鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用研究

摘 要 鐵路貨車作為煤炭運輸的重要方式需要積極創新，加強與新興技術的融合。在此背景下，鐵路煤炭運輸貨車物聯網技術應用而生，但仍然需要研究完善。本文主要對鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用的設計、實現、關鍵技術和發展趨勢等進行簡要分析，希望能夠幫助相關人員認識了解鐵路煤炭運輸貨車物聯網技術，并加強推廣與應用。

關鍵詞 鐵路煤炭運輸貨車;物聯網;應用;研究

在我國，鐵路貨車是煤炭運輸的主要方式，但是始終存在單向運輸的情況，極大地降低了車輛的利用率。同時，鐵路貨車車皮本身不具備供電能力，很難實現對貨車地理位置的定位，再加上不同鐵路線路之間可能歸屬于不同的企業管理，使得鐵路貨車在現代物流行業中的應用并不高。部分鐵路貨車周轉效率較低，甚至有些貨車被封存，對鐵路資源造成極大的浪費[1]。但是，近年來，互聯網技術、計算機技術和電子通信技術得到快速的發展與應用。這為鐵路煤炭運輸現狀的改變與革新提供了契機。在此背景下，相關單位對全國范圍內的鐵路煤炭運輸情況進行全面的考察，并利用物聯網等先進技術研發設計了鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用。

1鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用設計

1.1 鐵路煤炭運輸物聯網應用架構

鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用主要包含四層架構，即物聯終端層、網絡層、平臺層和應用層。其中，物聯終端層主要是指貨車精確定位終端，也被稱為感知層。該層架構通過將貨車精確定位終端安裝在運輸貨車的車皮側壁，并借助運動偵測、精確定位、節電技術、遠程通信、無線維護等高性能模塊，實現貨車運輸過程中的信息偵測和上傳功能;網絡層主要是用于實現物聯終端層和遠程管理維護系統之間的通信;平臺層主要是指遠程云管理維護中心，該層主要用來采集、存儲、歸檔和處理煤炭運輸貨車物聯網應用中的數據信息;應用層是在平臺層的基礎上，對數據信息進行可視化展示、大數據分析、統一調度等業務。同時應用層可以不斷被拓展以滿足應用需求[2]。

1.2 鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用特點

鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用特點主要表現在以下幾方面：首先，采用遠程云平臺對終端信息進行實時采集和上報，并可以利用云平臺進行業務能力的拓展;其次，由于鐵路運輸貨車的停運現場往往不具備通信設備維護的能力，該應用采用無線手持維護終端的方式，方便了定位終端的檢修和維護工作;再次，貨車定位終端能夠靈活的安裝在各種車型上。其設備采用設備與安裝支架相分離的方式。首先將安裝支架固定在貨車車皮上，然后再安裝設備。而且設備維護所采用的鑰匙是統一的，更加方便設備的安裝和拆卸。設備安裝后也不需要設備調試即可使用[3]。此外，貨車精確定位終端是采用GPS、北斗和AGPS三重定位機制，并能夠根據環境條件自動切換進行定位檢測;最后，貨車定位終端采用了新型的定位終端節電算法，同時借助運動偵測傳感器對貨車進行自動停止和運行工作。

2鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用實現

2.1 鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用貨車精確定位終端

鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用貨車精確定位終端主要包含運動偵測傳感器模塊、GPRS模塊、GPS和北斗模塊、藍牙模塊和電源管理模塊。這些模塊相互配合共同作用實現對貨車位置的定位，數據信息的傳遞以及電源的管理等功能。

其中，運動偵測傳感器是采用三軸MEMS運動傳感器，這類傳感器的優勢在于對物體的三軸加速度都比較敏感，在傳感、運動檢測和定位識別等功能方面的性能優異。GPRS是以MTK平臺為基礎，四頻GSM/GPRS（850/900/1800/1900MHz）工業級模塊為主要配置，可以應用在智能計量、無線POS、車載及安全系統等多個領域。同時，該模塊一般處于節電模式下工作以降低能耗。北斗+GPS模塊能夠支持EPO/EASY兩種模式定位，并具有功耗低等性能優勢。而終端電源的供電形式可以為適配器，也可以是電池組。對于終端電源的合理分配主要是借助CPU來實現，以保證終端的功耗控制在合理范圍內[4]。

2.2 鐵路煤炭運輸貨車應用本地無線維護終端

手持無線巡檢終端主要是利用藍牙和車載定位終端進行無線通信，一方面對系統進行配置管理，一方面實現終端的日常巡檢和維護功能，其工業防護等級為IP65。

2.3 鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用云管理平臺

鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用云管理平臺主要是以B/S架構為主，其服務器端主要為HTTP WEB服務和數據采集模塊。WEB服務通過A-pache+PHP的方式實現，而數據采集模塊是采用C/C++/JAVA的方式實現。整個管理系統又可以被劃分呈不同的模塊，如系統管理模塊、設備管理模塊、位置跟蹤模塊等，而每個模塊都相應的具備為HTTP WEB服務和數據采集模塊[5]。

3鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用關鍵技術

3.1 節電技術

貨車精確定位終端的供電方式主要為電池供電，其電池供電時長在正常工作狀態下為六個月。系統節電管理采用軟件系統設計和硬件節能設計兩種方式，顯著提高了電源的供電效率。

3.2 精確定位技術

精確定位技術主要是借助北斗和GPS方式來實現的，通過對運輸貨車的地理位置進行監測獲取準確的位置經緯度，并借助GIS系統將其轉換成準確具體的地圖坐標，進而掌握貨車的位置、線路、速度和海拔等數據信息。同時，鐵路貨車精準定位技術還進一步引入AGPS基站技術，以實現對沒有GPS和北斗信號的情況下的位置監測，其定位精度一般都能達到9米以內。

3.3 本地無線維護技術

通常情況下，鐵路貨車的運行環境都相對比較傳統，常規的安裝維護手段對維護人員的技術水平要求比較高，不易實現。因此，鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用通過將定位終端與藍牙通信技術相融合，采用本地無線維護的作業方式，這樣更加方便系統的維護和檢修，而且在很大程度上簡化了相關的操作流程。其中，較為常用的維護方式有綁定車輛編號和讀取日志數據等，同時這些數據信息可以實時傳輸至管理維護平臺，并實行必要的遠程維護，大大提高了維護質量。

4鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用效果及未來發展趨勢

鐵路煤炭運輸貨車在運行過程中，利用精確定位終端實時獲取位置信息，并通過遠程云管理平臺將運輸車的基礎、狀態、位置和物流信息等進行直觀展示，以方便鐵路運輸貨車的集中調度。同時，鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用系統的構建為鐵路貨車應用范圍的拓展和互聯網大物流系統的構建奠定了堅實的基礎。不僅有效解決了鐵路企業對貨物運輸車的投資利用問題，而且為鐵路貨運的發展指明了方向[6]。

在鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用推廣的同時，還需根據不同鐵路線路的實際情況進行技術上的研發與拓展。例如，對于鐵路運輸線路較長且需要經過大量的無人區，或者海拔較高等惡劣環境時，這些情況相比較于傳統的鐵路運輸，其運輸難度更大，一般情況下不利于采用人員駕駛的形式，極大地限制了鐵路運輸貨車的應用。對此，相關人員可以重點研究無人駕駛鐵路運輸技術。

近年來，無人駕駛技術在高速鐵路和城市軌道交通等領域具有一定的研究與應用，發展速度較快。因此，鐵路運輸系統可以借鑒城市軌道交通和鐵路運輸環境下的全自動無人駕駛技術，但是該技術對運輸貨車的控制系統具有較高的要求，其技術難點在于難以實現應急運行處理。所以，鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用需要在此基礎上對系統故障自動應急處理系統加以研究，以滿足鐵路貨物運輸的實際需求。鐵路貨物運輸采用無人駕駛技術能夠解決貨車調度受司機配置和周轉的制約問題，降低因人工問題對貨物運輸造成影響的現象。同時，也可以使司機等工作人員擺脫惡劣的工作環境，在一定程度上使鐵路企業的運營成本有所降低。此外，無人駕駛模式也可以使得運輸調度更加靈活，當煤炭資源開采量較大時，就可以隨時增加運輸貨車，并在很大程度上保證了人員和貨物的安全性，使鐵路煤炭運輸朝著全自動化的發現發展。

5結束語

綜上所述，鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用采用感知層、網絡層、平臺層和應用層的四層架構模式，并全面利用節電技術、精確定位技術、藍牙無線技術和遠程通信技術等高科技，實現對鐵路運輸貨車的定位追蹤，并適時獲取其他相關信息，以加強對鐵路貨車的調度管理，在一定程度上顯著提高了鐵路貨車的綜合利用率，避免了鐵路貨車閑置的問題，同時，推動鐵路企業對運輸車輛實行精細化管理方式。總之，鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用為后續大物流的構建與推廣奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1] 朱曄，張戎.鐵路煤炭運輸發展趨勢研究[J].鐵道運輸與經濟， 2020，42（4）：98-103.

[2] 潘驊.鐵路煤炭運輸存在的問題及風險控制對策[J].現代營銷（下旬刊），2019（5）：100-101.

[3] 周家杰.基于多式聯運的煤炭運輸徑路優化研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[4] 向思桐，祝繼常，宮薇薇.基于季節性特征分析的鐵路煤炭運輸預測方法[J].統計與決策，2019，35（5）：85-88.

[5] 王文剛.鐵路煤炭運輸貨車物聯網應用的探討與實現[J].山西煤炭，2018，38（5）：72-75.

[6] 桑玉珊.煤炭運輸運營模式及經營對策研究[D].蘭蘭州：州交通大學，2015.

作者簡介

張輝（1986-），男，山西聞喜人;學歷：本科，職稱：助理政工師，現就職單位：西山煤電（集團）有限責任公司鐵路公司，研究方向：信息技術工作。