判斷鐵路運輸裝備是否存在安全隱患，如果超過(具體為X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度中任意一個空間自由度超過預(yù)設(shè)的最大閾值)，則判斷鐵路運輸裝備存在安全隱患，對應(yīng)向用戶發(fā)出預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息(如減速、停車等預(yù)警信息)，以供押運人員等用戶參考。

需要說明的是，所述當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息，具體為鐵路運輸裝備在列車平車上的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息的變化信息，即變化值。

具體實現(xiàn)上，所述預(yù)設(shè)最大閾值是指預(yù)設(shè)的鐵路運輸裝備在列車平車上的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息的變化最大值，這六個空間自由度信息分別具有對應(yīng)的預(yù)設(shè)最大閾值。 所述預(yù)設(shè)最大閾值可以根據(jù)本實用新型鐵路運算裝備姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)用戶的需要進行設(shè)置，也可以是根據(jù)鐵路的路面質(zhì)量等運行條件預(yù)先設(shè)置。

具體實現(xiàn)上，所述列車監(jiān)控終端300可以通過比對鐵路運輸裝備與相應(yīng)的列車平車底板的位置以及裝備的活動部位是否發(fā)生位移等，與鐵路運輸安全標(biāo)準(zhǔn)進行比較，確定該裝備是否存在安全隱患，若存在安全隱患，則進行相應(yīng)級別的預(yù)警信息(如停車、減速等)。具體為：最大偏移(即位移)不得超過系統(tǒng)用戶預(yù)設(shè)的機車車輛限界和特定區(qū)段裝載的限制。最大偏移不能超過各區(qū)段的限界，在發(fā)生正常振動范圍(該范圍為加固器材進行捆綁加固時的預(yù)留的范圍)以外的偏移時，應(yīng)進行報警，提醒押運人員裝備捆綁出現(xiàn)問題。)

需要說明的是，鐵路運輸安全標(biāo)準(zhǔn)只是對貨物運輸?shù)南藿邕M行規(guī)定，具體閾值的設(shè)定，由本實用新型的系統(tǒng)用戶來根據(jù)實際情況需要進行設(shè)置。

在本實用新型中，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100安裝于鐵路運輸裝備400的預(yù)設(shè)需檢測部位，具體為所述鐵路運輸裝備上具有相對運動的部位，例如可以為所述鐵路運輸裝備的頂部中心部位，如圖3所示。

在本實用新型中，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200安裝于列車平車的預(yù)設(shè)參考位置，例如可以為安裝于位于所述鐵路運輸裝備400正下方的所述列車平車500底板中心位置，如圖3所示。

在本實用新型中，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100與姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200之間通過紫蜂協(xié)議或家庭物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)定技術(shù)協(xié)議(Zigbee/Thread)進行無線通訊，Zigbee/Thread通信作為近距離無線通信方式，具有傳輸帶寬要求低、功耗低的特點。

在本實用新型中，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200與列車監(jiān)控終端300之間通過Sub-GHz(1GHz)協(xié)議進行無線通信，具體實現(xiàn)上，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200和列車監(jiān)控終端300上分別安裝有Sub-GHz芯片，用于進行相互之間的Sub-GHz通信。所述Sub-GHz芯片，具體實現(xiàn)上，例如可以為Silicon Labs公司的Si4467和德州儀器TI公司的CC1120等。

在本實用新型中，參見圖2，所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100包括第一九軸運動傳感器101、第一電能收集傳感器102、第一電源模塊103和第一數(shù)據(jù)處理單元104，其中：

第一九軸運動傳感器101，用于檢測所述鐵路運輸裝備在該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息(具體包括三軸加速度、三軸姿態(tài)角速率、三軸方向角度數(shù)據(jù))，然后傳輸給第一數(shù)據(jù)處理單元104；

第一電能收集傳感器102，用于采集預(yù)設(shè)種類的能量，并轉(zhuǎn)化為電能存在到可蓄能的第一電源模塊103中，從而提高整個監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)供電能力，以獲得良好的實際應(yīng)用效果，克服了貨運列車無法供電，傳統(tǒng)視頻監(jiān)測裝置功耗高、無法實際應(yīng)用的局限；

第一電源模塊103，與第一電能收集傳感器102相連接，用于存儲所述第一電能收集傳感器102轉(zhuǎn)化的電能，并為所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU100提供工作用電；

第一數(shù)據(jù)處理單元104，分別與第一九軸運動傳感器101、第一電源模塊103相連接，用于根據(jù)所述第一九軸運動傳感器101發(fā)來的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息(該姿態(tài)信息具體包括姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100位于預(yù)設(shè)需檢測部位時，在鐵路運輸裝備參考坐標(biāo)系下的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息)，然后無線傳輸給姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200；

具體實現(xiàn)上，所述第一九軸運動傳感器101包括三軸加速傳感器、三軸陀螺儀、三軸磁感應(yīng)傳感器，例如可以為：意法半導(dǎo)體公司的LSM9DS1傳感器、InvenSense公司的MPU9X50系列傳感器等。對于第一九軸運動傳感器101，其通過三軸加速度計的測得俯仰角和橫滾角，通過磁強計測得偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)三軸陀螺儀計算的姿態(tài)角，通過卡爾曼濾波實現(xiàn)多傳感器的信息融合，確保姿態(tài)角估計的準(zhǔn)確性。

具體實現(xiàn)上，所述第一電能收集傳感器102可以通過硅板等，將太陽能、振動的動能等可收集的預(yù)設(shè)種類能量轉(zhuǎn)化為電能，例如可以為：凌力爾特公司的LTC3588能量采集芯片等。

在本實用新型中，參見圖2，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200包括第二九軸運動傳感器201、第二電能收集傳感器202、第二電源模塊203和第二數(shù)據(jù)處理單元204，其中：

第二九軸運動傳感器201，用于檢測所述鐵路運輸裝備在該預(yù)設(shè)需檢測部位上的九軸運動信息(具體包括三軸加速度、三軸姿態(tài)角速率、三軸方向角度數(shù)據(jù))，然后無線傳輸給列車監(jiān)控終端300；

第二電能收集傳感器202，用于采集預(yù)設(shè)種類的能量，并轉(zhuǎn)化為電能存在到可蓄能的第二電源模塊203中，從而提高整個監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)供電能力，以獲得良好的實際應(yīng)用效果，克服了貨運列車無法供電，傳統(tǒng)視頻監(jiān)測裝置功耗高、無法實際應(yīng)用的局限；

第二電源模塊203，與第二電能收集傳感器202相連接，用于存儲所述第二電能收集傳感器202轉(zhuǎn)化的電能，并為所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200提供工作用電；

第二數(shù)據(jù)處理單元204，分別與第二九軸運動傳感器201、第二電源模塊203相連接，用于根據(jù)所述第二九軸運動傳感器201發(fā)來的九軸運動信息，獲得所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在列車平車參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，并將該相對位置信息作為姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息(該姿態(tài)信息具體包括姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200位于預(yù)設(shè)參考位置時，在列車平車參考坐標(biāo)系與地理參考坐標(biāo)系上的相對位置信息，具體包括X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息)，然后與所接收到的所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息(該姿態(tài)信息包括X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息)進行對比操作，計算獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備400在列車平車500上的實時姿態(tài)變化信 息(即獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備400在列車平車500上的相對位置變化信息)，并無線發(fā)送給列車監(jiān)控終端300。所述鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息，具體為鐵路運輸裝備在列車平車上的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息的變化信息，即變化值。

如前文所述，對于第二數(shù)據(jù)處理單元204，其將所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息與所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息進行對比，具體對比操作為：

將所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU200在預(yù)設(shè)參考位置的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，和所述姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100在所述預(yù)設(shè)需檢測部位上的姿態(tài)信息中包括的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息，分別對應(yīng)進行相減運算，從而獲得當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)變化信息。當(dāng)六個自由度對應(yīng)相減的差值發(fā)生變化時，即在該自由度上兩者之間相對位置發(fā)生了改變。

具體實現(xiàn)上，所述第二九軸運動傳感器201包括三軸加速傳感器、三軸陀螺儀、三軸磁感應(yīng)傳感器，例如可以為：意法半導(dǎo)體公司的LSM9DS1傳感器、InvenSense公司的MPU9X50系列傳感器等。對于第二九軸運動傳感器201，其通過三軸加速度計的測得俯仰角和橫滾角，通過磁強計測得偏轉(zhuǎn)角，利用三軸陀螺儀信號測量獲得姿態(tài)角(包括俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角)。具體實現(xiàn)上，同樣，所述第二電能收集傳感器202可以通過硅板等，將太陽能、振動的動能等可收集的預(yù)設(shè)種類能量轉(zhuǎn)化為電能，例如可以為：凌力爾特公司的LTC3588能量采集芯片等。

需要說明的是，對于本實用新型，為了充分發(fā)揮鐵路運輸裝備的監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的特點，所述姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200與姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100之間的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)為分簇型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200為簇首節(jié)點，姿態(tài)基準(zhǔn)節(jié)點ARU 200與姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點 AMU 100傳輸給列車監(jiān)控終端300的時間同步。這樣設(shè)計，具體多種優(yōu)良的效果，首先，可以確保能夠?qū)⒉煌?jié)點收集的數(shù)據(jù)按時序進行融合，提高監(jiān)測信息質(zhì)量；其次，可以通過數(shù)據(jù)的時間相關(guān)性剔除冗余的信息，減少通信量，并作為睡眠喚醒的節(jié)能機制、節(jié)點的協(xié)作傳輸以及安全協(xié)議的基礎(chǔ)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能或彌補傳感器節(jié)點硬件功能方面的不足；最后，通過基于卡爾曼濾波的組合姿態(tài)估計的數(shù)據(jù)融合算法得到平車的實時姿態(tài)，并將獲得的平車參考坐標(biāo)系進行裝備參考系對比，計算當(dāng)前裝備處于平車上的相對位置，最終獲得監(jiān)控所需的裝備姿態(tài)。

在本實用新型中，具體實現(xiàn)上，所述列車監(jiān)控終端300包括高性能的嵌入式終端設(shè)備301、顯示設(shè)備302和遠程通信設(shè)備303，所述列車監(jiān)控終端300具有北斗衛(wèi)星定位、北斗衛(wèi)星通信和移動網(wǎng)絡(luò)遠程通信、1GHz通信/紫蜂協(xié)議/家庭物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)定技術(shù)/藍牙/無線保真(Sub-GHz/Zigbee/Thread/Bluetooth/WiFi)近距離無線通信等功能，可以完成裝備姿態(tài)信息的傳輸、處理、本地顯示及云端傳輸功能。

其中，嵌入式終端設(shè)備301，與姿態(tài)信息監(jiān)測節(jié)點AMU 100相連接，用于分別判斷當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息中包含的X軸、Y軸、Z軸位置及俯仰角、偏轉(zhuǎn)角和橫滾角這六個空間自由度信息是否超過(大于)預(yù)設(shè)最大閾值，從而判斷鐵路運輸裝備是否存在安全隱患，如果超過，則判斷鐵路運輸裝備存在安全隱患，對應(yīng)向顯示設(shè)備302發(fā)送預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息(如減速、停車等預(yù)警信息)。

顯示設(shè)備302，與嵌入式終端設(shè)備301相連接，用于顯示當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息，以及將嵌入式終端設(shè)備301發(fā)送的預(yù)設(shè)的安全預(yù)警信息(如減速、停車等預(yù)警信息)顯示給用戶，以供押運人員等用戶參考。

遠程通信設(shè)備303，與嵌入式終端設(shè)備301相連接，用于將當(dāng)前鐵路運輸裝備在列車平車上的實時姿態(tài)信息上傳至云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存儲。

具體實現(xiàn)上，嵌入式終端設(shè)備301具體可以包括多個中央處理器CPU， 用于完成所述列車監(jiān)控終端300對鐵路運輸裝備姿態(tài)信息的傳輸、處理、本地顯示及云端傳輸?shù)雀鞣N功能。

具體實現(xiàn)上，所述嵌入式終端設(shè)備和顯示設(shè)備上分別設(shè)置有HDMI接口，所述嵌入式終端設(shè)備和顯示設(shè)備通過HDMI連接線相連接。

具體實現(xiàn)上，所述列車監(jiān)控終端300還可以通過嵌入式終端設(shè)備上安裝的北斗定位芯片，結(jié)合北斗衛(wèi)星通信，通過電子地圖在顯示設(shè)備上顯示列車運行軌跡。此外，鐵路運輸裝備的姿態(tài)及預(yù)警信息，也可通過三維方式來立體展示裝備的姿態(tài)，即將裝備立體模型數(shù)據(jù)以及平車立體模型數(shù)據(jù)在GIS平臺下顯示；另外，本實用新型提供的列車監(jiān)控終端300還能夠保存歷史數(shù)據(jù)，可以通過北斗衛(wèi)星通信及移動遠程通信方式，將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器，供進一步的處理、分析。

綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供的一種鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)，其可以自動地對鐵路運輸裝備的姿態(tài)進行全天候監(jiān)控，智能判斷鐵路運輸裝備的姿態(tài)，并及時發(fā)出預(yù)警，保證監(jiān)控的及時性和準(zhǔn)確性，節(jié)約運輸?shù)娜肆Τ杀?，保證鐵路運輸裝備的運輸安全，顯著提升鐵路運輸管理的信息化水平，有利于鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，具有重大的生產(chǎn)實踐意義。

此外，本實用新型提供的鐵路運輸裝備監(jiān)測系統(tǒng)還具有傳輸帶寬要求低、用電少和低功耗的優(yōu)點，可以更好地符合列車上的客觀條件，進一步顯著提升了系統(tǒng)的實際運用能力，可以獲得良好的實際應(yīng)用效果。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。