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基于智能锁和防丢器的列车防丢系统研究设计

所属分类:建筑论文 阅读195次 时间:2020-08-21 09:56

本文摘要:摘 要:文章针对列车上遗失东西的现象,设计了列车货物防丢系统。该列车货物防丢系统由硬件装置和软件平台两部分组成。硬 件装置针对体积大小不同的货物设计了智能锁和防丢器,包括低功耗蓝牙无线传输模块、蜂鸣报警模块、NFC 能量收集模块等,具有物品防丢

  摘 要:文章针对列车上遗失东西的现象,设计了列车货物防丢系统。该列车货物防丢系统由硬件装置和软件平台两部分组成。硬 件装置针对体积大小不同的货物设计了智能锁和防丢器,包括低功耗蓝牙无线传输模块、蜂鸣报警模块、NFC 能量收集模块等,具有物品防丢保护和定位查找功能。软件平台与硬件装置相配合使用,通过无线互联技术对硬件装置来进行操作控制。研究表明,该列车货物 防丢系统有效的避免了列车上物品的丢失,为列车上的防丢设备提供技术支持。

  关键词:列车防丢;机械智能锁;防丢器

智能列车

  引言

  北京交通大学的王全新提出了基于 RSSI 防丢系统的 设计[1],海军航空大学岸防兵学院的姚刚等人设计了基于 Android 与单片机的军用重要物资位置监控系统[2],浙江师 范大学工学院的周崇秋等人将传统的旅行箱与物联网技 术相结合,设计采用 ARM 系列内核为 Cortex-M3 作为控 制芯片,结合 GPRS 装置、GPS 定位装置及无线蓝牙技术 等,依托了 OneNET 物联网开放平台开发了一种旅行箱智 能防丢系统[3]。

  但是这些方法都没有对列车上的货物防丢 系统进行研究分析,在铁路网络的不断完善与高速发展的 今天,选择铁路出行的人越来越多,但是列车上遗失东西 的现象经常在身边发生,如行李箱、手提包之类的重要物 品丢失,针对这些现象,列车货物防丢系统由此产生。该列 车货物防丢系统由硬件和软件装置两部分组成。由于列车 上货物主要是在行李架上,并且行李架上大都是体积较大 的物品,为此创新性的设计了智能锁进行防丢保护。对于 其他一些体积较小的个人物品则采用防丢器进行防丢保 护。

  通过手机与智能锁和防丢器进行连接,沿用了以前的 发射抑制原理,无线电波由传感器发出,手机端接收信号。 手机端对智能锁进行通断控制。对于防丢器,如果手机端 能接收到防丢器蓝牙信号就不报警,但是如果它们之间的 距离超过预定的距离时,移动手机就接收不到传感器的信 号,从而通过蜂鸣报警模块发出报警,向使用者提出警告。 其中防丢器采用低功耗蓝牙技术[4](Bluetooth Low Energy),即 Bluetooth4.0 或者 Bluetooth Smart,该技术是传统蓝牙技 术、高速蓝牙技术和低功耗蓝牙技术的集合。综上所述,该 列车货物防丢系统有效的防止了列车上物品的丢失,为列 车上的防丢设备提供技术支持。

  1 基本原理

  该系统根据货物体积大小分为机械智能锁和便携防 丢器两种硬件设备,以及在手机端的软件控制平台。其中智能锁与防丢器上的传感器向手机端发送信 号,人们随身携带的手机进行显示状态及操作控制。采用 可折叠拉伸的机械智能锁与手机移动 APP 相搭配实现锁 闭防丢功能,对于小件物品,如手提包、背包,采用 BLE 防 丢器与手机移动 APP 搭配使用起到保护作用。

  2 关键技术

  2.1 低功耗蓝牙 BLE 技术

  此系统的智能锁与防丢器采用低功耗蓝牙 BLE 技术, BLE 是蓝牙 4.x 核心规范的延展,多用于物联网技术。与传 统蓝牙相比,其物理层几乎全新,仅有部分派生于传统蓝牙中的基本传输速率(Basic Rate radio,BR)。BLE 采取全 新广播机制,便于设备发现并建立连接。BLE 延迟低、速度 快,从开始建立连接到连接建立完成仅需 3ms。新的通用 属性配置文件则简化了硬件设备和应用程序,提升了用户 体验。BLE 仅需纽扣电池供能,其峰值电流低、功耗小、工 作周期短,非常适用于物联网应用场景。

  2.2 NFC

  NFC 是 Near Field Communication 缩写,即近距离无 线通讯技术[5],这种 NFC 模块能够允许电子设备之间进行 非接触式点对点数据传输交换数据。本实施例采取它的另 一种使用方式,用来给智能锁系统供电。具体设计思路如 下:测定 NFC 读卡器端场强,采用匹配频率合适的线圈进 行一次采集,线圈位置置于车体上避免干扰,在 NFC 天线 端经过整流稳压电路稳定电压值,与芯片电路板连接来对 可充电电池进行充电。

  2.3 蓝牙程序原理

  连接程序由 ARM 公司提供,通过蓝牙连接协议连接 其他蓝牙设备。通过检测信号失真率检测显示。在信号过 低或断开连接时会驱动蜂鸣器进行报警。

  2.4 机械智能锁

  使用时只需转动折叠拉杆然后完成锁头连接即可。其中:1 为伸缩杠,锁头 位于伸缩杠尖端,伸缩杠可以沿 着其轴线方向进行任意长度伸缩。在无乘客使用时为收缩 状态,有乘客取用时将其拉伸开,作为防丢装置的保护横 梁,同时拉伸后可将卡簧送至锁头处,完成锁闭。同时在卡 簧处安装有 NFC 能量收集线圈,当每次使用者使用时,通 过把锁扣在车体上,卡簧上的线圈与车体上的线圈相互感 应产生能量进而给蓄电池反向充电,NFC 能量收集技术的 使用使得蓄电池的使用寿命得到大大延长。该蓄电池可作 为电源直接给智能锁供电同时也可以作为备用电源来给 智能锁进行续航。3 为锁头,机构简单,实用性强;4 为储物 仓,大小为 1000*400mm,基本可以放下日常行李。

  3 软件系统的整体设计

  此防丢系统的配套软件的主要功能在配置、控制和关 于软件三方面进行设计,在技术上,结合 BLE 和 NFC 技术 首先搭建物联网,然后建立基站。为评估加入协变量后的模型是否合适,比较参数、半 参数模型之间的拟合效果,Cox-snell 残差(Cox and Snell, 1968)[11]被应用于生存分析模型评价。 (8) 其中 代表 ta 时刻的累计风险函数,β 代表协变 量 X 的估计系数。

  Harrell's C 指标 Harrell's C 指标(Harrell,1982)[12]针对右删失的比例 风险模型开发,后逐步扩展至 Cox 比例风险模型等。基于 生存模型预测的较早“死亡”受试者生存时间较短,反之亦 然这一特性,该统计量通过所预测的受访者死亡顺序与实 际一致的概率 C 来比较半参数生存分析的拟合效果。对任 意 t>0,一致性的表达形式为 其中 i,j 表示样本中的任意一对观测者;Ti,Tj 表示真 实的“死亡”时间; 表示预测的死亡时间。当 C=0.5 时, 模型不足以基于随访数据进行预测;当 C=1 时,模型具有 完全预测能力,可以很好的拟合生存数据。

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  4 结束语

  生存分析利用统计学相关理论,在探究生存时间影响 因素的过程中将事件结果与所经历时间相结合,这种独特 性使其成为了现代统计学的一个重要分支而被广泛研究。 本文首先介绍了生存分析的基本概念,回顾了生存模型的 主要类型和适用性,最后总结了不同类型生存分析所适用 的拟合效果评估准则和指标。在探究生存模型在交通领域 具体应用的过程中,本文发现了现有研究的不足并结合实例进行案例分析,希望能为后续研究提供理论基础。

  参考文献:

  [1]熊励,陆悦,杨淑芬.城市道路交通拥堵预测及持续时间研究[J]. 公路,2017,62(11):125-134.

  [2]石庄彬.基于生存分析的轨道交通客流高峰持续时间区间预测 [A]. 中国智能交通协会. 第十二届中国智能交通年会大会论文集 [C].中国智能交通协会:中国智能交通协会,2017:251-260.

  [3]李志银.信号交叉口行人穿越行为建模与分析[D].北京交通大 学,2017.

  [4]Cox DR. Regression models and life -tables. Journal of the Royal Sta- tistical Society. Series B,1972,34(2):187-220.

  [5]赵海月.下雨天气对信号交叉口行人穿越安全行为的影响分析 [D].北京交通大学,2018.

  作者: 张金玉,刘 波,宋炳松,王师伟,崔祥成

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