鐵路貨車實時追蹤及現(xiàn)車管理方案研究

徐承禹，崔艷萍

（1.太原鐵路局 信息技術(shù)處，山西 太原 030013；2.中國鐵道科學研究院 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081）

充分利用現(xiàn)有鐵路信息化建設(shè)成果，全面實現(xiàn)對鐵路列車、機車、車輛、貨物的實時管理和追蹤，符合鐵路精細化生產(chǎn)組織的需要，是鐵路信息化在運輸組織中的核心目標，也是鐵路實行貨運電子商務(wù)、提升服務(wù)質(zhì)量的重要前提。

1 貨車追蹤及現(xiàn)車管理現(xiàn)狀

目前，我國鐵路基于車站報告的全路貨車動態(tài)追蹤管理信息系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，可以為運輸組織及車輛管理部門提供查詢機車、車輛的軌跡信息，以及鐵路局范圍內(nèi)的現(xiàn)車保有量信息和分界口出入車信息等功能，在一定程度上為客戶提供了貨車、貨物追蹤服務(wù)。但是，由于該系統(tǒng)是基于車號識別信息與確報的匹配后獲得的貨車軌跡數(shù)據(jù)，而車號識別系統(tǒng)僅部署在編組站、區(qū)段站、分界口，因此系統(tǒng)也只能實現(xiàn)大節(jié)點的追蹤服務(wù)。

掌握各車站的現(xiàn)車是調(diào)度指揮的重要工作，由于在現(xiàn)有車站系統(tǒng)中采用人工確認列車的到達和出發(fā)，也造成現(xiàn)車數(shù)據(jù)的不準確。總體而言，目前貨車追蹤及現(xiàn)車管理的不足之處體現(xiàn)在 3 個方面。

（1）實時性、準確性有待提高。難以準確掌握所有列車的運行狀態(tài)、準確位置、編組情況，所有機車的運用狀態(tài)、位置、走行公里、故障情況，以及車輛的重車去向、空車分布、現(xiàn)車分布、運用狀態(tài)、檢修情況、車流分布。

（2）貨物的實時追蹤無法實現(xiàn)。缺乏準確定位，無法實現(xiàn)對貨物的實時追蹤，難以為貨主提供高品質(zhì)的服務(wù)。

（3）無法實現(xiàn)列車的安全實時檢測。由于缺乏車—地雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，難以實現(xiàn)車載安全設(shè)備的實時檢測、遠程報警及診斷，為鐵路的安全運營提供安全保障。

2 貨車實時追蹤及現(xiàn)車管理原理

近年來，地理信息技術(shù)(GIS)、GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)、“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)迅速發(fā)展，為列車提供了準確定位的手段；GPRS、WCDMA、TD-SCDMA等移動無線傳輸網(wǎng)絡(luò)在傳輸速度上為車—地雙向數(shù)據(jù)傳輸通訊提供了保障，鐵道部已經(jīng)在全路范圍內(nèi)成功實施了網(wǎng)絡(luò)安全平臺，使鐵路運輸生產(chǎn)網(wǎng)與外部互聯(lián)網(wǎng)之間形成高速、安全的傳輸通道。因此，采用機車車載設(shè)備與地面的實時信息交換，實現(xiàn)列車、機車的實時定位和追蹤，通過列車編組的電子化及列車到達和出發(fā)的自動觸發(fā)，實現(xiàn)對貨車、貨物的追蹤及現(xiàn)車管理。根據(jù)貨車追蹤管理方式，稱之為“基于 3G(GPRS、GPS、GIS)技術(shù)實現(xiàn)列車、貨車實時追蹤及現(xiàn)車管理”。

以信息資源高度共享、投資最小、效益最大為原則，基于 3G 技術(shù)實現(xiàn)列車、貨車實時追蹤及現(xiàn)車管理的思路是：在每臺機車上安裝一套以基于移動通訊技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)、擴展性好的信息處理、傳輸設(shè)備，在設(shè)備上安裝應(yīng)用系統(tǒng)，通過無線 3G 網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)過鐵路網(wǎng)絡(luò)安全平臺，定時或按需向位于鐵路運輸生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)的地面系統(tǒng)傳輸列車位置、機車運用、運行狀態(tài)、車輛編組、機車乘務(wù)員超勞預(yù)警等信息，經(jīng)過功能擴展，傳回線路、接觸網(wǎng)等其他信息。另外，在有作業(yè)的車站新增列車到發(fā)處理系統(tǒng)，采用 IC 卡或移動存儲設(shè)備與機車交換列車編組信息，實現(xiàn)機車與車站系統(tǒng)編組的自動核對與車輛檢修或貨車的加入、剔除；結(jié)合現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)、車站現(xiàn)在車系統(tǒng)、車號識別系統(tǒng)、確報系統(tǒng)、貨票等各系統(tǒng)，鐵路局級數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負責加工和處理車站傳回的列車到發(fā)等相關(guān)信息，以及機車傳回的機車、列車編組及其他監(jiān)控信息，形成包含列車、機車、車輛等狀態(tài)信息、位置信息、運用信息的實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)列車、機車、車輛、貨物的實時追蹤及管理，切實提高調(diào)度指揮、運輸組織、運營管理現(xiàn)代化水平，為建立貨運電子商務(wù)平臺提供支撐，實現(xiàn)鐵路運輸效益最大化。

3 各種貨車追蹤管理方式的比較

3.1 貨車追蹤方式

目前，通過整合現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)追蹤管理的方式有5 種。

（1）利用車號識別和確報的匹配實現(xiàn)追蹤。目前，實現(xiàn)貨車追蹤采用車號識別數(shù)據(jù)與預(yù)確報數(shù)據(jù)進行匹配的方法，追蹤數(shù)據(jù)準確。但是，采用這種方式追蹤，報告信息點不密集，只能實現(xiàn)大節(jié)點追蹤，無法及時反映實際的車輛位置狀態(tài)、運用狀態(tài)，投入產(chǎn)出效率低[1]。

（2）利用紅外線的車號識別功能與確報的匹配實現(xiàn)追蹤。為增加車號識別信息的采集點，可以將紅外線設(shè)備作為貨車追蹤設(shè)備的擴充部分。這種方式的優(yōu)點是追蹤粒度更小，缺點是紅外線設(shè)備不都具備車號識別功能，即使識別功能具備，由于報文丟失、重復(fù)報文、報文不全等原因存在，使得數(shù)據(jù)處理非常復(fù)雜，與大節(jié)點追蹤一樣無法及時反映車輛位置狀態(tài)、運用狀態(tài)。

（3）基于分界口、編組站的到發(fā)貨物列車和編組內(nèi)容自動校驗和前臺人工校驗、確認，以及調(diào)度所貨物列車甩掛計劃相結(jié)合的方式，實現(xiàn)現(xiàn)車管理和貨車追蹤。廣州鐵路(集團)公司基于上述方式實現(xiàn)了鐵路局管內(nèi)的現(xiàn)車管理及貨車追蹤。優(yōu)點是比較準確地實現(xiàn)了貨車分布的推算，缺點是無法掌握機車狀況，欠缺數(shù)據(jù)實時性，人工核對因素增加了數(shù)據(jù)錯誤的幾率[2]。

（4）基于 TDCS、CTC 調(diào)度指揮系統(tǒng)與確報系統(tǒng)、現(xiàn)車系統(tǒng)的自動數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)貨車分布、貨車追蹤。優(yōu)點是在不增加投入的情況下實現(xiàn)現(xiàn)車管理的輔助決策，缺點是由于各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容不完全一致，數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，信息點少，造成追蹤數(shù)據(jù)不確切，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差。

（5）基于 3G(GPRS、GPS、GIS)技術(shù)實現(xiàn)列車、貨車實時追蹤及現(xiàn)車管理方式。

3.2 各追蹤方式比較

比較上述 5 種追蹤方式，如表1 所示。從表1 可以看出，基于 3G 技術(shù)實現(xiàn)列車、貨車實時追蹤的方式能夠有效實現(xiàn)列車精確定位和對列車、機車、車輛、貨物的實時監(jiān)控，并且系統(tǒng)可擴展性好，數(shù)據(jù)正確性高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，相比其他 4 種追蹤方式，優(yōu)勢明顯。

表1 5 種追蹤方式比較表

4 總體框架與功能構(gòu)成

該系統(tǒng)在設(shè)計時不僅以貨車追蹤為目標，還能夠?qū)崿F(xiàn)對機車的管理、追蹤，實現(xiàn)列車的運行監(jiān)控、車—地命令交互、應(yīng)急通話，以及乘務(wù)員超勞預(yù)警，并且實現(xiàn)接觸網(wǎng)檢測、線路檢測、貨物監(jiān)控等功能。因此，該系統(tǒng)的建設(shè)和運轉(zhuǎn)涉及到鐵路調(diào)度、機務(wù)、電務(wù)、車務(wù)、車輛、信息等各業(yè)務(wù)部門，甚至涉及到鐵路局與鐵道部、鐵路局與鐵路局之間的協(xié)調(diào)，為鐵路運營管理提供信息支撐。系統(tǒng)總體框架如圖1 所示。

在總體框架中，包括了車—地雙向信息統(tǒng)一傳輸平臺(包括內(nèi)外網(wǎng))、車載綜合應(yīng)用平臺、運輸信息數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，列車追蹤信息綜合應(yīng)用平臺(分為鐵路局、鐵道部 2 個級別)、以及車站列車信息處理系統(tǒng)等部分，其功能如表2 所示。

5 技術(shù)要點

5.1 建立統(tǒng)一的路網(wǎng)拓撲圖

判斷運行中的列車位置信息是處理車地數(shù)據(jù)時的必需過程，由于通過定位坐標判斷列車處于路網(wǎng)位置(鐵路局、車站或區(qū)間)，增加了判斷的復(fù)雜性，只要從機車車載系統(tǒng)中獲取當前場站、進出站信號機、當前公里標信息及線路信息即可進行判斷，而且利用LKJ 信號觸發(fā)，能真實反映列車的到達出發(fā)等實際運行情況，排除人為原因造成的不準確性。為使各鐵路局的系統(tǒng)都能夠正確分析處理車—地數(shù)據(jù)，需要建立全路統(tǒng)一的路網(wǎng)拓撲圖，如圖2 所示。圓表示車站或站場，是行車的每個節(jié)點，箭頭表示下行方向，所有節(jié)點之間用下行方向表示，而且節(jié)點名稱應(yīng)與調(diào)度CTC、TDCS 系統(tǒng)、車載 LKJ 數(shù)據(jù)一致。

圖1 鐵路貨車實時追蹤系統(tǒng)總體框架

表2 鐵路貨車實時追蹤系統(tǒng)功能構(gòu)成

圖2 路網(wǎng)拓撲示意圖

5.2 狀態(tài)印證機制和數(shù)據(jù)交換機制

5.2.1 機車與車站

按照規(guī)定，當貨物列車編組變化時，車站需要給司機提交列車編組單(運統(tǒng)一)，系統(tǒng)將編組單進行電子化，在車站交給司機紙質(zhì)編組單的同時，用IC卡(支持移動存儲介質(zhì))將編組信息提交給司機，由司機將編組信息更新到車載綜合應(yīng)用系統(tǒng)中。編組信息包括車號、車種、空重、自重、載重、貨票號、發(fā)站、到站、收貨人等，為車輛追蹤、定位提供基礎(chǔ)信息。在列車運行中，系統(tǒng)會自動將列車編組發(fā)到前方車站。當列車在車站有編組或甩掛等作業(yè)時，司機在交給車號員(或其他崗位)編組單和貨票時，同時用 IC卡(或移動存儲介質(zhì))下載編組順序，并且交給車站人員，由車站人員在“車站列車信息處理系統(tǒng)”中核對，提供自動對比功能，減少人工核對車號的工作。為避免由于人為原因造成列車編組的錯誤，當“路局級列車追蹤信息綜合應(yīng)用平臺”通過對比車號識別系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有錯誤時，自動會給前方車站發(fā)送列車編組錯誤告警，提醒車站及時修正編組的錯誤。

5.2.2 機車與鐵路局

機車定時或者按照要求向地面報告狀態(tài)信息、運行信息，如機車運用狀態(tài)、列車運行狀態(tài)、定位信息、乘務(wù)信息、車次信息、速度信息、運行前后方節(jié)點、線路信息等；當列車到達某站時報告到達信息，當列車出發(fā)時報告出發(fā)信息、編組信息、運行前后方節(jié)點、線路信息等；另外，根據(jù)需要報告其他信息。

5.2.3 車站與鐵路局

“車站列車信息處理系統(tǒng)”通過基于服務(wù)的、以事件驅(qū)動的、基于 SOA 架構(gòu)的更新代理，實現(xiàn)與鐵路局“列車追蹤信息綜合應(yīng)用平臺”的數(shù)據(jù)實時交換，如列車預(yù)告信息、列車編組信息、編組錯誤信息、列車到達出發(fā)信息(雙向傳輸、相互印證)、現(xiàn)車信息、車輛檢修剔除或加入等信息。列車與車站的信息交換及車站與鐵路局的信息交換互為補充、相互印證、相互完善，提高數(shù)據(jù)的準確性和及時性。

5.2.4 鐵路局與鐵道部

各鐵路局與鐵道部之間通過采用基于 SOA 架構(gòu)的數(shù)據(jù)同步技術(shù)的更新代理實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，當鐵路局級數(shù)據(jù)變化時，鐵路局級系統(tǒng)會及時將變化信息提交到鐵道部級系統(tǒng)，鐵道部級系統(tǒng)更新后，為保障各鐵路局數(shù)據(jù)的及時性、準確性，鐵道部級系統(tǒng)又會將變化反饋到相關(guān)鐵路局，可以防止部分鐵路局因車—地通道故障造成的數(shù)據(jù)更新延遲。

5.3 車—地數(shù)據(jù)交換通道互備

利用各鐵路局網(wǎng)絡(luò)安全平臺實現(xiàn)車—地數(shù)據(jù)交換通道的互備。網(wǎng)絡(luò)安全平臺的實施為車地數(shù)據(jù)雙向傳輸提供了先進、安全、高速的傳輸通道。各鐵路局配屬機車上的車載系統(tǒng)只需要訪問本鐵路局的外網(wǎng)通訊服務(wù)器，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳遞。作為備份通道，當本鐵路局網(wǎng)絡(luò)安全平臺發(fā)生故障時，車載設(shè)備可以通過鄰局的外網(wǎng)通訊服務(wù)器實現(xiàn)與鐵路企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換，通訊通道的互備可以有效提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

6 結(jié)束語

系統(tǒng)建成后將對鐵路運輸起到重要的作用，主要體現(xiàn)在以下 4 個方面。

（1）提高調(diào)度、運輸組織水平。通過此系統(tǒng)，能夠?qū)崟r掌握多項信息：①及時掌控列車的運行情況，如實時運行速度、位置、操縱狀態(tài)跟蹤，實時掌握列車編組、列車質(zhì)量狀態(tài)情況；②掌控機車的運用情況，如機車的分布及運用狀態(tài)、機車設(shè)備的遠程診斷、警報、實時監(jiān)測，加強各級調(diào)度指揮部門與機車的聯(lián)系通道，通過向司機下達指令和應(yīng)急通話，指導(dǎo)司機正確操縱機車和針對突發(fā)情況的應(yīng)急處理，建立事故救援快速反應(yīng)機制；③能夠掌控貨車的分布情況，可以實時掌握每一時刻全路貨車的分布情況、車輛的空重狀態(tài)、車種的分布情況，以及未來時段即將到達某范圍或車站的重空車輛數(shù)量，為組織裝卸車，加快車輛周轉(zhuǎn)，提高車輛利用率、縮短貨車周轉(zhuǎn)時間提供信息；掌握分界口重空車流、車站車流去向，為更好地編制重空調(diào)整計劃、更合理地進行車流調(diào)整提供可靠的依據(jù)；④真正解決司機乘務(wù)員超勞問題，解決機務(wù)段手工錄入司機報單，解決機車指標的手工統(tǒng)計分析。

（2）提高運輸效率，減員增效。由于大大減少車號員抄車、核對現(xiàn)車的工作量，可以提高行車組織效率，甚至可以設(shè)置兼職車號員，真正達到減員增效的目的。

（3）提高客戶服務(wù)質(zhì)量，增強鐵路競爭力。真正實現(xiàn)貨車、貨物實時追蹤，準確反映貨物及車輛的實時位置和運行軌跡，既為運輸組織和指揮提供實時準確的信息，也可為貨主提供所運貨物的當前位置信息和預(yù)計到達時間等信息。

（4）提高運輸安全保障能力。為安全應(yīng)用系統(tǒng)、救援系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)提供詳實準確的位置信息、地理信息、環(huán)境信息，為智能鐵路安全保障體系提供技術(shù)支撐。

[1]王慶文，岳雪梅，潘紅芹. 鐵路貨車動態(tài)追蹤管理信息系統(tǒng)總體方案的研究[J]. 鐵路計算機應(yīng)用，2005，14(7)：111-113.

[2]曾長云. 鐵路局現(xiàn)車管理和貨車追蹤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 鐵路計算機應(yīng)用，2006，15(9)：21-23.