National Transport Library Research Database

Trådlös sensornättestbädd på godsvagnar för förbättrad logistik och effektivare transportflöden (Wireless sensors network on freight wagons for improved logistics and more efficient transport flows)

  • Rydberg, Anders
  • Uppsala universitet, Universitet eller högskola, 202100-2932
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2010-02-01 -- 2013-12-31 ; 700000 kronorRegistration number:
  • Trafikverket 2010/29831
Subject(s): Abstract: För att kunna förbättra pålitligheten för godstransporter på järnväg och därmed logistiken kommer i framtiden att krävas trådlösa sensorer och sensorsystem ombord på godsvagnen kopplat till RFID taggning av fordonet. Med utnyttjande av information från dessa sensorer uppdateras taggen om det mekaniska tillståndet för vagnen – hjullager/axelboxar, bromsbelägg, boggi/gångdynamik, rotationer på hjulaxlar och hjullager men också om utsläpp (från kemikalier likn.) från vagnen. För logistiken är det också viktig att med hjälp av sensorik få information när det gäller gods om geografisk position, temperatur, rörelser (stötar – skador) och inte minst om avsiktlig påverkan eller inbrott skett i godsvagnen. Ett stort problem att realisera dessa trådlösa sensorer är att de måste kunna ge säker information (ha robust kommunikation), arbeta i en mkt besvärlig miljö, ha mkt lång livslängd och vara självförsörjande. Dessutom är vågutbredningen besvärlig på en godsvagn p.g.a. av mkt elektriskt ledande material (metaller) vilket ställer ytterliggare krav på tillförlitligheten i systemet. Syftet med projektet består av flera olika delar: 1. Projektet syftar till att analysera och söka lösningar på de kommunikationsproblem som uppstår vid trådlös överföring mellan sensorer och RFID-tag på en godsvagn. 2. Det är viktigt att bestämma om hur ofta och vilken information som skall överföras från sensornoden till RFID-tagen. Varje sensornod kommer även att behöva göra en viss form a signalbehandling för att bestämma om informationen är av väsentlig art så att en åtgärd måste till (t.ex. tåget stoppas). 3. Analysera olika sätt att minska energiförbrukningen för noden och att utvinna energi från omgivningen. 4. Genom godsvagnens besvärliga miljö från elektronmagnetisk och miljömässig synvinkel kommer också en kunskapsbank att byggas upp kring tekniker för att få robusta sensorer och en robust överföring av data i denna typ av miljö, Denna information kan sedan användas för framtida utveckling av godsvagnar som passar bättre framtidens sensornät bättre. 5. Det övergripande syftet med projektet är att visa på hur trådlösa sensorer på godsvagnar kan förbättra säkerheten och underlätta preventiv service och underhåll vid transporter på järnväg vilket i sin tur förbättrar logistiken och ger effektivare transportflöden. Metod: En testbädd för sensorer på godsvagnar utgående från ett scenario där data skall överföras till en RFID tag (ISO 18000-6 typ C) som är monterad på vagnen så att denna kan läsas av från Banverket avläsare kommer att byggas upp. Testbädden skall kunna utnyttjas för att testa olika typer av trådlösa sensorer (tex. temperatur, rörelser, stötar, skador, vibrationer) i vilket också ingår att bestämma hur signalerna från sensorerna skall signalbehandlas för att ge viktig information på vilket beslut kan tas. För att finna lösningar kring hur ett robust system skall kunna byggas upp kommer den trådlösa överföringen mellan sensorer och mätdatainsamlingsrouter/RFID tag att bli en testbädd för detta. Den elektromagnetiska vågutbredningen på vagnen kommer att ge information om optimal placering av sensorerna. Resultatet skall visa på vilka frekvenser som skall användas, hur de trådlösa sensorerna skall kunna adaptera till miljön alternativt utnyttja ett diversitetssystem för att uppnå en robust kommunikation mellan sensor och tag. Förväntat resultat: Arbetet skall bana väg för adaptiva trådlösa sensor system som kan arbeta i de ogästvänliga miljöer som en godsvagn erbjuder i form av kraftigt varierande temperaturer, stora G-krafter (stötar mot rälsen), is och smuts. Samtidigt som sensor noden måste genera sin egen energi och ge en robust kommunikation med router och dennas RFID tag funktionalitet. Ett tänkt scenario är att RFID taggen är en trådlös router som pratar trådlöst med sensorer och med yttre RFID läsare. På lång sikt kan man genom att införa mer sensorer på godståg få en (i) Ökad trafiksäkerhet, (ii) Ökad kvalitet, (iii) Nya affärsmodeller (iv) Besparingar i form av mindre slitage, (v) Bättre Logistik och (vi) Minskad miljöpåverkan, (vii) Förbättrad logistik och (viii) Effektivare transportflöden. Resultatet kan också ligga till underlag för krav på trafiksäkerhetsutrustning.Abstract: To be able to improve the reliability for the freight transports on the railroad and consequently the logistics in the future there is a demand of wireless sensor and sensor systems onboard the freight wagon which are connected to RFID tags of the vehicle. By the use of the information from these sensors the tag is updated with information about the mechanical status of the wagon – wheel bearings, break pads, bogie/movement dynamics, rotating wheel axles and wheel bearings but also pollutant (e.g. chemicals) from the wagon. It is also important by the help of sensors to retrieve information about the geographical position of the logistics, temperature, movement (shocks and damages) but also if intentional influence or intrusion has occurred in the freight wagon. A major problem in realizing the wireless sensor network is that a reliable (robust) communication link is very important, the sensors must be able to operate in a very harsh environment, have a very long life cycle and be self-supporting concerning energy. The environment on a fright wagon is also very demanding for a wireless system due to all the metal parts, which increases the demands of reliability of the system. State of the art During the spring of 2009, the company Triona in cooperation with Uppsala Center for Wireless Sensor Networks (WISENET) has performed a survey about the use of sensor networks onboard trains where the companies A-trains, Green Cargo AB, Swedtrac AB and Föreningen Underhållsteknik (UTEK) have been contacted. The result showed that sensor applications are used in very small extent and a vision of usage is generally missing. A few relevant exemptions are – Malmtrafik I Kiruna AB and Flytoget (Norway). In both these cases the surveillance is only by controlling the bearings onboard railcars where it is possible to use wire bounded sensors and the energy support for the sensors are already installed. Onboard freight wagons wireless sensors are needed for minimal usage of wire installations. When installed power support is missing there is a need for the sensors so scavenge energy by them self. During a number of months Banverket’s measuring wagon have been used as a test-bed for a smaller wireless sensor network. The wireless sensor network was connected to three different metal housings for bearings for measure the temperature of the bearings and a fourth sensor was used to measure the air temperature (reference). After some time of use several of the sensors had problems with stability or ceased functioning. The result of this experiment shows that, due to the harsh environment, the sensors and wireless connection must be designed more robust than before [1]. The companies cooperating in this project were Banverket, TNT Elektronik AB, Hectronic AB, SICS, Triona AB and Uppsala University. Primarily this application is for further development of above mentioned sensors (miniaturization, different types of sensors, stability) along with development of routing techniques of processed sensor data via RFID to stationary detectors which the wagons are passing by. Studies and demonstrations of energy scavenging functions are also by importance in this project.
Item type: