基于Android手機(jī)的鐵路供電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)

許士敏，黃榮星

（1.電子工程學(xué)院，安徽合肥230037；2.上海鐵路局合肥供電段，安徽合肥230037）

基于Android手機(jī)的鐵路供電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)

許士敏1，黃榮星2

（1.電子工程學(xué)院，安徽合肥230037；2.上海鐵路局合肥供電段，安徽合肥230037）

針對(duì)鐵路供電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)和高效管理的需求，提出了綜合應(yīng)用GPS、GIS、3G等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于Android手機(jī)導(dǎo)航終端和段調(diào)度統(tǒng)一指揮管理的作業(yè)管理系統(tǒng)，大大提高了鐵路供電應(yīng)急搶修能力。

Android手機(jī)；外場(chǎng)作業(yè)；導(dǎo)航；管理

0 引 言

高速鐵路是現(xiàn)代工業(yè)文明的代表，是交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要標(biāo)志[1］。高速鐵路開行的動(dòng)車組速度高、行車密度大，需要安全、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，對(duì)供電設(shè)備日常維護(hù)保障及供電故障進(jìn)行應(yīng)急搶修等提出了極高要求[2］。傳統(tǒng)的鐵路外場(chǎng)作業(yè)方式普遍采用的是人工巡視、手工紙介質(zhì)記錄的工作方式。由于受氣候條件、環(huán)境因素、人員素質(zhì)和責(zé)任心等多方面因素的制約，該方式存在著人為因素多、信息反映不及時(shí)、無(wú)法監(jiān)督外場(chǎng)作業(yè)員工作狀態(tài)和無(wú)法保障作業(yè)質(zhì)量等明顯缺陷[3］。

采用基于手機(jī)導(dǎo)航終端和段調(diào)度統(tǒng)一指揮管理的作業(yè)管理系統(tǒng)，可以有效地對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)督、管理與調(diào)度，隨時(shí)確認(rèn)作業(yè)人員的位置和狀態(tài)，確保其巡查到位，而且能夠?qū)ρ矙z過(guò)程中出現(xiàn)的故障、事故等及時(shí)報(bào)警與實(shí)時(shí)處理，提高了巡檢的質(zhì)量，大大提高了外場(chǎng)作業(yè)的效率。同時(shí)，在供電故障應(yīng)急搶修情況下，系統(tǒng)能夠指揮搶修車輛以最優(yōu)路徑、最短時(shí)間到達(dá)故障地點(diǎn)或目的地，段調(diào)度人員隨時(shí)可知搶修車輛行駛的位置、離故障點(diǎn)里程和到達(dá)故障地點(diǎn)還需要的大約時(shí)間，將更好滿足鐵路應(yīng)急搶修“快為第一”的實(shí)際需要，對(duì)高速鐵路供電故障搶修工作具有非常重要和現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 基于Android手機(jī)的鐵路供電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體方案

鐵路供電現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航管理系統(tǒng)主要由一個(gè)供電段調(diào)度管理中心和多個(gè)手機(jī)導(dǎo)航終端組成，如圖1所示[4］。

圖1 鐵路供電段現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖

鐵路供電外場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

1）數(shù)據(jù)采集管理：外場(chǎng)作業(yè)人員通過(guò)手機(jī)終端設(shè)備將作業(yè)相關(guān)的重點(diǎn)目標(biāo)位置信息及作業(yè)線路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將所采集的數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程段調(diào)度管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）外場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)航：通過(guò)手機(jī)終端導(dǎo)航功能，系統(tǒng)能夠指揮搶修車輛以最優(yōu)路徑、最短時(shí)間到達(dá)故障地點(diǎn)或目的地，滿足鐵路應(yīng)急搶修“快為第一”的實(shí)際需要。

3）外場(chǎng)作業(yè)監(jiān)控：外場(chǎng)作業(yè)人員實(shí)時(shí)作業(yè)地點(diǎn)實(shí)時(shí)傳送至遠(yuǎn)程段調(diào)度管理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中，作業(yè)線路全程保存，作業(yè)結(jié)束后可以瀏覽回放，從根本上解決了外場(chǎng)作業(yè)人員監(jiān)督與管理的手段問(wèn)題。

4）信息化管理：管理中心利用系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，將結(jié)果實(shí)時(shí)反映在電子地圖上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程可視化，生產(chǎn)管理規(guī)范化，調(diào)度指揮科學(xué)化。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)釆用M/S和B/S混合體系結(jié)構(gòu)。M/S是Mobile/Server的簡(jiǎn)稱，是傳統(tǒng)C/S、B/S體系的延伸，它結(jié)合GPS和3G前沿技術(shù)，把GIS的應(yīng)用從有線向無(wú)線延伸，室內(nèi)向戶外延伸，桌面向掌上延伸。手機(jī)導(dǎo)航終端與供電段指揮調(diào)度服務(wù)器采用M/S體系結(jié)構(gòu)，供電段指揮調(diào)度端釆用B/S體系結(jié)構(gòu)，使用人員依據(jù)不同的訪問(wèn)權(quán)限，登錄瀏覽器便可瀏覽外場(chǎng)作業(yè)人員的定位信息和作業(yè)信息。系統(tǒng)總體架構(gòu)由服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)原理圖

系統(tǒng)以一組核心的Web Service封裝數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口和部分應(yīng)用邏輯，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)地圖可視化。服務(wù)層：對(duì)于應(yīng)用服務(wù)端，采用了目前流行的SOA架構(gòu)，提供了一種分布式服務(wù)架構(gòu)，以服務(wù)為關(guān)注點(diǎn)，提高服務(wù)和業(yè)務(wù)邏輯的重用。對(duì)于巡檢設(shè)備與服務(wù)器，采用Socket方式，通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。業(yè)務(wù)邏輯層：遵循面向接口的思想，采用Struts與Spring相結(jié)合的架構(gòu)設(shè)計(jì)，將業(yè)務(wù)邏輯層與表現(xiàn)層和服務(wù)層區(qū)分開來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各層級(jí)之間的“低耦合”，提高了系統(tǒng)的靈活性。表現(xiàn)層：采用富客戶端形式，利用Flex實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽，利用Ext實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)相關(guān)功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

2.1 百度地圖應(yīng)用技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)，對(duì)空間有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬分析和顯示，并且采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，包括位置、地物屬性等重要信息，為地理研究乃至人類生活工作管理和決策而建立的一類計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

百度地圖API是一套由JavaScript語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序接口，能在網(wǎng)站中構(gòu)建功能豐富、交互性強(qiáng)的地圖應(yīng)用程序。百度地圖API不僅包含構(gòu)建地圖的基本接口，還提供了本地搜索、路線規(guī)劃等數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。百度地圖API的技術(shù)特色和平臺(tái)優(yōu)勢(shì)包括，海量地圖數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)、內(nèi)存、CPU系統(tǒng)開銷小，地圖應(yīng)用控件化，數(shù)據(jù)接口豐富，用戶自定義程度高，獨(dú)有的事件處理機(jī)制。2010年4月，百度地圖宣布免費(fèi)開放API，應(yīng)用開發(fā)者發(fā)揮創(chuàng)意和創(chuàng)新能力，結(jié)合百度地圖API，開發(fā)出更多精彩的應(yīng)用。

2.2 Android手機(jī)應(yīng)用技術(shù)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，作為承載者的移動(dòng)終端也在不斷發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)了移動(dòng)終端操作系統(tǒng)的發(fā)展，其中市場(chǎng)占有率最大的操作系統(tǒng)是Android[5］，它是谷歌公司2007年11月推出的以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)的開源的操作系統(tǒng)，專門運(yùn)用在手機(jī)和平板等移動(dòng)終端上，系統(tǒng)穩(wěn)定、向下兼容，適合各大廠商快速打造屬于自己特色的系統(tǒng)。

利用當(dāng)前廣泛使用的智能手機(jī)為載體，開發(fā)一款界面友好、功能齊全的供電外場(chǎng)作業(yè)系統(tǒng)，引導(dǎo)外場(chǎng)作業(yè)人員和作業(yè)車輛及時(shí)迅速到達(dá)指定作業(yè)地點(diǎn)，提高故障搶修效率，加強(qiáng)外場(chǎng)作業(yè)車輛人員安全和工作質(zhì)量的監(jiān)控與管理，具有非常重要的意義。

基于Android平臺(tái)的軟件開發(fā)，是一個(gè)不少的技術(shù)挑戰(zhàn)。要對(duì)Android操作系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，熟悉其總體框架體系以及設(shè)計(jì)思想，了解An－droid應(yīng)用程序的開發(fā)流程，深入分析Android應(yīng)用程序框架和運(yùn)行機(jī)制，利用百度地圖Android SDK以及定位SDK的工具包進(jìn)行軟件功能設(shè)計(jì)與編碼實(shí)現(xiàn)。

圖3 手機(jī)作業(yè)導(dǎo)航軟件主界面

圖3示出了基于Android平臺(tái)開發(fā)的手機(jī)作業(yè)導(dǎo)航軟件主界面，圖4示出了導(dǎo)航及線路采集功能界面。

2.3 供電段指揮調(diào)度中心

利用百度地圖API技術(shù)構(gòu)建WebGIS平臺(tái)，采用客戶端、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中客戶端主要實(shí)現(xiàn)地圖加載、地圖瀏覽和查詢功能，客戶端的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是地圖瀏覽和查詢界面，以及把用戶訪問(wèn)和查詢請(qǐng)求發(fā)送給服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器則負(fù)責(zé)處理用戶的訪問(wèn)和查詢請(qǐng)求，數(shù)據(jù)服務(wù)器用于存取各類空間數(shù)據(jù)和屬性信息，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)存取數(shù)據(jù)庫(kù)表格，并在接到查詢指令后執(zhí)行相應(yīng)的操作。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

WEBGIS軟件是將供電段指揮調(diào)度中心基于地理信息系統(tǒng)的指揮管理軟件，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理，將結(jié)果實(shí)時(shí)反映在電子地圖上，如圖6所示。用戶通過(guò)WEB瀏覽器，可以及時(shí)的了解查詢到作業(yè)人員及每項(xiàng)作業(yè)服務(wù)的具體內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程可視化，生產(chǎn)管理規(guī)范化，調(diào)度指揮科學(xué)化。

圖4 導(dǎo)航及線路采集功能界面

圖5 WebGIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)綜合集成了GPS定位技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)、3G無(wú)線通信技術(shù)、Android手機(jī)應(yīng)用技術(shù)、百度地圖技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，提供了一種鐵路供電外場(chǎng)作業(yè)管理的信息化手段，通過(guò)手機(jī)終端導(dǎo)航和段調(diào)度統(tǒng)一指揮管理，達(dá)到了外場(chǎng)作業(yè)信息化、精確化、實(shí)時(shí)化的管理，不斷提鐵路路生產(chǎn)管理規(guī)范化和調(diào)度指揮科學(xué)化水平。

圖6 鐵路供電外場(chǎng)作業(yè)WebGIS主界面

[1]李海濱.用于高速鐵路的快速接觸網(wǎng)綜合作業(yè)車[J］.鐵道機(jī)車車輛，2013，33（3）：117－122.

[2]馮 芳，張興忠，王麗輝.基于GPS/GPRS/GIS的電力搶修調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究[J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（2）：526－528.

[3]張 冰，孫長(zhǎng)國(guó).基于GPS與地圖匹配的鐵路運(yùn)輸安全監(jiān)控技術(shù)研究[J］.計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2013（18）：68－70.

[4]田 寧.調(diào)度指揮中心中央控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

[5]閆 偉.基于Android平臺(tái)的手機(jī)地圖服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D］.金華：浙江師范大學(xué)，2012.

[6]顏治平.基于WebGIS的高速鐵路線路展示系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D］.成都：西南交通大學(xué)，2013.

Railway Power Supply Outfield Service Navigation System with Android Mobile Phone

XU Shimin1，HUANG Rongxing2
（1.Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China；2.Shanghai Railway Bureau Hefei Power Supply Section，Hefei 230037，China）

To meet the need of safe work and high efficient manage of railway power supply outfield service，the navigation and management system basing on android mobile phone and command ＆control center is put forward using the advance technology of GPS，GIS，3G，etc.It greatly enhances the ability of emergency measures for high speed railway power supply service.

Android mobile phone；outfield service；navigation；management

P208

A

1008－9268（2015）01－0037－04

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.008

許士敏（1971－），男，安徽歙縣人，博士，副教授，長(zhǎng)期從事信號(hào)與信息處理領(lǐng)域教學(xué)與科研工作。

黃榮星（1964－），男，安徽合肥人，高級(jí)工程師，主要從事鐵路供電信息化管理與研究工作。

2014－11－17

聯(lián)系人：許士敏E－mail：xushimin＠126.com