论柳钢铁路运输公司内燃机车定位指挥系统

陈小雄

（广西柳州钢铁集团有限公司铁路运输公司广西柳州545002）

论柳钢铁路运输公司内燃机车定位指挥系统

陈小雄

（广西柳州钢铁集团有限公司铁路运输公司广西柳州545002）

本系统将实现精确的内燃机车定位跟踪管理，将采用GPS卫星定位技术、传感识别技术、GIS电子地图技术、GPRS传输技术等。集多种传感技术、Web系统、数据库技术、服务器等技术于一体，形成一套跨网络的灵活多样的内燃机车定位跟踪指挥系统。经实施证明，本系统有效地解决管理难、跟踪难、记录难、工作效率低下、费用成本高等等困扰钢铁行业或者第三方需求企业在内燃机车调度指挥管理上的一系列难题。

铁路；内燃机车定位；调度；数据；定位

前言

柳钢是西南地区最大的钢铁联合生产企业，2014年产能已超过1200万t，大量物质进出厂区、厂内流转和铁水对罐都是靠24台内燃机车来完成各项工作计划。铁路运输作业的安全性、实效性要求非常严格。人工监控车辆的运行状况，消耗大量的人力物力。调度员、驾驶员的身心疲惫，还容易出现问题。在内燃机运输中应用GPS技术，将内燃机车运行动态适时显示在调度员监控平台上，使调度人员和安全管理人员更有效地把握内燃机车的运行状态，更好地执行公司的限速管理规定和运行线路管理规定，对确保铁路运输的安全运行起到有效的保障作用。同时对提高内燃机车利用率、适时管理内燃机车运输都十分有效。

1 创新型定位工作模式

1.1 工作模式介绍

系统以GPS技术作为基础应用技术，同时结合传感器技术进行有机的综合应用作为技术的核心实现。GPS、传感器都是作为数据源的采集技术，分别通过这几种技术作为内燃机车运行状态的数据信息采集。采集回来的数据信息还必须要经过后台数据的修正及校验运算，同时由后台软件系统将所得信息进行数据融合，最后把校验好的数据信息匹配到GIS电子地图上进行可视化展示或者管理。

1.2 系统拓扑设计

本系统将实现精确的内燃机车定位跟踪管理系统，将采用GPS卫星定位技术、传感技术、GIS电子地图技术等。集多种传感技术、Web系统、数据库技术、服务器等技术于一体，形成一套跨网络的灵活多样的内燃机车定位跟踪指挥系统。

系统应用拓扑设计图如图1所示。

（1）柳钢实际地理环境应用简图。

（2）GPS卫星定位技术应用，采集内燃机车的运行轨迹信息。

（3）传感器主要完成采集火车的运行轨迹信息及传送数据的网络。

图1 系统应用拓扑结构图

（4）数据服务器，作为后台数据存储及运算的计算机设备。

（5）内燃机车监控调度中心，通过该中心即可对内燃机车进行GIS实时定位跟踪管理。

1.3 系统实现过程

本节将描述系统是如何应用GPS卫星定位技术、zigbee（紫蜂协议）无线传感技术、RFID（Radio Frequency Identification）射频识别传感技术以及GIS电子地图技术等，实现对内燃机车的精确定位跟踪管理。

前端采集内燃机车运行轨道信息的应用示意图（见图2）：该示意图是模拟内燃机车从起点处A点发车，途径交叉路口B点，再经过轨道C点，来到一个大交叉多交会路口D点，再经过轨道E点，最后到达终点处F点的内燃机车实现定位追踪过程。

（1）在起点处即图中“A点”位置处的轨道上（单轨或者以上都可以）部署“查询应答器传感器”，该传感器能够精确定位内燃机车行驶在那一条轨道上，此时把传感器感应（采集）的数据源，通过自组网的传感器网络回传到调度中心的“数据服务器”上。同时GPS卫星定位设备也把定位数据回传到调度中心的“数据服务器”。此时以传感器回传的数据信息作为定位的依据数据，此时的GPS数据此时将作为修正校验数据。

图2 内燃机车运行轨道信息的应用示意图

（2）当内燃机车行驶到铁轨交叉路口图中的“B点”位置时，将采用“查询应答器传感器”来感应内燃机车行驶在那条轨道上及运行方向如何，此时回传数据处理方法同上描述。

（3）当内燃机车行驶到“C点”位置路段时“C点”为无交叉路段的长距离路段。此时可以在该路段中部署RFID终端传感器，内燃机车上则安装RFID读卡器设备，当该路段读卡器有感应时，即可获知火车是行驶在该路段上。由于价格原因RFID读卡器并不需要部署在全部“C点”路段上，只要确定内燃机车的行驶方向及确定内燃机车的行驶轨道，之后就可以依靠GPS卫星定位数据进行该路段的定位，此时（该路段已知）就可以通过后台数据修正校验的方法对GPS数据进行修正校验，并准确绘制在GIS电子地图上。

（4）当内燃机车行驶到编组站或者多条轨道交叉的大路段时，如图的“D点”位置，原理同（1）依靠“查询应答器传感器”来确定内燃机车的行驶轨道及方向。此时的GPS数据此时将作为修正校验数据应用。

（5）当内燃机车行驶到“E点”位置处时，此处也是长距离路段，定位原理同“C点”处定位规则。

（6）当内燃机车运行到“F点”即终点位置时，同理依靠“RFID传感”及“查询应答器传感器”来实现定位跟踪。

（7）图中的“G点”位置处为：GIS电子地图可视化管理，GIS电子地图可以执行分图层式管理，采用不用的图层进行展示管理，同时可以在电子地图上进行铁路设备（如信号灯等）的自由标绘。

2 体系架构设计

2.1 体系设计

整个系统设计将致力于为柳钢铁路运输公司提供对内燃机车的精确定位管理服务，整个系统将采取了B/S结构，将重要的系统功能放置在服务器端。这些服务封装了对后台数据操纵的细节，并提供安全调用接口，WEB应用程序通过接口访问系统服务，执行用户操作并返回结果。系统的功能尽量集中在服务器端，以充分利用服务器的运算能力和保证系统安全性、可扩展性、易维护性。

2.2 功能结构

系统的功能架构图，包括了从底层系统支撑，到应用服务、服务平台、基础网络、接入方式以及服务对象等各个层次应用的详细内容诠释。如图3所示。

图3 系统的功能架构图

3 功能模块设计

3.1 电子地图管理

电子地图是将纸质模拟地图矢量化数字化，以数字形3式存在及展示的地图，它是数字化的图形，电子地图制作手段，一般有区别于传统的方式，它是依靠：卫星航片——扫描入计算机——工作站设计加工——成品地图。

电子地图可以很好的展示本系统的火车跟踪定位及指挥管理，它可以让操作者完成用户在图形、界面、查询、分析等方面的各种要求，以形成全用户及可视化管理的应用集成。内燃机车运行时的所有区域内轨道线路、停靠站点、交叉路口、相关的建筑物及各种相关的道路设备。

3.2 GPS定位管理

在内燃机车上安装GPS定位设备，依靠卫星传送回来的经纬度数据进行电子地图上的标绘。由于卫星GPS信号易受到复杂地形及环境的干扰，根据柳钢区域地形的复杂状况，要采用后台数据修正校验的数据算法进行“经验性”的处理。处理之后的数据将输入到电子地图上，可保证数据的较高精确性。

3.3 传感器管理

根据柳钢环境地形及定位需求，我们将采用几组传感器组合搭配的形式进行有效定位管理。包括有：Zigbee无线传感设备、RFID（Radio Frequency Identification）射频识别传感设备，这些设备将根据需要安装在不同站点的铁路线上。

传感器设备之间可以有效的组成一个传感器网络，依靠传感器网络就能实现感知数据的传输。即传感器感知（采集）到内燃机车的感应数据之后，将通过自己的传感器网络把数据传输到后台调度中的“数据服务器”上。

4 非功能性需求

界面设计风格一致，颜色搭配谐调。系统界面和功能设计都遵循简洁易用和直观易记的原则，通过360安全浏览器的极速模式即可使用本系统。采用模块化设计，个别非关键服务或子系统的故障不影响整体系统。对人工输入的数据以及来自不同接口的数据进行合法性检查。服务器硬件、中间件和数据库的可靠性由珠海移动保证。便于应用程序易于安装，更新，发布，备份和恢复。同时系统将提供数据标准接口，方便与第三方系统进行交互拓展应用。

5 系统应用效果

该项目的成功研发将大大的提高柳钢铁运公司的内燃机车监控调度效率，简化和缩短了内燃机车调度工作中的繁杂程序和时间。通过系统可以对调度人力资源、各类调度源进行高效的调配和统一的管理，节省了企业的运营成本和管理成本。系统具备完整的调度数据存储和数据分析能力，为进一步优化企业内部的调度配送模式和管理结构提供有力的依据。有效的解决管理难、跟踪难、记录难、工作效率低下、费用成本高等等困扰钢铁企业在内燃机车跟踪调度管理上的一系列难题。

6 总结与展望

伴随着钢价的持续下行，钢铁生产企业盈利水平大幅下降，尤其是内陆钢企，亏损面积不断增大。借助“钢铁+互联网”概念加快推进企业转型，发展电子商务绝不仅仅是为了钢材的网上交易。①互联网技术在钢铁全产业链的应用能提高产业内资源的配置效率，促使低效产能的加快退出；②互联网能够有效抑制钢铁行业的野蛮生长和投机盛行现象，有利于行业化解产能过剩。未来用户多样化个性化的需求下，以大批量定制化为特征的传统制造模式已无法适应时代要求，必须借助“互联网+”的思维向智慧制造、智能制造转型。

[1]袁安存.全球定位系统（GPS）原理与应用.大连海事大学出版社，1999.

[2]王宏志.大数据算法.机械工业出版社，2008.

[3]张静波.工作流管理联盟工作流标准.电子工业出版社，2007.

[4]王占全.地理信息系统（GIS）开发工程案例精选.人民邮电出版社，2007.

[5]胡圣武.GIS质量评价与可靠性分析.测绘出版社，2007.

U298.3

A

1004-7344（2016）16-0286-02

2016-4-20

陈小雄（1977-），男，助理工程师，本科，主要从事计算机信息网络技术和电气自动化等方面研究。