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研究生: 張寶騌
Chang, Pao-Tsung
論文名稱: 結合Arduino與Unity應用於軌道監測之可行性評估
The Feasibility of Railway Monitoring Application by Integrating Arduino and Unity
指導教授: 郭振銘
Kuo, Chen-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 軌道監測物聯網遊戲引擎無線傳輸管理互動平台ArduinoUnity
外文關鍵詞: Railway Monitoring, IoT, Game Engine, Wireless Transmission, Manage Interactive Platform, Arduino, Unity
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  • 近年來科技日新月異,可以看到許多物聯網與遊戲引擎等技術應用於工程領域中,而較少運用於軌道場域。因此本研究欲結合以上技術建立軌道狀態監測系統與管理互動平台,提出應用於軌道監測的初步架構,如此希望能提高軌道養護範圍與管理效率。
    考量經濟性,本研究主要使用Arduino微控器連接相關感測元件,製作出一套低成本且輕量化的監測示範模組,供未來廣泛佈設,用於監測道碴軌道中列車通過產生的振動加速度、動態橫向阻力以及鋼軌應變等狀態。監測模組使用無線傳輸方式將數據回傳,並比較了XBee與Cat M1兩種低功耗傳輸模組的特性與效果。
    研究以新左營站南端地下化之出土段做為監測地點,觀察該地點長時間的軌道狀態。並從自強、普悠瑪與區間車各挑選一班車,監測近一個月所產生的數據。研究發現三班車動態橫向阻力皆有微幅上升趨勢,而振動加速度則是普悠瑪呈下降趨勢,推測分別受石碴緊實程度與車速影響。此外,因自強號是動力集中式車型,因此每天產生的監測數值皆有較大的變異性。
    研究結合Civil 3D與Unity建立管理互動平台,使監測數據之趨勢能以視覺化的方式呈現於其中,提供判讀,另外亦建立狀態表單填寫功能並將狀態摘要呈現於模型對應位置,供管理人員便於追蹤及瀏覽狀態之用。
    本研究提出一個以低成本設備應用於軌道監測之可行性方案,並結合遊戲引擎將數據應用於後端平台之架構。期後續能廣泛應用,以增加軌道監測之效率。

    Pao-Tsung Chang
    Chen-Ming Kuo
    In recent years, many technologies such as IoT and game engine can be seen in engineering fields, but less in railway. Therefore, this study attempts to establish a railway condition monitoring system and a backend interactive platform. Proposing a preliminary framework of monitoring network. So as to expand the scope of track maintenance.
    This study using Arduino which connecting weight sensor, accelerometer and strain gauge to monitor the dynamic lateral resistance, vibration and strain generated when the train passes through the ballast track. In terms of transmission, use low-power wireless module to transmit data and compare the characteristics and effects of XBee and Cat M1 .
    Selecting one of train from each type of train(Tze-Chiang / Puyuma / Local train)to analysis their trend. It is found the dynamic lateral resistance showed a slight upward trend, the vibration showed upward trend in Tze-Chiang and Local train, but Puyuma in downward. Because Tze-Chiang is Push–Pull train, so the the values generated every day have great variability.
    Finally, use Unity to build a manage interactive platform, present the data trends in the user interface. The monitoring information on-site can correspond to the model position. It is easy for manager to operate with data visualization. Also design a form that allows to fill in the status description for follow up management.
    Due to using the low-cost IoT devices, it provides a low-cost solution for railway monitoring, which is suitable for extensive deployment and serves as an auxiliary state judgment.

    摘要 II EXTENDED ABSTRACT III 致謝 XIII 目錄 XIV 圖目錄 XVII 表目錄 XXI 第 1 章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法與流程 3 1.3 文獻回顧 4 1.3.1 軌道監測管理 4 1.3.2 物聯網工具於工程上的應用 5 1.3.3 遊戲引擎於工程上的應用 8 1.4 小結 10 第 2 章 Arduino監測模組建置 11 2.1 開發工具介紹 13 2.1.1 Arduino微控制器 13 2.1.2 MPU6050 加速度計 18 2.1.3 KSM133重量感測器 19 2.1.4 BF350-3AA 應變計 20 2.1.5 XBee PRO S3B無線通訊模組 21 2.1.6 Cat M1無線訊號監控模組 23 2.2 整合製作與量測流程 26 2.2.1 整合製作_XBee模組方案 29 2.2.2 整合製作_Cat M1模組方案 34 2.2.3 現地安裝 36 2.2.4 無線傳輸效果比較 39 2.2.5 數據接收與初步處理 41 2.3 成本估算 43 第 3 章 建置Unity管理互動平台 45 3.1 使用軟體介紹 45 3.1.1 Autodesk Civil 3D 45 3.1.2 Unity 47 3.1.3 Visual Studio Community 48 3.2 軌道模型建置流程 49 3.2.1 取得路段圖說 49 3.2.2 Civil 3D建置軌道模型 50 3.2.3 軌道模型匯入Unity 54 3.3 平台介面與腳本 55 3.3.1 規劃操作頁面 55 3.3.2 編寫功能腳本 57 第 4 章 監測成果與互動平台應用 60 4.1 監測成果 61 4.1.1 車種數據特性 61 4.1.2 數值現象探討 66 4.1.3 狀態趨勢分析 68 4.1.4 監測成果小結 74 4.2 管理互動平台應用 76 4.2.1 串接監測數據 76 4.2.2 數據趨勢呈現 77 4.2.3 狀態註記 78 第 5 章 結論與建議 79 參考文獻 81

    [1] 黃民仁、張欽亮, 新世紀鐵路工程學. 台北市: 文笙書局, 2007, pp. 10-6.
    [2] 交通部. "1067公厘軌距鐵路長焊鋼軌舖設及養護規範." 2018.
    [3] 交通部. "1067mm軌距軌道養護檢查規範." 2021.
    [4] 張泰源, "IoT技術於工程管理之應用," 中鼎集團電子報, vol. 468, 2021.
    [5] 林暐力, "低成本三軸加速規應用於橋梁安全監測可行性之評估," 碩士論文, 營建工程系, 國立臺灣科技大學, 台北市, 2018.
    [6] S. Cheedella, J. Manne, K. S. Vamsi, and N. Yalamanchili, "Railway Track Monitoring System Using Arduino With LoRa," 2020.
    [7] 呂欣倫, "結合BIM與Unity技術互動式呈現住家節電樣式與教育," 碩士論文, 土木工程學系, 國立中央大學, 桃園市, 2016.
    [8] "Tengo Interactive VR Training Solutions for Russian Railways." https://reurl.cc/OAZZmg, Nov.1, 2016, [Jun.22, 2022]
    [9] 陳沛璇, "利用虛擬實境訓練工程師指揮鋼構組立之作業-以山月吊橋為例," 碩士論文, 土木工程學系, 國立成功大學, 台南市, 2021.
    [10] A. Nikitin, N. Reshetnikova, I. Sitnikov, and O. Karelova, "VR Training for Railway Wagons Maintenance: architecture and implementation," Procedia Computer Science, vol. 176, pp. 622-631, 01/01 2020.
    [11] 台灣物聯科技. "Arduino與樹莓派哪款開發板更適合你." https://reurl.cc/Rr55YG, Jul.6, 2018, [Mar.10, 2022]
    [12] "Arduino Uno功能簡介." https://reurl.cc/zZ33Ke, [Mar.15, 2022]
    [13] 趙英傑, 超圖解Arduino互動設計入門. 台北市: 旗標科技, 2020, pp. 8-9.
    [14] 楊明豐, Arduino最佳入門與應用: 打造互動設計輕鬆學 (第3版). 台北市: 碁峰資訊股份有限公司, 2021, pp. 8-2~8-3.
    [15] 陸向陽. "【Maker進階】認識UART、I2C、SPI三介面特性." https://reurl.cc/7DGGl1, Jul.12, 2016, [Jun.18, 2022]
    [16] 何紹彭. "Wi-Fi、藍牙、ZigBee-無線通訊三強,誰主沉浮?." http://www.ibtmag.com.tw/new_article.asp?ar_id=24983, [Jun. 21, 2022]
    [17] "XBee模組通訊實驗(二):認識XBee."
    https://reurl.cc/rDyyKE, [Mar.15, 2022]
    [18] 郭晉瑋, "以軸箱頻率響應函數矩陣量測輪軌力," 碩士論文, 土木工程學系, 國立成功大學, 台南市, 2020.
    [19] 雲里物里科技. "物聯網中六種無線通信技術的對比." https://ppfocus.com/0/di2629059.html, Oct.13, 2020 [Jun.15, 2022]
    [20] "LTE-M." Wikipedia. https://reurl.cc/NAvvx5, May 16, 2022, [Jun.11, 2022]
    [21] "什麼是NB-IoT?什麼是LTE CatM1?"
    https://kknews.cc/zh-tw/tech/vprzke2.html, Aug.1, 2017, [Jun.10, 2022]
    [22] 中華電信. "IOT智慧聯網大平台." https://reurl.cc/j1zzry, [May12, 2022]
    [23] 林恆賢, "軌道養護資訊模型之初探," 碩士, 土木工程學系, 國立成功大學, 台南市, 2021. [Online]. Available: https://hdl.handle.net/11296/kvqakq
    [24] 白瓊珊, "利用Civil 3D建立3D道路廊道模型," 碩士論文, 營建工程系碩士班, 朝陽科技大學, 台中市, 2013.
    [25] "Unity vs Unreal : 兩大遊戲引擎優缺點比較."
    https://reurl.cc/o1kk8V, Dec.24, 2020, [Apr.22, 2022]
    [26] 林煒埕, "結合建築資訊模型及混合實境建構輔助機電工程施工之協同系統," 碩士論文, 土木工程學系, 國立成功大學, 台南市, 2021.
    [27] "XCharts." https://github.com/XCharts-Team, [May10, 2022]
    [28] 陳鴻麟, 鐵道工程實務. 台北市: 詹氏書局, 2018, pp. 3-28~3-33.
    [29] 白御宏, "無道碴彈性基鈑軌道減振效能探討," 碩士論文, 土木工程學系, 國立成功大學, 台南市, 2018.

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