基于GPRS的運用客車實時作業信息管理系統研究與實現

蘇翊洲，任 巍

（太原鐵路局 車輛處，山西太原030013）

客運安全是鐵路安全運營的重中之重，客運列車發電車和車檢的定時巡檢作業是客運安全的重要保障。客運工作人員定時進入發電車車廂內巡檢發電機組及定時巡檢列車頭中尾部設備，保障列車安全運行，但是地面管理人員無法實時了解到車上的巡檢作業情況，無法確認其是否按規定路線、時間、地點以及次數檢查到位，存在較大的監管漏洞和安全事故隱患。同時地面工作人員如發現車上巡檢作業人員未及時巡檢作業也無法進行提醒。針對這種情況，將傳統的射頻識別巡檢作業工作與先進的實時傳輸技術融合，提出一種全新的基于GPRS的實時作業信息管理系統，實現現場巡檢作業的實時監管，對鐵路安全運營具有現實意義和較高的經濟效益和社會效益。

1 系統結構

基于GPRS的實時作業信息管理系統主要由車載作業系統、車－地傳輸系統、地面綜合信息管理系統3部分組成。系統總體結構如圖1所示。

車載作業系統主要由作業人員定時手持作業管理器對準工位作業鈕實現作業，其中發電車巡檢作業包括4個工位鈕，分別安裝在發電車的發電機組等重要設備旁，使巡檢人員可以兼顧到所有設備，保障安全；列車車檢巡檢作業包括3個工位鈕，分別安裝在列車的頭、中、尾部。每個工作人員最初都要先巡檢作業自己的人員身份識別鈕，以保證系統識別不同人員的工作。

圖1 系統總體結構圖

車地傳輸系統主要負責將車載作業信息通過GPRS無線網絡傳輸到地面。GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務技術）是以封包方式傳輸，通過路由管理進行尋址和建立數據連接，不需要布線，只要在手機能夠收到信號的地方就可以連通網絡，成本低廉，實現了車載作業管理器和地面服務器之間信息的實時傳輸。

地面綜合管理系統包括數據服務器和客戶端訪問兩部分。數據服務器負責接收地面車載作業管理器上傳來的作業信息，包括作業人員、作業鈕號、作業時間以及作業管理器編號等信息，服務器根據預先設定好的作業要求，對車上傳來的信息予以考核顯示，客戶端可以查看任意車次的實時作業信息，對于未及時作業的情況，根據要求啟動短信模塊，提醒現場工作人員及時巡檢作業，保障列車安全運行。

2 系統功能架構

2.1 系統硬件設計

作業管理器應能完成數據采集、保存、定時發送等功能，并且耗電少、配有可重復充電的大容量電池，可持續長時間正常工作。數據采集采用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長和可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別，可大幅提高管理與運作效率，降低成本。系統硬件結構圖如圖2所示。

為保證鐵路長時間運行的需求，系統設計了統一的充電箱，采用繼電器自動控制充電的開始與結束，統一USB接口，方便實現設備的充電，保證設備的不間斷使用。

圖2 系統硬件結構圖

2.2 系統數據庫設計

系統處理信息數據海量、數據實時性要求高、數據關系復雜，因此系統數據庫設計質量是整個系統能否長期高效、穩定運行的關鍵。

2.2.1 系統數據庫需求分析

基于GPRS的實時作業信息管理系統對后臺數據庫的主要任務需求為：

（1）可實時顯示當前運行車次的作業情況；

（2）可實時顯示車載設備的狀態；

（3）可實時提示未正常作業情況；

（4）可按需求查詢、統計指定時間段的各車次的作業情況。

2.2.2 數據庫主要數據內容

實時作業信息管理數據主要內容包括：

（1）實時運行數據：上傳時間、作業時間、信息鈕號、作業管理器編號等。

（2）信息鈕數據：信息鈕號、信息鈕類型、信息鈕所裝配車次、所代表的工位或人員信息。

（3）車次信息數據：車次編號，關聯裝配車次、當班時間的起始、結束時間，作業要求間隔、可允許誤差等信息。

2.2.3 數據庫設計原則

（1）數據庫設計需同時滿足實時數據管理和統計分析雙重任務，具有聯機事務處理和聯機分析處理系統的雙重特點。

（2）數據庫設計應滿足系統擴展的需要，一旦上線運行，其設計修改及調整將非常困難。

（3）數據庫維護工作量要盡量小，數據備份工作對系統運行影響應小，一旦發生數據庫崩潰，恢復時間限定在2h以內。

2.2.4 數據表設計

系統采用SQL Server2008數據庫。SQL Server2008是一個重大的產品版本，它推出了許多新的特性和關鍵的改進，使得系統可以以很高的安全性、可靠性和可擴展性運行服務器最關鍵任務的應用程序，它已經成為至今為止最強大和最全面的SQL Server版本。

圖3所示為系統幾個主要數據表的關系圖。

圖3 數據庫主要關系圖

根據設計構建基于雙機熱備的數據庫實例，數據庫對于系統的實時作業信息響應及時，擴展能力充足，維護工作較小，為實時作業信息管理系統提供有力的信息化支撐。

2.3 地面綜合管理系統軟件設計

地面綜合管理系統主要包括服務器數據處理、客戶端軟件兩大部分，服務器負責接收車地傳輸系統傳輸來的車載作業信息，并做相應數據處理；客戶端軟件負責實時顯示車載作業系統的作業情況。

2.3.1 服務器數據處理軟件設計

車載作業系統將作業信息通過GPRS無線網絡傳輸至系統數據服務器，通過域名解析地址使作業信息準確傳輸至目的地，系統中采用經濟、穩定的花生殼域名解析軟件。服務器主要負責接收數據和通過比對將作業信息予以處理。

（1）服務器數據處理軟件初始化

軟件通過ODBC連接數據庫實現軟件初始化，并查看各車次行車作業表當天在此次當班時間中是否存在，不存在則追加行車作業表至當天的當班。

（2）服務器數據處理軟件接收數據

軟件實時掃描記錄行，有記錄則分塊存放至“實時數據”表中，無記錄則等待下一次循環掃描記錄行。

（3）服務器數據處理軟件處理數據

對于上傳而來的“實時數據”，服務器數據處理軟件根據相應條件置相關信息，實現實時作業狀態及時間等信息顯示。

圖4所示為服務器數據處理軟件流程圖。

圖4 服務器軟件流程圖

2.3.2 客戶端軟件設計

系統客戶端軟件可實現實時顯示所有在線運行的車次的當班作業情況，進行系統設置、作業歷史詳單查詢、統計、報表打印等功能。客戶端軟件模塊劃分如圖5所示。

客戶端軟件是專門針對鐵路發電車巡檢作業、列車巡檢作業編制的軟件系統，針對性強，界面友好，操作簡單，具有如下特點：

（1）多級權限設置保障系統安全

系統共分3級操作權限級別，一般用戶僅擁有對系統查看的權限，即只可查看實時作業情況和歷史作業情況；操作員用戶除了可以查看系統作業情況外，還可對系統進行一般性設置；最高級的管理員可對系統做任何操作，包括對其他用戶的添加、刪除等操作。

圖5 軟件功能模塊框圖

（2）任意選擇觀看車次

系統管理員在添加或修改一個用戶的可查看作業情況權限時，可以任意選擇不同運用車間的車次，只要將數據庫中已存在的作業車次前面的方框勾選即可實現不同車次任意組合的作業情況的查看。

（3）實時顯示當班作業狀態

系統后臺運算出每個車次的實際當班時間并根據各車次一個當班時間實時顯示各車次作業情況，方便按班次查詢統計作業情況。

（4）作業報表多方式查詢統計

系統作業查詢統計選單處可實現各車次歷史作業情況的查詢統計，包括按車次、人員、包乘組等多種組合查詢方式，按時間、人員、車次等統計正檢、晚檢、未檢率等，方便管理部門多方式考核作業情況。

（5）系統報警日志查詢

系統對于非正常作業情況產生的報警日志可按多種方式查詢顯示。

（6）多種查看作業管理器數據方式

系統可以通過USB數據線聯機查看作業管理器上的數據，可以實現將數據以txt文本格式下載至電腦，系統也可以根據作業管理器無線上傳至服務器的數據查看作業情況，保障數據的完整性，為事故分析等提供依據。

3 結束語

該系統于2010－11底在大同運用車間安裝調試，經過多次試運行和現場測試，完善和優化硬件及軟件功能，使系統逐步滿足使用要求，系統采集數據準確，傳輸準確及時，服務器系統運行穩定，客戶端功能完善、操作靈活，為管理部門隨時了解列車作業情況提供強有力手段。

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