基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

史永樂

（中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 信息技術(shù)所，廣州 510088）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷轉(zhuǎn)型，在當(dāng)前和今后的社會物流運(yùn)輸中，傳統(tǒng)意義上的大宗物資占比會逐步縮小，與此同時(shí)，與人民群眾關(guān)系密切的生活用品運(yùn)輸需求會逐年遞增。這類貨物存在附加值高、運(yùn)輸時(shí)效高的特點(diǎn)，同時(shí)，客戶對于在途貨物位置的追蹤意愿非常強(qiáng)烈。在途貨物追蹤技術(shù)不僅使得收發(fā)貨雙方可以在整個(gè)供應(yīng)鏈條任意節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物狀態(tài)，還可以提高運(yùn)輸效率，降低貨物損盜的風(fēng)險(xiǎn)[1]。中國鐵路目前為客戶提供的基于車號自動識別系統(tǒng)（ATIS）大節(jié)點(diǎn)的追蹤方式只能提供貨物大致的位置信息，不能完全滿足客戶需求[2]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為我國自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，近年來發(fā)展非常迅猛，已經(jīng)應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)多個(gè)行業(yè)[3]。中國鐵路總公司在2014年和2015年分別組織綜合檢測列車在部分線路上進(jìn)行了北斗系統(tǒng)車載實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，兩次實(shí)驗(yàn)過程中北斗可用衛(wèi)星數(shù)更多，設(shè)備重定位時(shí)間更快，動車組運(yùn)行軌跡與實(shí)際線路吻合度更高。本文將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與鐵路既有的相關(guān)信息系統(tǒng)相結(jié)合，提出總體架構(gòu)并設(shè)計(jì)相關(guān)接口，為實(shí)現(xiàn)更高精度的鐵路貨物追蹤提供技術(shù)借鑒。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由多種現(xiàn)代高科技融合而成的系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段3部分組成，其示意圖，如圖1所示。北斗系統(tǒng)具有覆蓋我國全部國土及周邊區(qū)域、定位、授時(shí)精度能滿足導(dǎo)航定位需要、具備雙向短報(bào)文通信功能等特點(diǎn)，同時(shí)具有定位與通信功能、覆蓋范圍大、混合星座定位、兼容性更強(qiáng)、自主控制安全保密等優(yōu)勢[4]。

圖1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖

北斗的建設(shè)目標(biāo)是今后每年發(fā)射4～5顆北斗衛(wèi)星，至2020年實(shí)現(xiàn)北斗全球衛(wèi)星星座的組網(wǎng)，為北斗在行業(yè)、全球應(yīng)用提供更好信號覆蓋服務(wù)[4]。目前北斗的定位精度已達(dá)到米級。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS等國外其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)勢[5]：

（1）安全性高；（2）三頻信號；（3）短報(bào)文通信服務(wù)[6]。

2 基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 總體思路

基于北斗的鐵路貨物追蹤系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)，主要應(yīng)用的技術(shù)包括北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息平臺技術(shù)及軟件開發(fā)技術(shù)、與既有信息系統(tǒng)的集成技術(shù)等。由于衛(wèi)星定位終端屬于精密儀器，且是有源設(shè)備，需要外接電源，因此只能放置于機(jī)車內(nèi)，由機(jī)車提供電力，北斗監(jiān)控中心監(jiān)控的結(jié)果是機(jī)車的位置。為了實(shí)現(xiàn)貨物追蹤或定位，必須將機(jī)車和貨物關(guān)聯(lián)起來。或者說，必須從貨物著手，通過信息系統(tǒng)，查詢到牽引該批貨物的機(jī)車，然后通過北斗系統(tǒng)查詢機(jī)車位置，從而實(shí)現(xiàn)貨物追蹤[7]。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)的目標(biāo)是在統(tǒng)一的技術(shù)平臺上，構(gòu)建一個(gè)在界面、功能、數(shù)據(jù)和流程等各個(gè)層次上高度統(tǒng)一、有機(jī)集成的系統(tǒng)。在“統(tǒng)一平臺”的應(yīng)用架構(gòu)思路指導(dǎo)下，充分挖掘SOA理念和技術(shù)松耦合的架構(gòu)方法，采用業(yè)界主流的分層分類設(shè)計(jì)模式，形成系統(tǒng)的總體架構(gòu)。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為感知層、用戶層、應(yīng)用層和接口層，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要是根據(jù)用戶輸入的貨車車號查詢車輛位置。用戶輸入車號后，系統(tǒng)需要分別調(diào)用確報(bào)系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、北斗監(jiān)控中心系統(tǒng)接口，獲取車輛的經(jīng)緯度信息，之后調(diào)用地理信息平臺接口，將經(jīng)緯度信息在地圖上顯示。為了保障用戶查詢的車輛是本人發(fā)貨或收貨的車輛，系統(tǒng)需要增加到站校驗(yàn)。只有輸入正確的到站后系統(tǒng)才會進(jìn)行查詢，否則就返回，發(fā)出“到站不匹配”提示信息。

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

具體流程是：

（1）客戶輸入車號后，系統(tǒng)調(diào)用確報(bào)查詢的Web Service接口，根據(jù)傳入的車號參數(shù)，查詢出列車運(yùn)行車次。由于鐵路運(yùn)輸組織的特點(diǎn)，大部分車輛在到達(dá)終點(diǎn)前都需要多次編組，該接口按時(shí)間順序查詢出該車號所在的所有編組車次。

（2）如果確報(bào)接口查詢成功，根據(jù)確報(bào)接口返回的車次列表，調(diào)用調(diào)度系統(tǒng)的Web Service接口，根據(jù)傳入的車次參數(shù)，依次查詢該車次經(jīng)過的車站及具體時(shí)間，以及該車次的牽引機(jī)車號。

（3）如果調(diào)度接口查詢成功，就可以獲得該車次當(dāng)前所在的區(qū)間，同時(shí)可以獲得與該批貨物關(guān)聯(lián)的機(jī)車號。

（4）從北斗定位系統(tǒng)中獲取機(jī)車的位置信息在鐵路地理信息平臺上顯示出來即是貨物的位置。如果北斗系統(tǒng)定位機(jī)車失敗，則可以在地圖上顯示（3）的結(jié)果作為貨物位置。

2.5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

車載終端通過自帶移動通信模塊使用GPRS網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)前位置信息傳送至互聯(lián)網(wǎng)中北斗數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，北斗數(shù)據(jù)接收服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)安全平臺將數(shù)據(jù)匯總到鐵路內(nèi)部網(wǎng)北斗監(jiān)控中心。客戶使用互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（電腦或手機(jī)）訪問查詢服務(wù)器，查詢服務(wù)器將車號信息通過網(wǎng)絡(luò)安全平臺傳入鐵路內(nèi)部網(wǎng)進(jìn)行查詢。在鐵路內(nèi)部網(wǎng)，查詢系統(tǒng)調(diào)用確報(bào)系統(tǒng)接口、調(diào)度系統(tǒng)接口、北斗監(jiān)控中心系統(tǒng)接口和地理信息平臺接口，最后將查詢結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)安全平臺傳回互聯(lián)網(wǎng)給用戶。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

2.6 系統(tǒng)接口

2.6.1 確報(bào)查詢Web Service接口

該接口的方法名稱及參數(shù)如下：

public MessageResult getCcFromCh(String title,String jsonParam)

該接口主要根據(jù)用戶傳入的包含車號、發(fā)站、到站、收貨人等信息的json串jsonParam，到確報(bào)系統(tǒng)中查詢運(yùn)行車次，同時(shí)查詢該車號的發(fā)貨人、收貨人、始發(fā)站、終到站與用戶給出的信息是否一致。如果一致且該車號在鐵路局管內(nèi)，則正常返回車次信息；如果不一致，則提示客戶“到站不匹配”；如果該車號不在鐵路局管內(nèi)，則提示“該車號已不在廣州局管內(nèi)”。如果該車號被多次編組將產(chǎn)生多個(gè)車次，系統(tǒng)將按照時(shí)間倒排序返回車次列表用于顯示軌跡[8]。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.6.2 調(diào)度查詢Web Service接口

該接口的方法名稱及參數(shù)如下：

public MessageResult getTimeFromCc(String title, String jsonParam)

該接口主要根據(jù)用戶傳入的包含車次、編組站、發(fā)報(bào)站、發(fā)車時(shí)間信息的json串jsonParam，到調(diào)度系統(tǒng)中查詢該車次的報(bào)點(diǎn)位置及牽引機(jī)車號碼。實(shí)際數(shù)據(jù)中存在同一發(fā)報(bào)站多次發(fā)報(bào)的情況，處理時(shí)針對這一情況，只取最后一個(gè)車次進(jìn)行查詢。另外同一車次經(jīng)過多個(gè)調(diào)度臺時(shí)，需進(jìn)行集合查詢保證該車次的軌跡完整。如果查詢成功則正常返回結(jié)果，否則返回提示信息。

2.6.3 鐵路北斗監(jiān)控中心Web Service接口

該接口的方法名稱及參數(shù)如下：

public MessageResult getPositionFromBD (String title, String jsonParam)

該接口主要根據(jù)用戶傳入的包含機(jī)車號碼信息的json串jsonParam，到北斗監(jiān)控中心系統(tǒng)中查詢該機(jī)車的經(jīng)緯度坐標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中需保證北斗終端機(jī)狀態(tài)良好，這樣除機(jī)車進(jìn)入隧道外，都能獲得機(jī)車位置信息。如果查詢成功則返回機(jī)車經(jīng)緯度坐標(biāo)，否則返回錯(cuò)誤提示信息。

2.6.4 鐵路地理信息平臺接口

在地圖上定位時(shí)，需將定位參數(shù)（經(jīng)緯度坐標(biāo)或車站標(biāo)準(zhǔn)中文名稱）通過JavaScript提供的方法傳入遠(yuǎn)程地理信息平臺，系統(tǒng)處理完成后返回結(jié)果在地圖上標(biāo)示。

查詢定位方法名稱及參數(shù)如下：

searchNode(param)；

參數(shù)param可以是經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以使具體的車站名。如果是車站名，平臺將轉(zhuǎn)換為具體坐標(biāo)，最終在地圖上進(jìn)行定位顯示。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

輸入車號“4826843”和到站“大朗”后系統(tǒng)顯示該車號的車型是“C64”，發(fā)站是“姚家洲”，到站是“大朗”，貨物名稱是“螺紋鋼”，收貨人是“廣東廣物物流有限公司白云分公司”。系統(tǒng)定位在了“河頭”站和“英德”站之間，這是調(diào)用北斗系統(tǒng)接口查詢機(jī)車號碼“6093”后系統(tǒng)返回的經(jīng)緯度坐標(biāo)，在鐵路地理信息平臺上的準(zhǔn)確標(biāo)示，該結(jié)果表明系統(tǒng)可以提供貨物的精確位置顯示。

4 結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)高精度的貨物追蹤，是提高鐵路貨運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的重要保障。本文通過研究既有的列車確報(bào)系統(tǒng)、列車調(diào)度系統(tǒng)（TDMS）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，并根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在動車組定位中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，提出了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的鐵路貨物追蹤的總體思路、系統(tǒng)架構(gòu)和接口方案，最終實(shí)現(xiàn)了鐵路貨物的精確追蹤，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在鐵路的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。由于客觀條件所限，暫時(shí)無法在機(jī)車上進(jìn)行北斗系統(tǒng)定位實(shí)驗(yàn)，因此，最終的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可能會存在偏差，還需通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。