一种货运动车组载荷管理系统及管理方法与流程

2021-02-05 17:02:21|

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本发明属于铁路运输技术领域，尤其涉及一种货运动车组载荷管理系统及管理方法。

背景技术：

随着国内外快递行业快速发展及冷链运输需求的快速增长，国内外均在大力发展快捷货运动车组及车辆。对比公路运输和航空运输，传统铁路货运列车载荷管理采用传统车站调度管理系统和方法，由货场调度中心向机车调度管理平台发起货运订单，货运订单包括货物或空箱编组站地址、目标地址以及货物重量等信息，机车调度管理平台根据货运订单指派符合要求的机车到货物或空箱编组站装货，并运输至目标地址。由于货运周期长，在运输过程中需要更换司机，目前都是直接更换货运列车的车头和司机，并且由于货场调度中心与机车调度管理平台是两个不同的管理部门，货场调度中心不能与货运列车进行通信，而机车调度管理平台只对货运列车进行调度管理。因此，在运输过程中地面和司机无法获知货运列车的载荷状态，不便于在运输过程中进行调度管理，且货运列车因无法与货场调度中心通信导致从接受货运订单到将货物运输至目标地址的执行过程中不能接收地面信息而改变运输行程或增加运输任务，无法根据时间优先级来接受新的货运订单，使运输效率低，货运列车使用率低，严重影响铁路货运的时间成本和整体竞争力。

为了避免传统铁路货运列车采用车站调度管理系统和方法带来不利影响，提升轨道交通快捷货运的效率，快捷货运动车组逐步投入运输行业，快捷货运动车组载荷管理成为了关键的一环，决定了整个快捷货运动车组及快运模式的效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种货运动车组载荷管理系统及管理方法，以解决现有技术中无法获知货运列车的载荷状态导致不便于进行调度管理，运输效率低，车辆使用率低等问题。

本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种货运动车组载荷管理系统，包括用于检测装载位置是否装有集装箱的第一传感器、用于检测重量的第二传感器、数据转换模块、数据处理模块、车载显示设备以及地面显示设备；所述车载显示设备包括车辆装载状态显示器和司机室载荷显示器；每个装载位置配置一个第一传感器和一个车辆装载状态显示器；每个转向架配置一个第二传感器，所述第二传感器设于转向架空气弹簧或位移检测阀的空气管路上；每节车厢配置一个数据转换模块；所述装载位置是指如果装有集装箱，则该集装箱对应在车厢上的安装位置；

每节车厢的第一传感器、第二传感器分别与该节车厢的数据转换模块连接，所有数据转换模块均与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块与所有车辆装载状态显示器、司机室载荷显示器以及地面显示设备连接。

本发明所述货运动车组载荷管理系统，数据转换模块将第一传感器和第二传感器的电流模拟信号转换成电平数字信号，并将这些电平数字信号传输给数据处理模块，数据处理模块根据第一传感器的检测信息确定每节车厢每个装载位置是否装有集装箱，从而判断每节车厢每个装载位置的装载状态，并在对应的车辆装载状态显示器上显示该装载位置的装载状态；根据第二传感器的检测信息得出每个转向架的载重、每节车厢的载重以及整列车的载重，从而判断每个集装箱的载重状态，并在司机室载荷显示器上显示每个装载位置的装载状态、每个集装箱的载重状态、每节车厢的载重以及整列车的载重，同时通过无线网络将装载状态、载重状态以及载重反馈给地面显示设备，使货运司机、地面显示设备随时掌握货运动车组的装载状态、载重状态以及载重，便于根据货运动车组的装载状态以及载重状态等进行调度管理，提高了运输效率和货运动车组的使用率。

进一步地，所述第一传感器为接近检测传感器或光电式传感器，且第一传感器设于所述装载位置其中的一个集装箱平车锁座上。

集装箱平车锁座用于安装集装箱，当没有物体靠近第一传感器时，表明该集装箱平车锁座没有安装集装箱，则对应的装载位置的装载状态为空载状态，当有物体靠近第一传感器时，表明该集装箱平车锁座装有集装箱，则对应的装载位置的装载状态为加载状态。

进一步地，所述第二传感器为压力传感器或应力传感器。

进一步地，在每个所述装载位置配置一个与所述数据处理模块连接的三色指示灯，所述三色指示灯的三种颜色分别表示装载位置的三种不同装载状态。

装载位置三种不同装载状态分别为空载状态、已加载状态以及待卸载状态，空载状态是指该位置未装入集装箱时的状态，已加载状态是指该位置已安装集装箱时的状态，待卸载状态是指该位置的集装箱即将卸载的状态，通过三色指示灯来显示不同的装载状态，使司机、站台装卸货工作人员很直观地了解每个装载位置的装载状态，从而实现集装箱在运输过程中或目标地址的快捷装卸管理，进一步提高了运输效率。

本发明还提供一种利用如上所述货运动车组载荷管理系统进行载荷管理的方法，包括：

获取第一传感器和第二传感器的检测信息；

根据所述第一传感器的检测信息判断每个装载位置的装载状态，并在对应的车辆装载状态显示器该装载位置的装载状态；所述装载位置是指如果装有集装箱，则该集装箱对应在车厢上的安装位置；

根据所述第二传感器的检测信息得出每个转向架载重、每节车厢载重以及整车载重，根据每个装载位置的装载状态、每个转向架载重以及每节车厢载重判断每个集装箱的载重状态，并在司机室载荷显示器上显示每个装载位置的装载状态、每个集装箱的载重状态、每节车厢载重以及整车载重；

将每个装载位置的装载状态、每个集装箱的载重状态、每节车厢载重以及整车载重传输给地面显示设备，以便及时掌握货运动车组的装载状态、载重状态以及载重。

进一步地，所述每个转向架载重、每节车厢载重以及整车载重的计算表示式分别为：

mij＝k·p/g

qi＝(mi1+mi2+…+mij)-mi0

其中，mij表示第i节车厢的第j个转向架载重，k表示弹性系数，p表示空气弹簧压力或弹簧压缩行程，g表示重力系数，qi表示第i节车厢载重，mi0表示第i节车厢的自重，q表示整车载重，n表示车厢数量。

进一步地，每个所述集装箱的载重状态包括空载状态、满载状态以及空箱状态，具体判断步骤为：

如果该集装箱对应的装载位置的装载状态为空载，则该集装箱的载重状态为空载状态；

如果同一节车厢的每个转向架载重基本相同，且该节车厢载重等于该节车厢自重加该节车厢上所有集装箱自重，则该节车厢上每个集装箱的载重状态为空箱状态，否则为满载状态；

如果同一节车厢的每个转向架载重不同，则转向架载重大所对应的集装箱为满载状态，转向架载重小所对应的集装箱为空箱状态。

同一节车厢的每个转向架载重基本相同，表明该节车厢上每个集装箱的载重状态相同，再根据载重判断是空箱状态还是满载状态；同一节车厢的每个转向架载重不同，表明该节车厢上每个集装箱的载重状态不同，根据第一传感器已经判断出不是空载状态，则只能是空箱状态或满载状态，转向架载重大对应的即为满载，转向架载重小对应的即为空箱，只需粗略的重量计算来判断每个集装箱的载重状态。集装箱的空载状态是指没有安装集装箱，空箱状态是指集装箱内没有装入货物，满载状态是指集装箱内装有货物。

有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种货运动车组载荷管理系统及管理方法，根据第一传感器的检测信息确定每节车厢每个装载位置是否装有集装箱，从而判断每节车厢每个装载位置的装载状态；根据第二传感器的检测信息得出每个转向架的载重、每节车厢的载重以及整列车的载重，从而判断每个集装箱的载重状态，并在司机室载荷显示器上显示每个装载位置的装载状态、每个集装箱的载重状态、每节车厢的载重以及整列车的载重，同时通过无线网络将装载状态、载重状态以及载重反馈给地面显示设备，使货运司机、地面显示设备随时掌握货运动车组的装载状态、载重状态以及载重，便于根据货运动车组的装载状态、载重状态以及载重等进行调度管理，提高了运输效率和货运动车组的使用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中货运动车组载荷管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中单节车厢的载荷检测及显示装置结构示意图；

图3是本发明实施例中货运动车组载荷管理系统的连接框图；

其中，1-地面显示设备，2-司机室载荷显示器，3-数据处理模块，4-数据处理模块与数据转换模块之间的网络或电缆，5-第一传感器，6-车辆装载状态显示器，7-第二传感器，8-数据转换模块，9-第二传感器与数据转换模块之间的电缆，10-集装箱平车，11-集装箱，12-牵引动力车。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明所提供的一种货运动车组载荷管理系统，包括用于检测每节车厢每个装载位置是否装有集装箱11的第一传感器5、用于检测重量的第二传感器7、数据转换模块8、数据处理模块3、车载显示设备以及地面显示设备1；车载显示设备包括车辆装载状态显示器6和司机室载荷显示器2；每个装载位置配置一个第一传感器5和一个车辆装载状态显示器6；每个转向架配置一个第二传感器7，第二传感器7设于转向架空气弹簧或位移检测阀的空气管路上；每节车厢配置一个数据转换模块8；每节车厢的第一传感器5、第二传感器7分别与该节车厢的数据转换模块8连接，所有数据转换模块8均与数据处理模块3连接，数据处理模块3与所有车辆装载状态显示器6、司机室载荷显示器2以及地面显示设备1连接。

如图1和2所示，第一传感器5采用接近检测传感器或光电式传感器，且第一传感器5设于装载位置其中的一个集装箱平车10锁座上。集装箱平车10锁座用于安装集装箱11，当没有物体靠近第一传感器5时，第一传感器5不被触发，数据处理模块3未接收到触发信号，表明该集装箱平车10锁座没有安装集装箱11，则对应的装载位置的装载状态为空载状态，当有物体靠近第一传感器5时，第一传感器5被触发，数据处理模块3接收到触发信号，表明该集装箱平车10锁座装有集装箱11，则对应的装载位置的装载状态为加载状态。除了空载状态和加载状态，装载位置还有一个装载状态，即待加载状态，待加载状态表示该装载位置的集装箱11即将卸载(在下一站卸载)，使司机、站台装卸货工作人员了解每个装载位置的装载状态，便于进行快捷装卸管理，提高了运输效率。为了使站台装卸货工作人员更直观地了解每个装载位置的装载状态，在每个装载位置还配置一个三色指示灯，三色指示灯的三种颜色分别表示装载位置的三种不同装载状态，例如绿色表示空载状态，红色表示加载状态，黄色表示待卸载状态，便于站台装卸货工作人员快速安排装卸货或周转，提高装卸货效率和周转效率，缩短运输周期。

如图1和2所示，第二传感器7采用压力传感器或应力传感器或位移传感器，第二传感器7设于转向架空气弹簧或位移检测阀的空气管路上，实时监测空气弹簧的压力或转向架与车体间的位移检测阀的空气压力，可以实时准确地反映车辆的载重。如果第二传感器7采用压力传感器，压力传感器可以将空气压力转换成电流模拟信号，通过电缆传输给数据转换模块8，再由数据处理模块3计算出每个转向架载重，再通过转向架载重计算出每节车厢和整车的载重，具体的计算公式为：

mij＝k·p/g(1)

式(1)-(3)中，mij表示第i节车厢的第j个转向架载重，k表示弹性系数，p表示空气弹簧压力或弹簧压缩行程(转向架如果采用空气弹簧承载，则p为空气弹簧压力，如果采用钢弹簧或橡胶弹簧承载，则p为位移检测阀压力对应的弹簧压缩行程)，g表示重力系数，qi表示第i节车厢载重，mi0表示第i节车厢的自重，q表示整车载重，n表示车厢数量。一般每节车厢两个转向架，即j取1，2。

数据转换模块8可以采用ad转换器，数据转换模块8用于将第一传感器5和第二传感器7的电流模拟信号转换为电平数字信号，再将电平数字信号传输给数据处理模块3，以满足数据传输和后续计算处理的需要。数据处理模块3用于对数据转换模块8发送的电平数字信号进行处理、计算而得到装载状态、载重状态以及载重，并发送给车辆装载状态显示器6、司机室载荷显示器2以及地面显示设备1显示。数据处理模块3可以选用微处理器、单片机、可编程控制器等，数据处理模块3可与tcms系统集成，司机室载荷显示器2可以集成在列车hmi内。

每个集装箱11均为标准集装箱11，每个集装箱11的大小尺寸、容量以及集装箱11自重均是相同的，快捷货运动车组包括多节车厢，每节车厢的平车上可以安装两个集装箱11，如图2所示，装载位置的数量与集装箱11的数量是相等的，因此，每节车厢有两个装载位置，在每个装载位置通过集装箱平车10锁座将集装箱11安装在对应的安装位置上，一个集装箱11的安装可能需要多个集装箱平车10锁座，在其中一个平车锁座上设置第一传感器5即可检测到该装载位置是否装有集装箱11。每个装载位置配置一个第一传感器5和一个车辆装载状态显示器6，装载位置的数量、第一传感器5的数量以及车辆装载状态显示器6的数量均相等，车辆装载状态显示器6设置在集装箱平车10变流器或底架上，每节车厢有两个装载位置，因此每节车厢配置有两个第一传感器5和两个车辆装载状态显示器6。每个车辆装载状态显示器6用于显示对应装载位置的装载状态，便于站台装卸货工作人员了解每个装载位置的装载状态。

单节车厢一般设有两个转向架，在每个转向架的空气弹簧或位移检测阀的空气管路上设置一个第二传感器7，转向架的数量与第二传感器7的数量相等，通过第二传感器7的检测信息可以得出每个转向架载重，再根据转向架载重、集装箱11自重、每节车厢自重计算出每节车厢载重和整车载重。在司机驾驶室设有司机室载荷显示器2，司机室载荷显示器2用于显示每节车厢每个装卸位置的装载状态、每个集装箱11的载重状态、每节车厢载重以及整车载重，便于司机了解货运动车组的载荷信息(即每节车厢每个装卸位置的装载状态、每个集装箱11的载重状态、每节车厢载重以及整车载重)，货运动车组相较于传统的货运列车，在中途站仅换司机，不换车头，因此即使司机更换也能够了解货运动车组的载荷信息。同时，数据处理模块3还通过无线网络将载荷信息传输给地面显示设备1，使地面获取该货运动车组的载荷信息，便于根据载荷信息进行调度管理，提高了运输效率和货运动车组的使用率。

地面显示设备1可以设置在每个站和/或货场，也可以使地面显示设备1与货场调度中心、机车调度管理平台通信连接，使货场调度中心和机车调度管理平台了解每辆货运动车组的载荷信息，便于调度管理。例如，货运任务i的起始地址为长沙，目标地址为北京，由货运动车组i来执行货运任务i，且货运动车组i在装载货运任务i的货物后某节车厢两个装卸位置的装载状态为空载状态。货运动车组i在执行货运任务i，且未抵达武汉时，新的货运任务ii的起始地址为武汉，目标地址为郑州，所运输货物需要两个集装箱11来装载，因此，根据货运动车组i的载荷信息可以再将货运任务ii安排给货运动车组i来执行，提高了运输效率和货运动车组的使用率，节省了运输成本。当然，也可以根据货运任务时间的优先级来安排，时间优先级高的货运任务优先执行，时间优先级低的货运任务推后执行，提高了服务质量和货运整体竞争力。

本发明还提供一种利用如上所述货运动车组载荷管理系统进行载荷管理的方法，包括：

1、获取第一传感器5和第二传感器7的检测信息。

第一传感器5检测装载位置是否装有集装箱11，并将该检测信息发送给数据处理模块3，数据处理模块3对检测信息进行处理后得知装载位置的装载状态，即空载状态、加载状态以及待卸载状态。根据目标地址和gps定位信息可以装载位置上的集装箱11是否在下一站卸载，如果是，则该装载位置的加载状态变成待卸载状态。

第二传感器7检测转向架弹簧上方的实际重量，该实际重量经数据处理模块3处理和计算后得出每个转向架载重、每节车厢载重以及整车载重，再结合车厢自重和集装箱11自重可以确定集装箱11的实际载重状态，即空载状态、满载状态或空箱状态。

2、根据第一传感器5的检测信息判断每个装载位置的装载状态，并在对应的车辆装载状态显示器6该装载位置的装载状态；装载位置是指如果装有集装箱11，则该集装箱11对应在车厢上的安装位置。

装载位置的装载状态可以通过车载显示设备和地面显示设备1显示，使司机、站台装卸货工作人员以及地面(例如货场调度中心等)了解每辆货运动车组的每节车厢每个装载位置的装载状态，如果某些装载位置是空载状态，且起始地址和目标地址不相冲突或运输时间不冲突，则同时可以指派其他的货运任务或运输任务，大大提高了货运动车组的使用率，提高了运输效率，降低了运输成本。

根据第二传感器7的检测信息得出每个转向架载重、每节车厢载重以及整车载重，如公式(1)-(3)所示，根据每个装载位置的装载状态、每个转向架载重以及每节车厢载重判断每个集装箱11的载重状态，并在司机室载荷显示器2上显示每个装载位置的装载状态、每个集装箱11的载重状态、每节车厢载重以及整车载重。

每个集装箱的载重状态包括空载状态、满载状态以及空箱状态，具体判断步骤为：

如果该集装箱对应的装载位置的装载状态为空载，则该集装箱的载重状态为空载状态；

如果同一节车厢的每个转向架载重不同，则转向架载重大所对应的集装箱为满载状态，转向架载重小所对应的集装箱为空箱状态。

空箱状态或满载状态对应的装载状态即为已加载状态(指示灯红色)，如果集装箱在下一站即将卸载，则对应的装载状态为待卸载状态(指示灯为黄色)，如果集装箱在下一站只是途径站，并不卸载，则对应的装载状态仍然为加载状态(指示灯为红色)，这样可以指导站台装卸工作人员更好地进行装卸管理和周转管理，提高工作效率。

同一节车厢的每个转向架载重基本相同，表明该节车厢上每个集装箱的载重状态相同，再根据载重判断是空箱状态还是满载状态；同一节车厢的每个转向架载重不同，表明该节车厢上每个集装箱的载重状态不同，根据第一传感器已经判断出不是空载状态，则只能是空箱状态或满载状态，转向架载重大对应的即为满载，转向架载重小对应的即为空箱。载重状态的判断只需进行粗略的重量计算，并不需要精确计算。集装箱的空载状态是指没有安装集装箱，空箱状态是指集装箱内没有装入货物，满载状态是指集装箱内装有货物。

本发明的货运动车组载荷管理系统及管理方法，通过第一传感器和第二传感器的检测信息得出每个装载位置的装载状态、每个集装箱的载重状态、每节车厢载重以及整车载重，并将这些载荷信息传输给车载显示设备和地面显示设备显示，为地面车站、货场等货物管理系统提供实时状态数据，实现集装箱运输过程中的数字化管理，便于根据这些载荷信息对货运动车组进行调度管理，提高了提高了运输效率和货运动车组的使用率，降低了运输成本。根据货运类型不同，集装箱平车可换成冷藏车、棚车等其他车型，集装箱也可用体积更小的货柜替代。根据牵引动力配置的不同，货运动车组前后可各配置1个牵引动力车，增加了货运动车组的编组长度及运输能力。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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