鐵路貨車實時追蹤及現車管理方案研究

徐承禹，崔艷萍

（1.太原鐵路局 信息技術處，山西 太原 030013；2.中國鐵道科學研究院 運輸及經濟研究所，北京 100081）

充分利用現有鐵路信息化建設成果，全面實現對鐵路列車、機車、車輛、貨物的實時管理和追蹤，符合鐵路精細化生產組織的需要，是鐵路信息化在運輸組織中的核心目標，也是鐵路實行貨運電子商務、提升服務質量的重要前提。

1 貨車追蹤及現車管理現狀

目前，我國鐵路基于車站報告的全路貨車動態追蹤管理信息系統已經投入使用，可以為運輸組織及車輛管理部門提供查詢機車、車輛的軌跡信息，以及鐵路局范圍內的現車保有量信息和分界口出入車信息等功能，在一定程度上為客戶提供了貨車、貨物追蹤服務。但是，由于該系統是基于車號識別信息與確報的匹配后獲得的貨車軌跡數據，而車號識別系統僅部署在編組站、區段站、分界口，因此系統也只能實現大節點的追蹤服務。

掌握各車站的現車是調度指揮的重要工作，由于在現有車站系統中采用人工確認列車的到達和出發，也造成現車數據的不準確。總體而言，目前貨車追蹤及現車管理的不足之處體現在 3 個方面。

（1）實時性、準確性有待提高。難以準確掌握所有列車的運行狀態、準確位置、編組情況，所有機車的運用狀態、位置、走行公里、故障情況，以及車輛的重車去向、空車分布、現車分布、運用狀態、檢修情況、車流分布。

（2）貨物的實時追蹤無法實現。缺乏準確定位，無法實現對貨物的實時追蹤，難以為貨主提供高品質的服務。

（3）無法實現列車的安全實時檢測。由于缺乏車—地雙向數據傳輸系統，難以實現車載安全設備的實時檢測、遠程報警及診斷，為鐵路的安全運營提供安全保障。

2 貨車實時追蹤及現車管理原理

近年來，地理信息技術(GIS)、GPS 衛星定位技術、“北斗”衛星導航系統迅速發展，為列車提供了準確定位的手段；GPRS、WCDMA、TD-SCDMA等移動無線傳輸網絡在傳輸速度上為車—地雙向數據傳輸通訊提供了保障，鐵道部已經在全路范圍內成功實施了網絡安全平臺，使鐵路運輸生產網與外部互聯網之間形成高速、安全的傳輸通道。因此，采用機車車載設備與地面的實時信息交換，實現列車、機車的實時定位和追蹤，通過列車編組的電子化及列車到達和出發的自動觸發，實現對貨車、貨物的追蹤及現車管理。根據貨車追蹤管理方式，稱之為“基于 3G(GPRS、GPS、GIS)技術實現列車、貨車實時追蹤及現車管理”。

以信息資源高度共享、投資最小、效益最大為原則，基于 3G 技術實現列車、貨車實時追蹤及現車管理的思路是：在每臺機車上安裝一套以基于移動通訊技術和衛星定位技術、擴展性好的信息處理、傳輸設備，在設備上安裝應用系統，通過無線 3G 網絡、經過鐵路網絡安全平臺，定時或按需向位于鐵路運輸生產網內的地面系統傳輸列車位置、機車運用、運行狀態、車輛編組、機車乘務員超勞預警等信息，經過功能擴展，傳回線路、接觸網等其他信息。另外，在有作業的車站新增列車到發處理系統，采用 IC 卡或移動存儲設備與機車交換列車編組信息，實現機車與車站系統編組的自動核對與車輛檢修或貨車的加入、剔除；結合現有調度系統、車站現在車系統、車號識別系統、確報系統、貨票等各系統，鐵路局級數據處理系統負責加工和處理車站傳回的列車到發等相關信息，以及機車傳回的機車、列車編組及其他監控信息，形成包含列車、機車、車輛等狀態信息、位置信息、運用信息的實時數據庫、歷史數據庫，真正實現列車、機車、車輛、貨物的實時追蹤及管理，切實提高調度指揮、運輸組織、運營管理現代化水平，為建立貨運電子商務平臺提供支撐，實現鐵路運輸效益最大化。

3 各種貨車追蹤管理方式的比較

3.1 貨車追蹤方式

目前，通過整合現有系統實現追蹤管理的方式有5 種。

（1）利用車號識別和確報的匹配實現追蹤。目前，實現貨車追蹤采用車號識別數據與預確報數據進行匹配的方法，追蹤數據準確。但是，采用這種方式追蹤，報告信息點不密集，只能實現大節點追蹤，無法及時反映實際的車輛位置狀態、運用狀態，投入產出效率低[1]。

（2）利用紅外線的車號識別功能與確報的匹配實現追蹤。為增加車號識別信息的采集點，可以將紅外線設備作為貨車追蹤設備的擴充部分。這種方式的優點是追蹤粒度更小，缺點是紅外線設備不都具備車號識別功能，即使識別功能具備，由于報文丟失、重復報文、報文不全等原因存在，使得數據處理非常復雜，與大節點追蹤一樣無法及時反映車輛位置狀態、運用狀態。

（3）基于分界口、編組站的到發貨物列車和編組內容自動校驗和前臺人工校驗、確認，以及調度所貨物列車甩掛計劃相結合的方式，實現現車管理和貨車追蹤。廣州鐵路(集團)公司基于上述方式實現了鐵路局管內的現車管理及貨車追蹤。優點是比較準確地實現了貨車分布的推算，缺點是無法掌握機車狀況，欠缺數據實時性，人工核對因素增加了數據錯誤的幾率[2]。

（4）基于 TDCS、CTC 調度指揮系統與確報系統、現車系統的自動數據分析實現貨車分布、貨車追蹤。優點是在不增加投入的情況下實現現車管理的輔助決策，缺點是由于各系統間數據格式、內容不完全一致，數據分析復雜，信息點少，造成追蹤數據不確切，系統運行穩定性差。

（5）基于 3G(GPRS、GPS、GIS)技術實現列車、貨車實時追蹤及現車管理方式。

3.2 各追蹤方式比較

比較上述 5 種追蹤方式，如表1 所示。從表1 可以看出，基于 3G 技術實現列車、貨車實時追蹤的方式能夠有效實現列車精確定位和對列車、機車、車輛、貨物的實時監控，并且系統可擴展性好，數據正確性高，系統運行穩定，相比其他 4 種追蹤方式，優勢明顯。

表1 5 種追蹤方式比較表

4 總體框架與功能構成

該系統在設計時不僅以貨車追蹤為目標，還能夠實現對機車的管理、追蹤，實現列車的運行監控、車—地命令交互、應急通話，以及乘務員超勞預警，并且實現接觸網檢測、線路檢測、貨物監控等功能。因此，該系統的建設和運轉涉及到鐵路調度、機務、電務、車務、車輛、信息等各業務部門，甚至涉及到鐵路局與鐵道部、鐵路局與鐵路局之間的協調，為鐵路運營管理提供信息支撐。系統總體框架如圖1 所示。

在總體框架中，包括了車—地雙向信息統一傳輸平臺(包括內外網)、車載綜合應用平臺、運輸信息數據處理系統，列車追蹤信息綜合應用平臺(分為鐵路局、鐵道部 2 個級別)、以及車站列車信息處理系統等部分，其功能如表2 所示。

5 技術要點

5.1 建立統一的路網拓撲圖

判斷運行中的列車位置信息是處理車地數據時的必需過程，由于通過定位坐標判斷列車處于路網位置(鐵路局、車站或區間)，增加了判斷的復雜性，只要從機車車載系統中獲取當前場站、進出站信號機、當前公里標信息及線路信息即可進行判斷，而且利用LKJ 信號觸發，能真實反映列車的到達出發等實際運行情況，排除人為原因造成的不準確性。為使各鐵路局的系統都能夠正確分析處理車—地數據，需要建立全路統一的路網拓撲圖，如圖2 所示。圓表示車站或站場，是行車的每個節點，箭頭表示下行方向，所有節點之間用下行方向表示，而且節點名稱應與調度CTC、TDCS 系統、車載 LKJ 數據一致。

圖1 鐵路貨車實時追蹤系統總體框架

表2 鐵路貨車實時追蹤系統功能構成

圖2 路網拓撲示意圖

5.2 狀態印證機制和數據交換機制

5.2.1 機車與車站

按照規定，當貨物列車編組變化時，車站需要給司機提交列車編組單(運統一)，系統將編組單進行電子化，在車站交給司機紙質編組單的同時，用IC卡(支持移動存儲介質)將編組信息提交給司機，由司機將編組信息更新到車載綜合應用系統中。編組信息包括車號、車種、空重、自重、載重、貨票號、發站、到站、收貨人等，為車輛追蹤、定位提供基礎信息。在列車運行中，系統會自動將列車編組發到前方車站。當列車在車站有編組或甩掛等作業時，司機在交給車號員(或其他崗位)編組單和貨票時，同時用 IC卡(或移動存儲介質)下載編組順序，并且交給車站人員，由車站人員在“車站列車信息處理系統”中核對，提供自動對比功能，減少人工核對車號的工作。為避免由于人為原因造成列車編組的錯誤，當“路局級列車追蹤信息綜合應用平臺”通過對比車號識別系統發現有錯誤時，自動會給前方車站發送列車編組錯誤告警，提醒車站及時修正編組的錯誤。

5.2.2 機車與鐵路局

機車定時或者按照要求向地面報告狀態信息、運行信息，如機車運用狀態、列車運行狀態、定位信息、乘務信息、車次信息、速度信息、運行前后方節點、線路信息等；當列車到達某站時報告到達信息，當列車出發時報告出發信息、編組信息、運行前后方節點、線路信息等；另外，根據需要報告其他信息。

5.2.3 車站與鐵路局

“車站列車信息處理系統”通過基于服務的、以事件驅動的、基于 SOA 架構的更新代理，實現與鐵路局“列車追蹤信息綜合應用平臺”的數據實時交換，如列車預告信息、列車編組信息、編組錯誤信息、列車到達出發信息(雙向傳輸、相互印證)、現車信息、車輛檢修剔除或加入等信息。列車與車站的信息交換及車站與鐵路局的信息交換互為補充、相互印證、相互完善，提高數據的準確性和及時性。

5.2.4 鐵路局與鐵道部

各鐵路局與鐵道部之間通過采用基于 SOA 架構的數據同步技術的更新代理實現數據同步，當鐵路局級數據變化時，鐵路局級系統會及時將變化信息提交到鐵道部級系統，鐵道部級系統更新后，為保障各鐵路局數據的及時性、準確性，鐵道部級系統又會將變化反饋到相關鐵路局，可以防止部分鐵路局因車—地通道故障造成的數據更新延遲。

5.3 車—地數據交換通道互備

利用各鐵路局網絡安全平臺實現車—地數據交換通道的互備。網絡安全平臺的實施為車地數據雙向傳輸提供了先進、安全、高速的傳輸通道。各鐵路局配屬機車上的車載系統只需要訪問本鐵路局的外網通訊服務器，即可實現數據的雙向傳遞。作為備份通道，當本鐵路局網絡安全平臺發生故障時，車載設備可以通過鄰局的外網通訊服務器實現與鐵路企業網應用服務器的數據交換，通訊通道的互備可以有效提高系統運行的穩定性和可靠性。

6 結束語

系統建成后將對鐵路運輸起到重要的作用，主要體現在以下 4 個方面。

（1）提高調度、運輸組織水平。通過此系統，能夠實時掌握多項信息：①及時掌控列車的運行情況，如實時運行速度、位置、操縱狀態跟蹤，實時掌握列車編組、列車質量狀態情況；②掌控機車的運用情況，如機車的分布及運用狀態、機車設備的遠程診斷、警報、實時監測，加強各級調度指揮部門與機車的聯系通道，通過向司機下達指令和應急通話，指導司機正確操縱機車和針對突發情況的應急處理，建立事故救援快速反應機制；③能夠掌控貨車的分布情況，可以實時掌握每一時刻全路貨車的分布情況、車輛的空重狀態、車種的分布情況，以及未來時段即將到達某范圍或車站的重空車輛數量，為組織裝卸車，加快車輛周轉，提高車輛利用率、縮短貨車周轉時間提供信息；掌握分界口重空車流、車站車流去向，為更好地編制重空調整計劃、更合理地進行車流調整提供可靠的依據；④真正解決司機乘務員超勞問題，解決機務段手工錄入司機報單，解決機車指標的手工統計分析。

（2）提高運輸效率，減員增效。由于大大減少車號員抄車、核對現車的工作量，可以提高行車組織效率，甚至可以設置兼職車號員，真正達到減員增效的目的。

（3）提高客戶服務質量，增強鐵路競爭力。真正實現貨車、貨物實時追蹤，準確反映貨物及車輛的實時位置和運行軌跡，既為運輸組織和指揮提供實時準確的信息，也可為貨主提供所運貨物的當前位置信息和預計到達時間等信息。

（4）提高運輸安全保障能力。為安全應用系統、救援系統、應急指揮系統提供詳實準確的位置信息、地理信息、環境信息，為智能鐵路安全保障體系提供技術支撐。

[1]王慶文，岳雪梅，潘紅芹. 鐵路貨車動態追蹤管理信息系統總體方案的研究[J]. 鐵路計算機應用，2005，14(7)：111-113.

[2]曾長云. 鐵路局現車管理和貨車追蹤系統的設計與實現[J]. 鐵路計算機應用，2006，15(9)：21-23.