論柳鋼鐵路運輸公司內燃機車定位指揮系統

陳小雄

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司鐵路運輸公司廣西柳州545002）

論柳鋼鐵路運輸公司內燃機車定位指揮系統

陳小雄

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司鐵路運輸公司廣西柳州545002）

本系統將實現精確的內燃機車定位跟蹤管理，將采用GPS衛星定位技術、傳感識別技術、GIS電子地圖技術、GPRS傳輸技術等。集多種傳感技術、Web系統、數據庫技術、服務器等技術于一體，形成一套跨網絡的靈活多樣的內燃機車定位跟蹤指揮系統。經實施證明，本系統有效地解決管理難、跟蹤難、記錄難、工作效率低下、費用成本高等等困擾鋼鐵行業或者第三方需求企業在內燃機車調度指揮管理上的一系列難題。

鐵路；內燃機車定位；調度；數據；定位

前言

柳鋼是西南地區最大的鋼鐵聯合生產企業，2014年產能已超過1200萬t，大量物質進出廠區、廠內流轉和鐵水對罐都是靠24臺內燃機車來完成各項工作計劃。鐵路運輸作業的安全性、實效性要求非常嚴格。人工監控車輛的運行狀況，消耗大量的人力物力。調度員、駕駛員的身心疲憊，還容易出現問題。在內燃機運輸中應用GPS技術，將內燃機車運行動態適時顯示在調度員監控平臺上，使調度人員和安全管理人員更有效地把握內燃機車的運行狀態，更好地執行公司的限速管理規定和運行線路管理規定，對確保鐵路運輸的安全運行起到有效的保障作用。同時對提高內燃機車利用率、適時管理內燃機車運輸都十分有效。

1 創新型定位工作模式

1.1 工作模式介紹

系統以GPS技術作為基礎應用技術，同時結合傳感器技術進行有機的綜合應用作為技術的核心實現。GPS、傳感器都是作為數據源的采集技術，分別通過這幾種技術作為內燃機車運行狀態的數據信息采集。采集回來的數據信息還必須要經過后臺數據的修正及校驗運算，同時由后臺軟件系統將所得信息進行數據融合，最后把校驗好的數據信息匹配到GIS電子地圖上進行可視化展示或者管理。

1.2 系統拓撲設計

本系統將實現精確的內燃機車定位跟蹤管理系統，將采用GPS衛星定位技術、傳感技術、GIS電子地圖技術等。集多種傳感技術、Web系統、數據庫技術、服務器等技術于一體，形成一套跨網絡的靈活多樣的內燃機車定位跟蹤指揮系統。

系統應用拓撲設計圖如圖1所示。

（1）柳鋼實際地理環境應用簡圖。

（2）GPS衛星定位技術應用，采集內燃機車的運行軌跡信息。

（3）傳感器主要完成采集火車的運行軌跡信息及傳送數據的網絡。

圖1 系統應用拓撲結構圖

（4）數據服務器，作為后臺數據存儲及運算的計算機設備。

（5）內燃機車監控調度中心，通過該中心即可對內燃機車進行GIS實時定位跟蹤管理。

1.3 系統實現過程

本節將描述系統是如何應用GPS衛星定位技術、zigbee（紫蜂協議）無線傳感技術、RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別傳感技術以及GIS電子地圖技術等，實現對內燃機車的精確定位跟蹤管理。

前端采集內燃機車運行軌道信息的應用示意圖（見圖2）：該示意圖是模擬內燃機車從起點處A點發車，途徑交叉路口B點，再經過軌道C點，來到一個大交叉多交會路口D點，再經過軌道E點，最后到達終點處F點的內燃機車實現定位追蹤過程。

（1）在起點處即圖中“A點”位置處的軌道上（單軌或者以上都可以）部署“查詢應答器傳感器”，該傳感器能夠精確定位內燃機車行駛在那一條軌道上，此時把傳感器感應（采集）的數據源，通過自組網的傳感器網絡回傳到調度中心的“數據服務器”上。同時GPS衛星定位設備也把定位數據回傳到調度中心的“數據服務器”。此時以傳感器回傳的數據信息作為定位的依據數據，此時的GPS數據此時將作為修正校驗數據。

圖2 內燃機車運行軌道信息的應用示意圖

（2）當內燃機車行駛到鐵軌交叉路口圖中的“B點”位置時，將采用“查詢應答器傳感器”來感應內燃機車行駛在那條軌道上及運行方向如何，此時回傳數據處理方法同上描述。

（3）當內燃機車行駛到“C點”位置路段時“C點”為無交叉路段的長距離路段。此時可以在該路段中部署RFID終端傳感器，內燃機車上則安裝RFID讀卡器設備，當該路段讀卡器有感應時，即可獲知火車是行駛在該路段上。由于價格原因RFID讀卡器并不需要部署在全部“C點”路段上，只要確定內燃機車的行駛方向及確定內燃機車的行駛軌道，之后就可以依靠GPS衛星定位數據進行該路段的定位，此時（該路段已知）就可以通過后臺數據修正校驗的方法對GPS數據進行修正校驗，并準確繪制在GIS電子地圖上。

（4）當內燃機車行駛到編組站或者多條軌道交叉的大路段時，如圖的“D點”位置，原理同（1）依靠“查詢應答器傳感器”來確定內燃機車的行駛軌道及方向。此時的GPS數據此時將作為修正校驗數據應用。

（5）當內燃機車行駛到“E點”位置處時，此處也是長距離路段，定位原理同“C點”處定位規則。

（6）當內燃機車運行到“F點”即終點位置時，同理依靠“RFID傳感”及“查詢應答器傳感器”來實現定位跟蹤。

（7）圖中的“G點”位置處為：GIS電子地圖可視化管理，GIS電子地圖可以執行分圖層式管理，采用不用的圖層進行展示管理，同時可以在電子地圖上進行鐵路設備（如信號燈等）的自由標繪。

2 體系架構設計

2.1 體系設計

整個系統設計將致力于為柳鋼鐵路運輸公司提供對內燃機車的精確定位管理服務，整個系統將采取了B/S結構，將重要的系統功能放置在服務器端。這些服務封裝了對后臺數據操縱的細節，并提供安全調用接口，WEB應用程序通過接口訪問系統服務，執行用戶操作并返回結果。系統的功能盡量集中在服務器端，以充分利用服務器的運算能力和保證系統安全性、可擴展性、易維護性。

2.2 功能結構

系統的功能架構圖，包括了從底層系統支撐，到應用服務、服務平臺、基礎網絡、接入方式以及服務對象等各個層次應用的詳細內容詮釋。如圖3所示。

圖3 系統的功能架構圖

3 功能模塊設計

3.1 電子地圖管理

電子地圖是將紙質模擬地圖矢量化數字化，以數字形3式存在及展示的地圖，它是數字化的圖形，電子地圖制作手段，一般有區別于傳統的方式，它是依靠：衛星航片——掃描入計算機——工作站設計加工——成品地圖。

電子地圖可以很好的展示本系統的火車跟蹤定位及指揮管理，它可以讓操作者完成用戶在圖形、界面、查詢、分析等方面的各種要求，以形成全用戶及可視化管理的應用集成。內燃機車運行時的所有區域內軌道線路、停靠站點、交叉路口、相關的建筑物及各種相關的道路設備。

3.2 GPS定位管理

在內燃機車上安裝GPS定位設備，依靠衛星傳送回來的經緯度數據進行電子地圖上的標繪。由于衛星GPS信號易受到復雜地形及環境的干擾，根據柳鋼區域地形的復雜狀況，要采用后臺數據修正校驗的數據算法進行“經驗性”的處理。處理之后的數據將輸入到電子地圖上，可保證數據的較高精確性。

3.3 傳感器管理

根據柳鋼環境地形及定位需求，我們將采用幾組傳感器組合搭配的形式進行有效定位管理。包括有：Zigbee無線傳感設備、RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別傳感設備，這些設備將根據需要安裝在不同站點的鐵路線上。

傳感器設備之間可以有效的組成一個傳感器網絡，依靠傳感器網絡就能實現感知數據的傳輸。即傳感器感知（采集）到內燃機車的感應數據之后，將通過自己的傳感器網絡把數據傳輸到后臺調度中的“數據服務器”上。

4 非功能性需求

界面設計風格一致，顏色搭配諧調。系統界面和功能設計都遵循簡潔易用和直觀易記的原則，通過360安全瀏覽器的極速模式即可使用本系統。采用模塊化設計，個別非關鍵服務或子系統的故障不影響整體系統。對人工輸入的數據以及來自不同接口的數據進行合法性檢查。服務器硬件、中間件和數據庫的可靠性由珠海移動保證。便于應用程序易于安裝，更新，發布，備份和恢復。同時系統將提供數據標準接口，方便與第三方系統進行交互拓展應用。

5 系統應用效果

該項目的成功研發將大大的提高柳鋼鐵運公司的內燃機車監控調度效率，簡化和縮短了內燃機車調度工作中的繁雜程序和時間。通過系統可以對調度人力資源、各類調度源進行高效的調配和統一的管理，節省了企業的運營成本和管理成本。系統具備完整的調度數據存儲和數據分析能力，為進一步優化企業內部的調度配送模式和管理結構提供有力的依據。有效的解決管理難、跟蹤難、記錄難、工作效率低下、費用成本高等等困擾鋼鐵企業在內燃機車跟蹤調度管理上的一系列難題。

6 總結與展望

伴隨著鋼價的持續下行，鋼鐵生產企業盈利水平大幅下降，尤其是內陸鋼企，虧損面積不斷增大。借助“鋼鐵+互聯網”概念加快推進企業轉型，發展電子商務絕不僅僅是為了鋼材的網上交易。①互聯網技術在鋼鐵全產業鏈的應用能提高產業內資源的配置效率，促使低效產能的加快退出；②互聯網能夠有效抑制鋼鐵行業的野蠻生長和投機盛行現象，有利于行業化解產能過剩。未來用戶多樣化個性化的需求下，以大批量定制化為特征的傳統制造模式已無法適應時代要求，必須借助“互聯網+”的思維向智慧制造、智能制造轉型。

[1]袁安存.全球定位系統（GPS）原理與應用.大連海事大學出版社，1999.

[2]王宏志.大數據算法.機械工業出版社，2008.

[3]張靜波.工作流管理聯盟工作流標準.電子工業出版社，2007.

[4]王占全.地理信息系統（GIS）開發工程案例精選.人民郵電出版社，2007.

[5]胡圣武.GIS質量評價與可靠性分析.測繪出版社，2007.

U298.3

A

1004-7344（2016）16-0286-02

2016-4-20

陳小雄（1977-），男，助理工程師，本科，主要從事計算機信息網絡技術和電氣自動化等方面研究。