铁路调车员实时轨迹动态监控系统的研究与实现

刘念

摘要：在分析调车员实时轨迹动态监控系统的设计目标、主要功能、总体结构的基础上，以阜阳北编组站为例，研究了系统的技术特点及其实现过程。调车员实时轨迹动态监控系统的应用，可以实时掌握调车等重要岗位人员的实时位置及运动轨迹，为事故分析提供辅助依据，对于作业过程盯控及防止事故的发生有着积极有效的作用。

关键词：铁路调车员;动态监控;研究与实现

1 问题的提出

全路各站发生的调车事故中，80%是因为调车员领车不到位及臆测行车发生的，运用GPS定位技术，将位置信息和在线地图进行有机结合，可以随时随地观察到那些对安全生产负有重大责任人员动态的位置信息，从他们运动轨迹可以判断他们的工作是否到位，是否超出工作范围，施工把关人员是否及时到位，是否在规定的位置把关，发现问题及时纠正，对避免事故的发生起到积极有效的作用。

开发“调车员实时轨迹动态监控系统”，便于掌握调车人员的实时位置，可及时发现作业人员不在规定位置领车，臆测指挥、缺岗、串岗、擅离职守等问题，一旦发生事故，便于根据调车作业中每个人的位置、速度、时间、运动方向等信息分析事故原因，还原事故真相。

所以，监督调车员在调车作业中的轨迹、位置对于防止调车事故的发生有着积极有效的作用。

2 系统目标、功能及其结构

2.1 系统设计目标

“调车员实时轨迹动态监控系统”主要用于车站调车作业中对于调车人员位置、速度、时间、运动方向等信息的记录、监控，也可以用于其他对于安全负有重大责任人员位置、速度、时间、运动方向等信息的记录、监控。

2.2 系统主要研究内容及功能

“调车员实时轨迹动态监控系统”从硬件上分为“GPS定位仪”、“ 数字式无线电信号传输”、“ GPS信号解码、编码器”、“ 数字式中继台”、“ TTL转USB”、“互联网上传”、 “监控查阅”等几大部分。

（1）GPS定位仪内置了GPS模块和天线，GPS模块采用美国Motorola公司的M12模块，可以最大同时追踪20颗GPS卫星，使得在恶劣的天气环境和高速运动中能够有最佳的接收信号。天线采用18mmX18mm有源一体陶瓷天线，内置LNA放大器，具有灵敏度高、定位快等优点。

（2）接收系统采用美国Motorola公司的台式无线电对讲机一部，搭配室外天线接收，220伏交流电源供电。用于接收GPS定位系统通过对讲机发送来的定位数据。

（3）接收到的GPS数据通过串口与单片机atmega128 进行通信，由atmega128将数据解码。

（4）atmega128单片机解码后输出的TTL格式信号，由PL2203芯片将TTL格式信号转换成电脑可以识别的USB信号供电脑显示用。

（5）条件允许的情况下，将定位数据上传给服务器。方便在其他地方实时监控正在现场调车作业人员的位置及运动轨迹。

另外，软件的开发分为GPS数据采集、加工、传输;利用间隙发送数据;上下位机软件这三部分。其中由于上位机软件要牵扯到地图等内容，暂时就不单独进行开发。

3系统的技术关键和技术创新

3.1 系统技术关键

（1）GPS数据采集

GPS天线采用18mmX18mm有源一体陶瓷GPS天线，内置LNA放大，定位快，单独匹配，确保接收效果。GPS模块采用美国Motorola公司的M12模块，可以最大同时追踪20颗GPS卫星，使得在恶劣的天气环境和高速运动中能够有最佳的接收信号。

（2）定位数据的传输

GPS定位数据经过单片机atmega128重新编码处理以后通过调车用的ZTD-DS对讲机的数字信道发送出去，接收端也采用同样的ZTD-DS对讲机接收数据，接收后的数据再经过单片机atmega128做解码处理。

（3）软件开发

软件开发分为三部分：

①GPS数据采集、加工、传输部分

GPS模块输出卫星定位数据，由单片机atmega128通过串口与GPS模块通信，将GPS定位数据暂存到单片机内部的RAM中，同时单片机atmega128将GPS数据解码，将需要的数据再添加上使用者所属数据信息叠加后进行编码处理，编码格式采用PACKET12，单片机通过另一串口与调车用的ZTD-DS对讲机进行通信，控制ZTD-DS对讲机在空闲时传递GPS定位数据。

②下位机软件

接收方同样采用对讲机接收，对讲机将接收到的GPS数据通过串口与单片机atmega128进行通信，由atmega128将数据解码，输出TTL格式信号，由PL2203芯片将TTL格式信号转换成USB信号，通过USB接口输入到阜阳北站安全生产指挥中心设立的服务器进行电子地图显示。

③上位机软件

上位机软件主用用于地图处理等，此次不开发铁路专用地图，而用百度公共地图服务器。

（4）利用数字调车电台间隙发送数据

为了保证不影响调车对讲机的原有功能，必须利用调车对讲机通信间隙来传递GPS定位数据。为此，系统需要实时检测调车对讲机的BUSY信号状态，以便判断信道是否有其他人员在使用。

（5）設立无线电中继台

因为对讲机的通信距离最远只有3-5公里，为了保证调车机到阜南站货场调车作业时（传输距离大于60公里），能够将数据信号传递到阜阳北站安全生产指挥中心，需要设立无线电中继台一座，进行数据中转。

3.2 系统的技术创新点

（1）不需要占用网络资源，利用ZTD-DS对讲机的数据传输功能将 “GPS定位仪”采集到的经度、维度、高度、速度、时间等信息经过重新编码处理后传递出去。

（2）“GPS卫星定位仪”设计成可拆卸式，可以直接外挂在调车用ZTD-DS对讲机的侧面，将“GPS定位仪”和ZTD-DS对讲机结合在一起。

（3）利用对讲机的电源给“GPS定位仪”供电，同时不需要再给“GPS定位仪”单独进行充电，且“GPS定位仪”不需要设开关机键，只要调车员打开ZTD-DS对讲机，“GPS定位仪”就开始工作。

4 结束语

本系统运用GPS定位技术，将位置信息和在线地图进行有机结合，可以随时随地观察到那些对安全生产有重大责任人员的动态位置信息，从他们运动轨迹判断其工作是否合规，发现问题及时纠正，对防止事故的发生起到积极有效的作用。

参考文献：

[1]铁道部运输局. 关于加强编组站运输生产分析工作的通知， 运调技术电[2007]1778号， 2007.

[2]上海铁路局运输处.关于加强编组站、主要区段站运输生产分析工作的通知， 运车函[2007]36号， 2007.

[3]周望梅，张朴烜. 编组站自动化的研究与实现[J]. 铁路计算机应用， 2002，11（7）.

作者单位：中国铁路上海局集团有限公司阜阳北站