工業鐵路車輛位置跟蹤方法

程　磊,　陳　峰,　徐勁松,　董　煒

(1.合肥工業大學 計算機與信息學院,安徽 合肥　230009; 2.馬鋼(合肥)鋼鐵有限責任公司,安徽 合肥　230000; 3.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 鐵路運輸公司,安徽 馬鞍山　243021)

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工業鐵路車輛位置跟蹤方法

程磊1,陳峰1,徐勁松2,董煒3

(1.合肥工業大學 計算機與信息學院,安徽 合肥230009; 2.馬鋼(合肥)鋼鐵有限責任公司,安徽 合肥230000; 3.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 鐵路運輸公司,安徽 馬鞍山243021)

摘要:在企業內部的工業鐵路運輸中,車輛位置信息是運輸組織調度的基礎。為滿足企業運輸管理的自動化、信息化,文章以工業鐵路運輸物流智能調度系統生成的鐵路運輸行車作業計劃為依據,提出了一種軟件形式的車輛位置跟蹤算法,實現了對工業鐵路車輛位置的跟蹤。

關鍵詞:鐵路運輸；物流管理；智能調度；車輛位置跟蹤

0引言

當前,我國冶金、石化、煤礦、港口、碼頭等重點行業領域物品的運輸量非常大,鐵路運輸是這些大型企業內部運輸的重要形式,而車輛位置信息是企業內部鐵路運輸組織調度的基礎。目前對工業鐵路運輸車輛的位置跟蹤采用的方法主要有以下幾種:① 原始的人工管理方式,每天24 h不停地跟蹤記錄龐大的、動態變化的物流信息;但由于人為疏忽和誤操作,經常不能實時、準確地掌握站場的物流信息,從而給下一步作業帶來了困難,甚至使整個作業不能順利繼續進行[1-2];② 采用軌道電路的方式,依靠檢測車輪造成軌道之間的短路來檢測軌道上是否有車占用,但這種方式只能夠檢測軌道是否被車輛占用,無法檢測出車輛的數量和具體是哪一輛或幾輛車;③ 采用GPS全球定位系統[3]，對于內部有數千輛車的較大型企業,這種方式投資較大,而且車載設備的供電問題較難維護，而GPS的民用定位精度不夠精確,容易誤判到其他股道，另外這種方式對于由路局進入企業的非本企業車輛無法定位;④ 安裝采用射頻識別技術開發的車號自動識別系統[4],在每輛車上加裝RFID電子標簽,在所有停放線股道兩端安裝車號自動識別系統[5]，但這種方式投資巨大,一般企業很難承受。

因此,迫切需要一種技術以較低成本實現對工業鐵路運輸車輛及時準確的位置跟蹤[6]。本文以工業鐵路運輸物流智能調度系統生成的鐵路運輸行車作業計劃為依據,提出了一種軟件形式的車輛位置跟蹤算法,實現了對工業鐵路車輛位置的及時、準確跟蹤,而且實現方式簡單,降低了生產成本。

1定位跟蹤的系統設計

工業鐵路運輸物流智能調度系統提供了一種新的工業鐵路運輸車輛位置跟蹤方法,該方法采用計算機、網絡與通信、數據庫等多種理論與技術,通過軟件算法,以工業鐵路運輸物流智能調度系統生成的鐵路運輸行車作業計劃為依據,實現對工業鐵路車輛位置的跟蹤定位。

1.1系統的物理拓撲結構

工業鐵路運輸物流智能調度系統由智能調度計算機、物流管理計算機、信號系統計算機、物流管理服務器、物流管理數據庫、ERP接口數據庫、鐵路機車安控系統、車號識別系統等組成[7]。系統的拓撲結構如圖1所示。

圖1　系統的物理拓撲結構

智能調度計算機與信號系統計算機之間通過通訊線連接，采用RS232通訊；智能調度計算機、物流管理計算機、物流管理服務器、物流管理數據庫、ERP接口數據庫、車號識別系統等各計算機與服務器之間通過以太網通訊線連接；智能調度計算機與鐵路機車安全監控系統通過無線方式通訊[8]。

物流管理計算機負責對車流和物流進行跟蹤,維護現車與物流信息;智能調度計算機結合物流管理數據庫的現車與物流信息、ERP接口數據庫的各裝卸進度信息、庫房料場的信息以及信號系統計算機的作業計劃完成信息自動生成調度作業計劃,并傳送給信號系統計算機和鐵路機車安全監控系統;物流管理計算機負責進出廠作業、裝卸車作業、基礎數據維護、運輸生產計劃維護、統計、查詢等;信號系統計算機負責按照智能調度計算機生成的調度作業計劃開放進路,執行調度作業計劃,并將執行結果反饋給物流管理計算機;鐵路機車安全監控系統接收智能調度計算機生成的調度作業計劃,并將其傳送給機車司機與調度員,指導其進行作業,同時將機車安全監控系統計算機的車列長度信息傳送給智能調度計算機和物流管理計算機，用于復核實際作業情況是否與調車作業計劃相符;車號識別系統負責監測進出廠車輛的車號與時間。

1.2系統的邏輯功能結構

智能調度系統的邏輯功能結構如圖2所示。

圖2　系統的邏輯功能結構

由智能調度計算機生成的鐵路運輸行車作業計劃的執行方式如下:將生成的鐵路運輸行車作業計劃發送到信號系統計算機,由信號系統計算機根據接收到的鐵路運輸行車作業計劃自動選排進路、開放進路,并根據車輛的行駛、到達情況自動實現清勾確認,并將確認信息反饋到清勾處理模塊中。清勾處理模塊接收鐵路信號系統的車輛到達清勾信息,同時讀取智能調度計算機生成的相應的行車調度作業計劃,由車輛位置計算模塊根據以上信息并結合實時的現車信息進行車輛位置的重新計算,生成最新的現車信息并更新物流管理數據庫中的數據,顯示到相關系統中,從而實現車輛位置的跟蹤定位。

2定位跟蹤算法

本文方法是根據行車作業計劃及信號系統等進行車輛定位與跟蹤，車輛位置跟蹤需對每輛車皮確定一個車號，智能調度系統在系統啟動時需要進行站場初始化工作，將當時站場中每個車輛在股道上的順序位置錄入到系統，這些車號信息供后續對車輛定位跟蹤使用。在系統運行過程中還有進、出站的車輛，這些車輛的車號由安裝在站場進出口的車號識別系統自動檢測并上報給調度系統。

鐵路信號系統將車輛到達股道的清勾信息寫入物流管理數據庫中，跟蹤的實時現車信息也保存在物流管理數據庫中。物流管理服務器以2 s為周期對行車作業計劃清勾確認信息進行檢測,當發現有未處理的信息時,通過定位算法對車輛位置跟蹤,其中清勾處理模塊接收鐵路信號系統的車輛到達清勾信息,同時讀取智能調度計算機生成的相應的行車調度作業計劃,由車輛位置計算模塊根據以上信息并結合實時的現車信息進行車輛位置的重新計算,實現車輛的位置跟蹤，并生成最新的現車信息更新物流管理數據庫中的數據,顯示到相關系統中。其中,定位算法是車輛位置計算模塊的核心。

2.1定位模型和數據結構

線性表是最基本、最簡單、最常用的一種數據結構。線性表中數據元素之間的關系是一對一的關系,即除了第1個和最后一個數據元素之外,其他數據元素都是首尾相接的。線性表的邏輯結構簡單,便于實現和操作[9]，因此是廣泛采用的一種數據結構。在實際應用中,線性表都是以棧、隊列、字符串等特殊線性表的形式來使用的。

線性表是線性結構,它是一個含有n≥0個結點的有限序列,對于其中的結點,有且僅有1個開始結點,沒有前驅但有1個后繼結點;有且僅有1個終端結點,沒有后繼但有1個前驅結點;其他的結點都有且僅有1個前驅和1個后繼結點。一般地,一個線性表可以表示成一個線性序列:k1,k2,…,kn,其中k1是開始結點,kn是終端結點。

工業鐵路在運輸調度過程中,不論是掛車操作還是摘車操作,都是在股道和車列的兩端進行,不能隔車操作,因此調度可以模擬成類似線性操作,由此可以將車輛位置的跟蹤問題轉化為線性表的問題。

本文將股道和車列抽象為線性結構,車輛抽象為該線性結構中的組成元素。對于在股道上的車輛,從左到右其車輛的序號Seq從1～n以整數遞增編號；對于車列中的車輛,若其在機車右側,則從左到右車輛的序號Seq從1～n以整數遞增編號,若其在機車左側,則從右到左車輛的序號Seq從-1 ～-n以整數遞減編號。股道與車組模型,如圖3所示。

根據圖3模型,設置2種車輛位置:① 股道上,以股道號表征其位置,包括裝車線、卸車線、停放線、走行線、聯絡線等,不包括有岔區段等行車線路;② 車列中,以機車號表征其位置。車輛需要記錄自身位置信息,包括位置類型RL(股道上/車列中)、位置RLid (股道號/機車號)和序號Seq。

圖3　股道和車組模型

清勾處理模塊接收物流管理服務器檢測到的清勾信息,同時讀取智能調度計算機生成的相應的行車調度作業計劃,由車輛位置計算模塊根據以上信息并結合實時的現車信息進行車輛位置的重新計算。清勾信息的數據結構見表2所列。

表2　行車作業計劃勾包含的信息

其中計劃勾中的作業方式分為3種不同類型,分別為:① 掛車作業,符號“+”;② 摘車作業,符號“-”;③ 通過作業,符號“○”。

2.2定位算法設計

設清勾信息為：機車號Lid，股道號Rid,作業方式W,作業車輛數Tn,作業方向Wd,摘勾方向Pd。假設Rid股道上有K(K>0)輛車,機車Lid左邊帶M(M>0)輛車,右邊帶N(N>0)輛車，定位算法設計思路如下:

(1) 當W==‘+’ 且Wd==‘左’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq≤Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘L’且RLid：=Lid,Seq：=N+Seq;對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq>Tn的車輛,改變車輛位置Seq=Seq-Tn。

(2) 當W==‘+’且Wd==‘右’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq>K-Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘L’且RLid：=Lid,Seq：=-M-(K-Seq+1)。

(3) 當W==‘-’且Pd==‘左’,對于所有滿足RL==‘L’且RLid==Lid,Seq≤Tn-M的車輛,改變車輛位置RL：=‘R’且RLid：=Rid,Seq：=K+M+Seq+1。

(4) 當W==‘-’且Pd==‘右’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid的車輛,改變車輛位置Seq：=Seq+Tn;對于所有滿足RL==‘L’且RLid==Lid,Seq>N-Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘R’且RLid：=Rid,Seq：=Seq-(N-Tn)。

3特點分析

由于物流運輸量越來越龐大,目前的一些鐵路車輛位置跟蹤技術,均存在一定的問題,不適宜在企業內進行推廣。現在的系統作業方式與以前的手工作業方式的對比說明如圖4所示。

圖4　特點分析

與其他車輛定位系統相比,本文提出的基于物流智能調度系統的車輛位置跟蹤方案有以下幾點改進:

(1) 進一步降低了企業鐵路現場人員勞動強度。降低勞動強度、保障作業安全一直是我國企業鐵路現代化所追求的目標,特別是實現物流信息的自動跟蹤進一步簡化了作業過程，并取代了部分人工作業環節,減少了人為因素對作業效率的影響。

(2) 實時、準確地跟蹤車輛信息。通過自動化的智能系統代替手工作業,優化了綜合自動化系統的結構,提高了信息的正確率和及時性,并且可根據需要實時統計全站各場及各股道的現車數,便于調度人員或車站值班員隨時掌握全站車輛的動態信息。

(3) 不僅簡化了企業生產運輸的流程,實現了對業務流程的優化,更有效保證了運輸生產過程的安全性和可靠性,實現了物流管理和物流的運輸過程控制,使得企業鐵路運輸物流成為一個整體。

4結束語

本文在車輛位置跟蹤的基礎上,系統地通過物流管理計算機實現對管轄區域車輛的管理、車輛裝卸作業的管理,根據實際作業進程實現對車輛狀態的維護管理,及時、準確地實現鐵路運輸車輛位置的跟蹤,為工業鐵路物流運輸組織提供調度基礎。

該系統已經在馬鞍山鋼鐵公司等多家冶金企業完成部署工作,并正式運行,有效驗證了系統的可操作性和應用價值。

[參考文獻]

[1]張紅麟.鐵路信息化建設的核心：TMIS[J].計算機系統應用,2003(7):9-12.

[2]王麟書.中國鐵路信息化事業的發展[J].鐵路計算機應用,2002,11(6):31-34.

[3]宋保林.基于GPS的貨物跟蹤系統的研究[D].西安:長安大學, 2008.

[4]萬九生.車號自動識別系統在企業鐵路運輸中的應用探討[J].山西冶金,2001(3):58-61.

[5]孟祥忠,張志剛,李宗明.基于RFID技術的礦井運輸車輛定位跟蹤監控系統研究[J].中國煤炭,2012, 38(4):61-64.

[6]韓富春.冶金企業物流系統現狀分析及發展對策探討[J].物流技術,2003(12):100-102.

[7]魏臻,侯前進,程磊,等.企業鐵路運輸物流自動跟蹤系統的研究與設計[J].合肥工業大學學報: 自然科學版,2005,28(11):1365-1368.

[8]楊立民,胡慶新.鐵路信號計算機聯鎖系統的研究與設計[J].微計算機信息, 2000(2):16-18.

[9]嚴蔚敏,吳偉民.數據結構[M].北京:清華大學出版社,2007:18-63.

(責任編輯胡亞敏)

Research on the method of tracking vehicle location of industrial railway

CHENG Lei1,CHEN Feng1,XU Jin-song2,DONG Wei3

(1.School of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Ma’anshan Iron and Steel(Hefei) Co., Ltd., Hefei 230000, China; 3.Railway Transportation Company, Ma’anshan Iron and Steel Co., Ltd., Ma’anshan 243021, China)

Abstract:Vehicle location information is the foundation of the transportation organization and scheduling within the enterprise railway transportation. For the automation and informatization of enterprises’ transportation management, an algorithm to trace the vehicle position is proposed, which is based on railway transportation operation plan generated by intelligent dispatching system of industrial railway transportation. The vehicle location of industrial railway can be tracked by this algorithm.

Key words:railway transportation； logistics management; intelligent scheduling； vehicle location tracking

中圖分類號:TP311

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5060(2016)02-0190-04

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.009

作者簡介：程磊(1971-),男,安徽潁上人,合肥工業大學副研究員,碩士生導師.

基金項目：國家國際科技合作專項資助項目(2014DFB10060)

收稿日期：2015-01-17；修回日期：2015-12-15