基于LabVIEW的铁路沿线建筑物限界测量系统

信息与电脑China Computer&Communication2017年第8期

基于LabVIEW的铁路沿线建筑物限界测量系统

江兴盟　黄根岭

（郑州铁路职业技术学院 电子工程系，河南 郑州　451460）

摘　要：针对目前铁路沿线建筑物限界测量常采用的轨检车测量和人工限界尺测量这两种传统的方式中存在误差大、精度低的问题，笔者设计了一种基于LabVIEW的铁路沿线建筑物限界测量系统。本系统中采用激光测距仪和倾角传感器作为系统的数据采集设备，并且采用LabVIEW软件实现传感器通信及运算和人机交互。分别从软硬件两方面，详细探讨该系统的设计方法。本系统具有非接触式测量、便携、自动记录结果并比对数据的优点。实验表明，本系统的测量精度高、误差小。

关键词：LabVIEW；铁路限界；测量系统

中图分类号：U216.3　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2017）08-108-03

Clearance of Buildings Along Railway Lines Measurement System based on

LabVIEW

Jiang Xingmeng, Huang Genling

(Department of Electronics Engineering, Zhengzhou Railway Vocational & Technical College, Zhengzhou Henan 451460, China)Abstract: In order to tackle the wild inaccuracy and low precision of the two traditionally used clearance measurements of

the buildings along railway lines--rail car measurement and artificial gauge measurement, the author in this paper designed a and also introduced LabVIEW into the communication, calculation of sensor and person-computer interaction. This paper will discuss the design of the measurement on the scale of software and hardware in details. This system has a lot of advantages: system have higher precision and small error.

Key words: LabVIEW; railway clearance; measurement system

目前测量主要有轨检车测量和人工限界尺测量两种方式。而日常测量，主要采用限界尺接触式人工测量。而这种方法费时、费力，且测量精度低、误差大，且需要人工比对是否超限限界测量系统。

[2]

measurement system based on LabVIEW. This system adopted laser range finder and tilt sensor as the data collection methods, non-contact, portable, auto-recorded and comparing of the data. Experiments have shown that the measurements under this

1　引言

铁路沿线的限界主要是指沿线建筑物与轨道线路的安全距离。机车车辆在线路中运行时，需要一个安全的空间，可以看作是一个与线路垂直的横断面轮廓，在这个轮廓内，除机车车辆及与其有相互作用的设备（减速器，路签接受器，接触网等）外，其他设备和建筑物不得侵入。我国铁路机车车辆限界和基本建筑限界，在国标（GB146.1～GB146.2-83）中有详细的说明。

铁路建筑限界的测量，即测量铁路两侧建筑物（如风雨棚、隧道、桥梁、信号机及供电设备等）某点距轨道中心的水平距离及垂直距离，并判断是否超限。

[1]

。因此，本文设计一种非接触式、

可便携、自动记录结果并比对数据、可用于日常测量的

2　测量原理

采用三角形测量法，测量设备架设在钢轨平面上，通过测量建筑物被测点与设备的距离及这两点构成的直线的水平夹角，即可计算出被测点与钢轨垂直线的距离。如图1所示。

基金项目：河南省科技厅科技项目（项目编号：152102210234）。

作者简介：江兴盟（1982-），男，陕西安康人，硕士研究生，讲师。研究方向：电子及嵌入式。黄根岭（1978-），男，河南开封人，硕士研究生，副教授。研究方向：电子信息。

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3.2　倾角传感器

采用SCA114T单轴倾角传感器，采用非接触式测量原理，能实时输出当前的姿态倾角，体积小、抗外界电磁干扰能力强、承受冲击震动能力强[4]。

该传感器采用最新的MEMS传感生产工艺生产，高精度、体积小、抗振性极高。优异的宽温性能，工作稳定可靠，对温度和线性度进行了再次补偿，并且有多种输出接口可选择。

图１　测量原理图

长期稳定性小于0.01°。适用于各种工程机械设备、平台测量、卫星天线控制等恶劣环境。

具体参数如下。工作温度：-40～+85℃，量程±90°，高重复性/稳定性0.03°，高分辨率0.0025°，长期稳定性＜0.01°，较小体积90mm×80mm×30mm，IP67防护等级，可直接出RS232。3.3　工业计算机

采用带15寸电阻式触摸屏的工业平板一体机。该计算机采用工业M1037主板，赛扬双核1.8GHz处理器，32G固态硬盘、2G内存。该工控机提供2个RS-232串口、键盘接口、LCD接口、USB控制器、开关量输出等硬件资源，以连接系统输入、输出设备。

本系统采用的两个传感器都有RS232串口接口，可直接与计算机相连。3.4　电源

电源模块采用11.1V、5000mA锂离子充电电池，经过DC/DC变换为5V/12V，向工业计算机系统、测距仪及倾角传感器供电。

如图1所示，O点为测量点钢轨顶水平线与钢轨工作面垂线交点（即测量系统原点），B点为测量目标点，通过激光测距仪测量出OB距离d，同时倾角传感器得出测量线与钢轨顶水平线的夹角θ。根据三角关系，可得出：

h=d*sinθl=d*cosθ

由此可得出测量点B处距钢轨顶面垂直距离为h，与钢轨中心线的距离为l+1435mm/2。（其中，1435mm为标准轨距）。根据测得的数据再结合股道信息，测量系统自动进行限界数据的计算、分析、判断，从而得出是否侵限以及侵限数据。

3　系统构成

测量系统主要由激光测距仪、倾角传感器、计算机、电源构成。具体如图2所示。

图２　系统结构图

为了方便把测量装置系统固定在轨道线路上要有一个机械机构。激光测距仪和倾角传感器一起安装在一个能够180度旋转的支架上。

测量时，转动激光测距仪，将激光测距仪发出的激光点调整到建筑物被测点，由计算机控制激光测距仪和角度传感器，测得当前距离和角度，计算出该点与轨道中心垂直线的距离，并根据线路数据和相关规程得出测量结论。3.1　激光测距仪

采用GLS500型激光测距传感器模块。该模块采用7-30V供电，可使用车载电源、工业电网电压或直流电源供电。该传感器在阴天或是阳光非常强烈的晴天，仍能保持很高的测量精度和可靠性。同时，该传感器采用可见激光束，方便瞄准被测物[3]。

主要技术指标如下：（1）测量范围可达500m；

（2）测量精度，低频时（≤5Hz）可达±1mm；（3）功耗稳定，耗电量极小（约150Mw）；（4）数字量输出端口包括TTL/RS232/RS485；（5）激光为可见红光，激光等级为II类安全激光。

4　软件系统

软件系统采用LabVIEW 2015软件设计完成。LabVIEW是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。LabVIEW率先引入了特别的虚拟仪表的概念，用户可通过人机界面直接控制自行开发的仪器。目前被广泛应用于工业自动化之领域中。

LabVIEW开发软件时，分为前面板设计和后面板程序设计两部分[5]。前面板是仪器的操作面板，后面板是源程序。

本系统软件设计主要包括传感器通信及运算和人机交互两部分。

由于两个传感器都是通过RS232串口与计算机通信。接下来重点介绍LabVIEW软件的串口驱动。

LabVIEW通过调用VISA串口驱动实现串口通信。VISA是与驱动软件通信的LabVIEW仪器驱动VI中的底层函数。VISA能够控制VXI、GPIB、串口或者基于计算机的仪器，并能根据所用仪器的类型来调用合适的驱动程序[6]。调用时，可从LabVIEW的程序面板，通过“函数—数据通信—协议—串口”在串口面板中调用VISA的控件。

串口调用时，首先要对串口进行初始化，设定串口通信

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的参数。初始化完成后，分别通过“串口读”和“串口写”实现串口数据的通信。图3是一个VISA串口配置和基本读写操作的程序。

由以上分析可知，要达到±2mm的精度要求，需要激光测距仪的测量误差为±1.5mm，需要倾角传感器测量误差为±0.01°。

由于本系统采用的激光测距仪的误差为±1mm，倾角传感器的误差为0.01°。因此，可以满足±2mm测量精度的要求。

图３　ＶＩＳＡ串口配置和基本读写

参考文献

[1]吴斌,庄洵,刘常杰,等.铁路机车车辆静态限界测量系统校准方法研究[J].传感技术学报,2013(1).

[2]赵文成,许贤泽,乐意,等.基于双探测器的手持式激光测距仪系统设计与实现[J].中南大学学报:自然科学版,2015(8).

[3]李俊锋,阮林林,姚丹.一种便携式激光测距仪的原理及方案实现[J].测绘与空间地理信息,2014(1).

[4]梁应选,杨明亮,何亚银,等.基于单片机的转角测

±0.054.5 2.6 　±10.5 0.9

±0.010.9 0.5 　　　　

上位机通过串口控制两个传感器，读取数据后，通过上文提到的运算方法，计算被测点与轨道中心垂直线的距离，再根据预先存储的线路数据和相关规程得出测量结论。

5　结　语

系统的测量误差由距离误差和角度误差两部分产生，具体情况如表1所示：

表１　测量误差分析

角度误差（°）高度误差（±mm）宽度误差（±mm）

距离误差（mm）高度误差（±mm）宽度误差（±mm）

±0.545.2 26.4 　±21.0 1.7

±0.19.1 5.2 　±1.50.8 1.3

量系统设计[J].陕西理工学院学报:自然科学版,2015(3).

[5]贾燕茹,胡代弟.基于LabVIEW的PID电动机远程实验平台[J].矿山机械,2011(5):109-111.

[5]魏延萍.基于LabVIEW的温度检测系统的设计[J].自动化技术与应用,2014(5).

[6]李曼,赵坤.LabVIEW程序设计方法在自动测试系统中的应用探讨[J].测控技术,2014(12).

说明：以实际测量中的较大距离6000mm、误差产生较大的测量角度30°作为

分析数据。

（上接第107页）

系统登录界面如图7所示。

技展望,2016,25(12).

参考文献

[1]闫立朝.浅析我国物业管理的现状及发展前景[J].科[2]赖茂生,李璐,赵菀莼,等.以社区信息化促进物业

服务转型创新[J].新建设:现代物业上旬刊,2015(1):60-66.

[3]许晓斌.Maven实战[M].北京:机械工业出版社,2011.[4]黄勇.架构探险:从零开始写Java Web框架[M].北京:

图７　系统登录界面

电子工业出版社,2015.

[5]金渝筌.轻量级J2EE架构下构件模型及组装技术研究[D].绵阳:中国工程物理研究院,2009.

[6]胡风娟.基于SSH架构的物业管理系统的设计与实现[J].电脑开发与应用,2014(11):40-42.

[7]杨新艳.于伟涛.基于Maven的轻量级Java软件开发研究[J].科技传播,2015,7(17).

[8]陆勤.数据库原理与技术[M].北京:电子工业出版社,2009.[9]刘丽云.基于J2EE的安徽诚和物业管理系统设计与实现[D].大连:大连理工大学,2015.

6　结　语

智慧物业管理系统经过多方调研分析，最终运用Maven管理工具，结合轻量级软件开发技术Spring、spring MVC、HIibernet设计并实现了一套物业管理系统。利用该系统有效提髙了物业管理公司的工作效率，降低了物业管理成本，同时，通过本系统，小区业主获得了更好的用户体验。由于时间所限，系统在智能终端方面等有待完善，在以后的工作中，将进一步完善本系统。

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