全自动城轨列车状态监控与调度管理系统的设计

赵婧文

摘 要：为减轻列车调度人员工作压力，使其通过对监控数据与信息的实时获取在短时间内进行调度管理，结合全自动无人驾驶列车系统特点及其对列车状态监控与调度管理的特殊要求设计城轨列车状态监控与调度管理系统，重点对列车机载终端与监控调度服务中心展开研究，车载终端在采集列车信号数据后将其经GPRS网络数据发送至监控调度服务中心，监控调度服务中心将接收的信息呈献给调度人员，让其对列车运行状态有一个实时与清楚的了解，并据此开展调度管理工作。

关键词：全自动;城轨列车;状态监控;调度管理

中图分类号：U260.0 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）08-0193-04

Design of Fully Automatic Urban Rail Train Condition Monitoring and Dispatching Management System

Zhao Jingwen

（School of Rail Transportation， Shaanxi College of Communication Technology， Xi an  710018， China）

Abstract：In order to reduce train scheduling personnel work stress， and help them make an usefull dispatching management within a short time by getting real-time monitor data and information， the paper designs a full-automatic urban rail train condition monitoring and dispatching management system， which is combined with systems characteristic and its special requirements to train condition monitoring and dispatching management. It makes a detailed study on train vehicle terminal and monitoring dispatching centre. After collecting train signal data， the vehicle-mounted terminal sends it to the monitoring and dispatching service center via the GPRS network， and the monitoring and dispatching service center presents the received information to the dispatchers， so that they can have a real-time and clear understanding of the train operation status， and carry out the dispatching management work efficiently.

Key words：full-automatic; urban rail train; condition monitoring; dispatching management

近年來，信息、通信与自动控制等技术呈现出迅猛发展之势，各项技术亦在城轨列车中得到了广泛的应用，极大地推动着城轨列车智能化、自动化以及信息化程度与水平的提升，搭载全自动无人驾驶系统的城轨列车应运而生，它是城市轨道交通的重要发展方向之一。在全自动城轨列车监控与调度的过程中，列车运营组织作业完成于全自动列车运管系统的状态监控与调度管理下，含列车唤醒、出库、正线运营、终点自动清客、下线回库、自动洗车及休眠待命等。监控调度服务中心调度员对现场各种设备信号进行监控，一旦有异常状况发生及时采取干预处理措施，做到对列车运行的透明指挥、实时调整与集中控制。运行全自动系统后，先前司机或车站值班员负责的工作会逐渐向监控调度服务中心调度员转移[1]，若调度员不能获取实时监控数据与信息，则无法在短时间内针对列车运行情况与相关设备的异常情况进行处理，这可能会对整个全自动无人驾驶系统的正常运行产生影响。所以，全自动城轨列车运行系统中的状态监控及调度管理十分重要，文章以此为视角就系统的设计进行相应研究。

1 全自动化无人驾驶对列车状态监控与调度管 理系统的特殊要求

1.1 全自动无人驾驶列车系统的特点

全自动无人驾驶最突出的特点在于监控与管理系统的操纵完全以信号系统发送的指令信息为依据。相较于有人驾驶而言，全自动无人驾驶将驾驶员从繁重的驾驶作业中解放出现，能够实现集智能化、安全性以及可靠性等功能于一体的目标[2]，同时，有效地减轻由于人工操作不当而造成的负面影响，不仅可以在较大程度上地提高列车的行驶准确率与效率，还有利于人为误操作率的降低，此外，列车的加速与减速也能够得到更加及时与精准的控制，使列车保持在一个稳定性与安全性更高的速度上运行，发挥更好的应急作用[3]。

1.2 对列车状态监控与调度管理的特殊要求

（1）全自动城轨列车状态监控与调度管理系统应配置可靠性高、容量大，具备实时传输功能的信号与通信系统，确保监控调度服务中心同运行列车间可双向传输数据、图像等信息。

（2）系统应具备快速、准确、安全的信号数据分析能力与完善的监控功能，整合密切相关于列车的所有信息，实现对正线、车辆段、停车场全线路全部专业系统的全自动监控[4]，为列车运行状态的分析判断及远程调度管理提供便利。

（3）系统应在使用上便于调度人员安全、高效地完成任务，优化监控调度服务中心各调度工作的设置，保证调度人员同系统之间的人机交互质量以及调度人员同各类工作人员之间以系统设备为基础的协同配合质量[5]。

2 列车状态监控与调度管理系统总体设计

2.1 系统总体结构

本系统归属于列车信号系统的范畴，主要包括3大模块，分别为车载终端、通信网络以及监控调度服务中心。在这3个主要模块中，车载终端的功能体现为对列车信号设备、轨道电路信号以及列车安全等各种信息的检测数据及GPS信号等进行采集，借助GPRS网络将这些数据信息发送至监控调度服务中心。在接收到车载终端发送来的数据信息后，监控调度信息对其进行处理，实时提供列车信号状态，并根据信息做出相应调度，包括行调、电调、车辆调度等。系统总体结构如图1所示。

2.2 系统工作原理

车载终端的主要功能为采集与发送数据，所有的移动列车均进行车载终端的配置。GPS信号接收机接收定位卫星的数据，车载终端主机对接收到的各种數据信息进行转换，用自定义通信协议格式将处理之后的数据信息表示出来，同时，在GPRS网络通信模块的支持下将全部的数据向监控调度服务中心发送。

监控调度服务中心对服务器/客户端框架模式予以采用，在服务器与车载终端之间，两者基于GPRS网络通信技术的支持建立起相应的连接，服务器的功能在于分析与存储数据等，并将其向客户端发送。客户端同调度人员进行人机交互，为调度人员调度工作的开展提供便利。监控调度服务中心将所接收的数据存储下来，处理GPS数据，同客户端电子地图相匹配，使调度人员通过对地图上列车运行状态的查看实时、清楚地了解列车位置信息。此外，监控调度服务中心调度人员还可通过客户端实现对数据库中相关信息的访问与查看，含列车信息、调度员信息、调度信息以及历史数据等。

3 车载监控终端软件设计

根据前文，车载终端主要完成的是数据采集任务，含列车信号数据与GPS数据的采集及发送。

3.1 处理器软件流程

GPRS模块初始化主要是设置波特率等通信参数，并对网络、SIM等的准备完备度进行检查。对各个模块进行相应的初始化处理之后，通过AT命令建立起与GPRS网络通信物理层之间的联系，之后，完成GPRS网络的附着、分组数据协议PDP的激活以及数据链路的建立等各项相关任务，在此基础之上，进一步与监控调度服务中心建立起相互之间的连接，为后期需要执行的数据传输任务做好相应的准备。待上述各项操作全部完成之后，处理器会将GPS模块开启，经GPS模块初始化开启数据采集任务。处理器软件流程如图2所示。

在R485接口的支持下，处理器能够获取采集到的列车信号数据信息，之后，将它们保存到缓存区，并进一步获取GPS定位信息。出于对GPS数据格式遵循的是NMEA0813协议这一实际情况的考虑，处理器会先将GPS信息放入缓冲区，然后参照NMEA0813规范执行对这些数据信息的解析处理任务，掌握列车行驶中的精度、纬度及速度等信息，并最终将它们放入全局缓冲区。自此，可根据通讯协议将列车信号数据及GPS信息生成报文，放入GPRS发送缓存中，这时GPRS便可进行数据发送。

3.2 GPS数据采集流程

GPS报文包括列车行驶过程中所处的经度、纬度、高度、速度、时间、日期以及航向，消息类型一共6种[6-7]，此处列车状态监控与调度管理系统终端所需信息主要包括时间、位置与速度数据信息，仅需对最小定位语句信息进行提取便可实现对车载终端需求的有效满足。对此，进行一个数据缓冲区的设置，执行对接收到的全部GPS数据信息的存储任务，若缓冲区已满，则先就GPS数据的完整性做出判断，如果不完整，则将缓冲区清空重新接收，如果完整，则进行最小定位语句信息的查找，未找到，则将缓冲区清空重新接收，找到，则提取此语句，并向全局缓冲区发送。GPS数据流程如图3所示。

3.3 GPRS通信流程

GPRS模块将采集到的信号经GPRS发送至监控调度服务中心。为保证大数据量传输以及网络连接的长时间保持，尽可能降低掉线率，选用Sony Ericsson公司的GR47模块，GPRS数据传输是其核心功能。

数据传输的控制主要含数据账户建立、PDP环境激活、连接TCP或UDP等[8-9]。在GR47模块内部建立数据账户并将所接入的服务商名称确定后，TCP/IP连接才可建立起来，此过程中，数据账户建立通过“AT+CGDCONT”指令实现，之后，通过“AT*E2IPA”指令又可获取IP地址，实现对PDP环境的激活，继而，GR47模块便能同服务器建立起通信连接。

进入数据模式，数据传输速率仅相关于串口的速率及网络状态，在这一状态下，模块与服务器基于UART1建立连接，不会再就其他数据与端口做出响应。GPRS通信流程如图4所示。

4 监控调度服务中心软件设计

监控调度服务中心是列车状态监控与调度管理系统的核心模块，负责将机载终端的信号数据转发给客户端的调度人员，同时，转发调度人员的操作信息给对应的服务模块，并完成服务模块之间的信息调度。

4.1 监控调度设计

监控调度服务中心根据监控调度配置规则，结合监控信息来源与类型将信息转发给调度人员，由调度人员进行相应的信息处理。该中心进行CUser、CDllIntf、CDispatchManager3个类的设计，其中，CUser类与CDllIntf类之间存在聚合关系，前者负责整体监控与调度管理，后者负责同具体的服务动态库接口;CDispatchManager是监控调度管理的核心类，负责根据监控调度规则执行调度工作。

在接收到机载终端发送的监控数据信息后，监控调度服务中心CDispatchManager类首先从消息队列处获取转发数据，对转发配置规则的存在与否进行判断，如果结果为无，则按照默认的规则转发，如果结果为有，则根据类型与来源获取转发到调度员的链表，由调度员发送调度信息。

4.2 监控调度关键技术

监控调度服务中心实现了列车各类状态信号数据的转发以及调度员的调度管理，将不同线程之间信息的转发、传递以及管理作为主要内容。该模块对Windows系统所具有的事件驱动特性进行充分有效的应用，线程与线程之间的通信借助消息完成对信息的传递。对消息进行定义的格式表示如下：

#define WM_DISPATCH_PROC WM USER+201

另外，消息映射函数为：

ON_THREAD_MESSAGE（WM_DISPATCH_PROC，OnDipatchProc）

5 结语

在计算机、网络、通信技术等迅猛发展的推动下，城市轨道交通列车有望实现对以往人力驾驶方式的完全取代，通过无人驾驶的方式，将先前司机或车站值班员负责的工作转移给监控调度服务中心调度人员，达到行车监控与指挥的全自动化目的。与列车运行速度的加快、密度的增加、追踪间隔的缩小等相伴随，确保列车安全与正点始终是运输组织与列车调度人员的重点研究课题，文章设计的全自动城轨列车状态监控与调度管理系统可减轻调度人员工作压力，保证行车指挥业务便捷性与连续性，有一定的应用价值。

参考文献

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[2]张赟昀.全自动运行系统的运行模式分析[J].现代信息科技，2018，2（5）：178-180.

[3]卢凯，贺德强，肖红升.全自动驾驶列车故障场景分析及诊断体系结构研究[J].控制与信息技术，2019（2）：59-63+81.

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[5]劉胧，李伟岭，于瑞盟，等.基于LSP方法的地铁行车调度系统可用性评估[J].物流技术，2012，31（01）：75-77+82.

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