論柳鋼鐵路運(yùn)輸公司內(nèi)燃機(jī)車定位指揮系統(tǒng)

陳小雄

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司鐵路運(yùn)輸公司廣西柳州545002）

論柳鋼鐵路運(yùn)輸公司內(nèi)燃機(jī)車定位指揮系統(tǒng)

陳小雄

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司鐵路運(yùn)輸公司廣西柳州545002）

本系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)精確的內(nèi)燃機(jī)車定位跟蹤管理，將采用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感識(shí)別技術(shù)、GIS電子地圖技術(shù)、GPRS傳輸技術(shù)等。集多種傳感技術(shù)、Web系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、服務(wù)器等技術(shù)于一體，形成一套跨網(wǎng)絡(luò)的靈活多樣的內(nèi)燃機(jī)車定位跟蹤指揮系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)施證明，本系統(tǒng)有效地解決管理難、跟蹤難、記錄難、工作效率低下、費(fèi)用成本高等等困擾鋼鐵行業(yè)或者第三方需求企業(yè)在內(nèi)燃機(jī)車調(diào)度指揮管理上的一系列難題。

鐵路；內(nèi)燃機(jī)車定位；調(diào)度；數(shù)據(jù)；定位

前言

柳鋼是西南地區(qū)最大的鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)，2014年產(chǎn)能已超過1200萬t，大量物質(zhì)進(jìn)出廠區(qū)、廠內(nèi)流轉(zhuǎn)和鐵水對(duì)罐都是靠24臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車來完成各項(xiàng)工作計(jì)劃。鐵路運(yùn)輸作業(yè)的安全性、實(shí)效性要求非常嚴(yán)格。人工監(jiān)控車輛的運(yùn)行狀況，消耗大量的人力物力。調(diào)度員、駕駛員的身心疲憊，還容易出現(xiàn)問題。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)輸中應(yīng)用GPS技術(shù)，將內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行動(dòng)態(tài)適時(shí)顯示在調(diào)度員監(jiān)控平臺(tái)上，使調(diào)度人員和安全管理人員更有效地把握內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)，更好地執(zhí)行公司的限速管理規(guī)定和運(yùn)行線路管理規(guī)定，對(duì)確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行起到有效的保障作用。同時(shí)對(duì)提高內(nèi)燃機(jī)車?yán)寐?、適時(shí)管理內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)輸都十分有效。

1 創(chuàng)新型定位工作模式

1.1 工作模式介紹

系統(tǒng)以GPS技術(shù)作為基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)結(jié)合傳感器技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的綜合應(yīng)用作為技術(shù)的核心實(shí)現(xiàn)。GPS、傳感器都是作為數(shù)據(jù)源的采集技術(shù)，分別通過這幾種技術(shù)作為內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息采集。采集回來的數(shù)據(jù)信息還必須要經(jīng)過后臺(tái)數(shù)據(jù)的修正及校驗(yàn)運(yùn)算，同時(shí)由后臺(tái)軟件系統(tǒng)將所得信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后把校驗(yàn)好的數(shù)據(jù)信息匹配到GIS電子地圖上進(jìn)行可視化展示或者管理。

1.2 系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

本系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)精確的內(nèi)燃機(jī)車定位跟蹤管理系統(tǒng)，將采用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感技術(shù)、GIS電子地圖技術(shù)等。集多種傳感技術(shù)、Web系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、服務(wù)器等技術(shù)于一體，形成一套跨網(wǎng)絡(luò)的靈活多樣的內(nèi)燃機(jī)車定位跟蹤指揮系統(tǒng)。

系統(tǒng)應(yīng)用拓?fù)湓O(shè)計(jì)圖如圖1所示。

（1）柳鋼實(shí)際地理環(huán)境應(yīng)用簡圖。

（2）GPS衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用，采集內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)行軌跡信息。

（3）傳感器主要完成采集火車的運(yùn)行軌跡信息及傳送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

（4）數(shù)據(jù)服務(wù)器，作為后臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及運(yùn)算的計(jì)算機(jī)設(shè)備。

（5）內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)控調(diào)度中心，通過該中心即可對(duì)內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行GIS實(shí)時(shí)定位跟蹤管理。

1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

本節(jié)將描述系統(tǒng)是如何應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、zigbee（紫蜂協(xié)議）無線傳感技術(shù)、RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別傳感技術(shù)以及GIS電子地圖技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車的精確定位跟蹤管理。

前端采集內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行軌道信息的應(yīng)用示意圖（見圖2）：該示意圖是模擬內(nèi)燃機(jī)車從起點(diǎn)處A點(diǎn)發(fā)車，途徑交叉路口B點(diǎn)，再經(jīng)過軌道C點(diǎn)，來到一個(gè)大交叉多交會(huì)路口D點(diǎn)，再經(jīng)過軌道E點(diǎn)，最后到達(dá)終點(diǎn)處F點(diǎn)的內(nèi)燃機(jī)車實(shí)現(xiàn)定位追蹤過程。

（1）在起點(diǎn)處即圖中“A點(diǎn)”位置處的軌道上（單軌或者以上都可以）部署“查詢應(yīng)答器傳感器”，該傳感器能夠精確定位內(nèi)燃機(jī)車行駛在那一條軌道上，此時(shí)把傳感器感應(yīng)（采集）的數(shù)據(jù)源，通過自組網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)回傳到調(diào)度中心的“數(shù)據(jù)服務(wù)器”上。同時(shí)GPS衛(wèi)星定位設(shè)備也把定位數(shù)據(jù)回傳到調(diào)度中心的“數(shù)據(jù)服務(wù)器”。此時(shí)以傳感器回傳的數(shù)據(jù)信息作為定位的依據(jù)數(shù)據(jù)，此時(shí)的GPS數(shù)據(jù)此時(shí)將作為修正校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖2 內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行軌道信息的應(yīng)用示意圖

（2）當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車行駛到鐵軌交叉路口圖中的“B點(diǎn)”位置時(shí)，將采用“查詢應(yīng)答器傳感器”來感應(yīng)內(nèi)燃機(jī)車行駛在那條軌道上及運(yùn)行方向如何，此時(shí)回傳數(shù)據(jù)處理方法同上描述。

（3）當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車行駛到“C點(diǎn)”位置路段時(shí)“C點(diǎn)”為無交叉路段的長距離路段。此時(shí)可以在該路段中部署RFID終端傳感器，內(nèi)燃機(jī)車上則安裝RFID讀卡器設(shè)備，當(dāng)該路段讀卡器有感應(yīng)時(shí)，即可獲知火車是行駛在該路段上。由于價(jià)格原因RFID讀卡器并不需要部署在全部“C點(diǎn)”路段上，只要確定內(nèi)燃機(jī)車的行駛方向及確定內(nèi)燃機(jī)車的行駛軌道，之后就可以依靠GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進(jìn)行該路段的定位，此時(shí)（該路段已知）就可以通過后臺(tái)數(shù)據(jù)修正校驗(yàn)的方法對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行修正校驗(yàn)，并準(zhǔn)確繪制在GIS電子地圖上。

（4）當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車行駛到編組站或者多條軌道交叉的大路段時(shí)，如圖的“D點(diǎn)”位置，原理同（1）依靠“查詢應(yīng)答器傳感器”來確定內(nèi)燃機(jī)車的行駛軌道及方向。此時(shí)的GPS數(shù)據(jù)此時(shí)將作為修正校驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用。

（5）當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車行駛到“E點(diǎn)”位置處時(shí)，此處也是長距離路段，定位原理同“C點(diǎn)”處定位規(guī)則。

（6）當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行到“F點(diǎn)”即終點(diǎn)位置時(shí)，同理依靠“RFID傳感”及“查詢應(yīng)答器傳感器”來實(shí)現(xiàn)定位跟蹤。

（7）圖中的“G點(diǎn)”位置處為：GIS電子地圖可視化管理，GIS電子地圖可以執(zhí)行分圖層式管理，采用不用的圖層進(jìn)行展示管理，同時(shí)可以在電子地圖上進(jìn)行鐵路設(shè)備（如信號(hào)燈等）的自由標(biāo)繪。

2 體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 體系設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)將致力于為柳鋼鐵路運(yùn)輸公司提供對(duì)內(nèi)燃機(jī)車的精確定位管理服務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)將采取了B/S結(jié)構(gòu)，將重要的系統(tǒng)功能放置在服務(wù)器端。這些服務(wù)封裝了對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)操縱的細(xì)節(jié)，并提供安全調(diào)用接口，WEB應(yīng)用程序通過接口訪問系統(tǒng)服務(wù)，執(zhí)行用戶操作并返回結(jié)果。系統(tǒng)的功能盡量集中在服務(wù)器端，以充分利用服務(wù)器的運(yùn)算能力和保證系統(tǒng)安全性、可擴(kuò)展性、易維護(hù)性。

2.2 功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖，包括了從底層系統(tǒng)支撐，到應(yīng)用服務(wù)、服務(wù)平臺(tái)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、接入方式以及服務(wù)對(duì)象等各個(gè)層次應(yīng)用的詳細(xì)內(nèi)容詮釋。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖

3 功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 電子地圖管理

電子地圖是將紙質(zhì)模擬地圖矢量化數(shù)字化，以數(shù)字形3式存在及展示的地圖，它是數(shù)字化的圖形，電子地圖制作手段，一般有區(qū)別于傳統(tǒng)的方式，它是依靠：衛(wèi)星航片——掃描入計(jì)算機(jī)——工作站設(shè)計(jì)加工——成品地圖。

電子地圖可以很好的展示本系統(tǒng)的火車跟蹤定位及指揮管理，它可以讓操作者完成用戶在圖形、界面、查詢、分析等方面的各種要求，以形成全用戶及可視化管理的應(yīng)用集成。內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行時(shí)的所有區(qū)域內(nèi)軌道線路、?？空军c(diǎn)、交叉路口、相關(guān)的建筑物及各種相關(guān)的道路設(shè)備。

3.2 GPS定位管理

在內(nèi)燃機(jī)車上安裝GPS定位設(shè)備，依靠衛(wèi)星傳送回來的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行電子地圖上的標(biāo)繪。由于衛(wèi)星GPS信號(hào)易受到復(fù)雜地形及環(huán)境的干擾，根據(jù)柳鋼區(qū)域地形的復(fù)雜狀況，要采用后臺(tái)數(shù)據(jù)修正校驗(yàn)的數(shù)據(jù)算法進(jìn)行“經(jīng)驗(yàn)性”的處理。處理之后的數(shù)據(jù)將輸入到電子地圖上，可保證數(shù)據(jù)的較高精確性。

3.3 傳感器管理

根據(jù)柳鋼環(huán)境地形及定位需求，我們將采用幾組傳感器組合搭配的形式進(jìn)行有效定位管理。包括有：Zigbee無線傳感設(shè)備、RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別傳感設(shè)備，這些設(shè)備將根據(jù)需要安裝在不同站點(diǎn)的鐵路線上。

傳感器設(shè)備之間可以有效的組成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，依靠傳感器網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的傳輸。即傳感器感知（采集）到內(nèi)燃機(jī)車的感應(yīng)數(shù)據(jù)之后，將通過自己的傳感器網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)調(diào)度中的“數(shù)據(jù)服務(wù)器”上。

4 非功能性需求

界面設(shè)計(jì)風(fēng)格一致，顏色搭配諧調(diào)。系統(tǒng)界面和功能設(shè)計(jì)都遵循簡潔易用和直觀易記的原則，通過360安全瀏覽器的極速模式即可使用本系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)，個(gè)別非關(guān)鍵服務(wù)或子系統(tǒng)的故障不影響整體系統(tǒng)。對(duì)人工輸入的數(shù)據(jù)以及來自不同接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行合法性檢查。服務(wù)器硬件、中間件和數(shù)據(jù)庫的可靠性由珠海移動(dòng)保證。便于應(yīng)用程序易于安裝，更新，發(fā)布，備份和恢復(fù)。同時(shí)系統(tǒng)將提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接口，方便與第三方系統(tǒng)進(jìn)行交互拓展應(yīng)用。

5 系統(tǒng)應(yīng)用效果

該項(xiàng)目的成功研發(fā)將大大的提高柳鋼鐵運(yùn)公司的內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)控調(diào)度效率，簡化和縮短了內(nèi)燃機(jī)車調(diào)度工作中的繁雜程序和時(shí)間。通過系統(tǒng)可以對(duì)調(diào)度人力資源、各類調(diào)度源進(jìn)行高效的調(diào)配和統(tǒng)一的管理，節(jié)省了企業(yè)的運(yùn)營成本和管理成本。系統(tǒng)具備完整的調(diào)度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析能力，為進(jìn)一步優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部的調(diào)度配送模式和管理結(jié)構(gòu)提供有力的依據(jù)。有效的解決管理難、跟蹤難、記錄難、工作效率低下、費(fèi)用成本高等等困擾鋼鐵企業(yè)在內(nèi)燃機(jī)車跟蹤調(diào)度管理上的一系列難題。

6 總結(jié)與展望

伴隨著鋼價(jià)的持續(xù)下行，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)盈利水平大幅下降，尤其是內(nèi)陸鋼企，虧損面積不斷增大。借助“鋼鐵+互聯(lián)網(wǎng)”概念加快推進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型，發(fā)展電子商務(wù)絕不僅僅是為了鋼材的網(wǎng)上交易。①互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鋼鐵全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用能提高產(chǎn)業(yè)內(nèi)資源的配置效率，促使低效產(chǎn)能的加快退出；②互聯(lián)網(wǎng)能夠有效抑制鋼鐵行業(yè)的野蠻生長和投機(jī)盛行現(xiàn)象，有利于行業(yè)化解產(chǎn)能過剩。未來用戶多樣化個(gè)性化的需求下，以大批量定制化為特征的傳統(tǒng)制造模式已無法適應(yīng)時(shí)代要求，必須借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維向智慧制造、智能制造轉(zhuǎn)型。

[1]袁安存.全球定位系統(tǒng)（GPS）原理與應(yīng)用.大連海事大學(xué)出版社，1999.

[2]王宏志.大數(shù)據(jù)算法.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]張靜波.工作流管理聯(lián)盟工作流標(biāo)準(zhǔn).電子工業(yè)出版社，2007.

[4]王占全.地理信息系統(tǒng)（GIS）開發(fā)工程案例精選.人民郵電出版社，2007.

[5]胡圣武.GIS質(zhì)量評(píng)價(jià)與可靠性分析.測(cè)繪出版社，2007.

U298.3

A

1004-7344（2016）16-0286-02

2016-4-20

陳小雄（1977-），男，助理工程師，本科，主要從事計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電氣自動(dòng)化等方面研究。