基于智能锁和防丢器的列车防丢系统研究设计

　　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

　　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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