鐵路通信多終端多業(yè)務(wù)協(xié)同的服務(wù)系統(tǒng)研究

陳 蘇

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

隨著全球信息產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都迎來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，國(guó)內(nèi)的鐵路領(lǐng)域快速發(fā)展中，也存在些許問(wèn)題。在鐵路通信領(lǐng)域之中，單一的廣域網(wǎng)鏈路并沒(méi)有辦法充分滿(mǎn)足所有通信業(yè)務(wù)所需要的信息吞吐量，這一問(wèn)題導(dǎo)致眾多信息無(wú)法及時(shí)完成傳輸，從而讓鐵路運(yùn)營(yíng)之中的些許業(yè)務(wù)出現(xiàn)紕漏或是延誤。

本文涉及的一種鐵路通信多終端多業(yè)務(wù)協(xié)同的服務(wù)系統(tǒng)研究，其特征在于利用多種鐵路周邊廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的通信能力，創(chuàng)建駕駛員終端、管理終端、員工終端等，巧妙地運(yùn)用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、多路徑、多終端技術(shù)，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)，包括維護(hù)、整修之中的業(yè)務(wù)進(jìn)行綜合性管理。具體的業(yè)務(wù)管理功能包括：鐵路車(chē)輛之間以及與管控中心的信息交互，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的編組規(guī)劃，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的協(xié)同作業(yè)，鐵路狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。成功解決了單一網(wǎng)鏈路數(shù)據(jù)傳輸量有限的問(wèn)題，讓鐵路運(yùn)營(yíng)的各種需求與信息得到及時(shí)的反饋與交互，提高工程作業(yè)車(chē)輛的利用效率,保障鐵路施工維護(hù)作業(yè)的安全。

1 鐵路通信業(yè)務(wù)發(fā)展概述與需求分析

隨著國(guó)內(nèi)信息化不斷發(fā)展，應(yīng)該加大利用信息化來(lái)處理和分析其信息。在鐵路運(yùn)輸中由于信息技術(shù)的應(yīng)用不足，貨物運(yùn)輸中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，這導(dǎo)致客戶(hù)無(wú)法實(shí)時(shí)了解其貨物的運(yùn)輸狀況，更嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)運(yùn)輸錯(cuò)誤的情況，使客戶(hù)對(duì)鐵路運(yùn)輸能力產(chǎn)生不滿(mǎn)，從而影響鐵路運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)一步發(fā)展。

鐵路運(yùn)輸管理的后向信息技術(shù)主要體現(xiàn)在硬件設(shè)施和軟件配置上。在硬件設(shè)施方面，主要是因?yàn)殍F路運(yùn)輸管理人員并不真正了解信息技術(shù)在工作中的重要性，導(dǎo)致資金不足和鐵路硬件設(shè)施不完善。

本文設(shè)計(jì)的基于多終端多業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)服務(wù)的鐵路管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分級(jí)的多個(gè)終端，協(xié)同多項(xiàng)鐵路信息業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)，集成多種信息交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路的全局性綜合性管理。

2 系統(tǒng)的研究目標(biāo)

立足于中國(guó)鐵路信息化發(fā)展現(xiàn)狀，將互聯(lián)網(wǎng)融入鐵路領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)上鐵路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通訊，通過(guò)設(shè)立多個(gè)不同的用戶(hù)終端，給予不同類(lèi)型用戶(hù)不同的操作用戶(hù)端以及訪(fǎng)問(wèn)執(zhí)行的權(quán)限。將現(xiàn)有鐵道的多種業(yè)務(wù)進(jìn)行整合，將多種現(xiàn)有業(yè)務(wù)與現(xiàn)代化信息化業(yè)務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，利用多種異構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)將各種信息無(wú)延誤的傳遞。該服務(wù)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、高效性、兼容性以及魯棒性。

3 架構(gòu)設(shè)計(jì)與功能展現(xiàn)

一種鐵路通信多終端多業(yè)務(wù)協(xié)同的服務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)包括應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層以及終端層。應(yīng)用層為平臺(tái)主營(yíng)的4 大通信業(yè)務(wù)以及用戶(hù)終端；平臺(tái)層是整體信息的交互中心，包含業(yè)務(wù)的智能分配以及信息的綜合管理；網(wǎng)絡(luò)層是終端到終端、終端到平臺(tái)、平臺(tái)到業(yè)務(wù)的雙向交互渠道，包括接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及衛(wèi)星網(wǎng)；終端層分為鐵路信息采集部件、智能終端以及通信網(wǎng)絡(luò)，如圖1 所示。

圖1 整體架構(gòu)圖Fig.1 Overall architecture

3.1 應(yīng)用層分析

一種鐵路通信多終端多業(yè)務(wù)協(xié)同的服務(wù)系統(tǒng)，其組成包括兩類(lèi)附加傳感器：列車(chē)傳感器和鐵路傳感器；3 個(gè)運(yùn)行終端：駕駛員終端、員工終端和管理終端；4 大信息業(yè)務(wù)：協(xié)調(diào)作業(yè)業(yè)務(wù)、編組規(guī)劃業(yè)務(wù)、信息交互業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)。這就組成了“1234”的系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)，如圖2 所示。駕駛員終端，員工終端和管理終端通過(guò)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行信息交互。駕駛員可以通過(guò)駕駛員終端向其他駕駛員發(fā)送協(xié)助申請(qǐng)或者是緊急事項(xiàng)的預(yù)警交流，可以與管理終端進(jìn)行解決方案申請(qǐng)以及各種信息的匯報(bào)。

圖2 應(yīng)用示意圖Fig.2 Application diagram

3.1.1 附加傳感器

附加傳感器在物理層面上是屬于終端層， 有兩類(lèi)：鐵路傳感器和列車(chē)傳感器。

鐵路傳感器收集到鐵路的各種信息，這些信息或多或少體現(xiàn)著鐵路的安全狀況以及勞損程度，中央處理平臺(tái)將會(huì)對(duì)于鐵路的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，堅(jiān)決保證鐵路無(wú)隱患，這就是鐵路傳感器給予服務(wù)平臺(tái)的極有效的數(shù)據(jù)。

列車(chē)傳感器除了像鐵路傳感器檢測(cè)安全狀況外，還會(huì)檢測(cè)環(huán)境信息，做到設(shè)施最大程度上的人性化，以人為本。

3.1.2 用戶(hù)終端

用戶(hù)終端分為駕駛員終端、員工終端和管理終端。

其中管理終端擁有最高權(quán)限，是平臺(tái)運(yùn)行的管理層。管理者可以通過(guò)平臺(tái)給駕駛員和員工將相應(yīng)的信息或者是指令發(fā)送至相應(yīng)的終端上，當(dāng)列車(chē)遇到問(wèn)題時(shí)，管理終端需要對(duì)駕駛員終端和員工終端提供一些支持與幫助。在各種通信業(yè)務(wù)發(fā)生時(shí)，管理終端有啟動(dòng)，編組和直接終止任務(wù)的權(quán)利。并且可以對(duì)平臺(tái)之中的所有信息進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，例如列車(chē)信息、鐵路信息、乘客信息等。

駕駛員終端的權(quán)限小于管理者終端，可以通過(guò)平臺(tái)接收管理員發(fā)送的信息和指令，也可以向管理員終端發(fā)送請(qǐng)求獲取解決方案或者是其他幫助，接收員工終端的信息，并且可以向員工終端發(fā)送指令。同時(shí)駕駛員終端可以通過(guò)平臺(tái)獲取權(quán)限，進(jìn)而與其他駕駛員終端進(jìn)行對(duì)接，相互完成協(xié)作業(yè)務(wù)等。駕駛員終端只能獲取本列車(chē)的相關(guān)信息以及鐵路信息，無(wú)法獲取其他列車(chē)相關(guān)的具體信息。

員工終端是權(quán)限最小的終端，可以通過(guò)平臺(tái)接收管理員發(fā)送的信息和指令，也可以向管理員終端發(fā)送請(qǐng)求獲取解決方案或者是其他幫助，接收駕駛員終端的信息，也可以向駕駛員終端發(fā)送請(qǐng)求獲取解決方案或者是其他幫助。員工終端所面向的是列車(chē)內(nèi)的一些糾紛與情況，可以獲取本車(chē)乘客與構(gòu)造的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.1.3 應(yīng)用業(yè)務(wù)分析

應(yīng)用業(yè)務(wù)共有4 大塊，分別為協(xié)調(diào)作業(yè)業(yè)務(wù)、編組規(guī)劃業(yè)務(wù)、信息交互業(yè)務(wù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)。

協(xié)調(diào)作業(yè)業(yè)務(wù)是防止意外情況和突發(fā)事件而設(shè)立的，通過(guò)多輛列車(chē)之間的信息交互，管理終端會(huì)按照分析結(jié)果對(duì)相關(guān)的列車(chē)進(jìn)行調(diào)度與指令發(fā)送，降低不良事件發(fā)生的幾率。

編組規(guī)劃業(yè)務(wù)是通過(guò)鐵路傳感器和列車(chē)傳感器獲取數(shù)據(jù)，并且綜合近期運(yùn)營(yíng)情況與乘車(chē)人數(shù)，分析數(shù)據(jù)，管理終端會(huì)決定如何發(fā)車(chē)，發(fā)多少列，何時(shí)發(fā)車(chē)。該業(yè)務(wù)是對(duì)發(fā)車(chē)與鐵路車(chē)輛編制進(jìn)行分析與優(yōu)化。

信息交互業(yè)務(wù)是所有業(yè)務(wù)與功能的最大基礎(chǔ)，這是鐵路部門(mén)各員工的整合模塊。該業(yè)務(wù)通過(guò)平臺(tái)，賦予各用戶(hù)終端發(fā)送與接收信息的能力，并且賦予其不同的權(quán)限，完成平臺(tái)的體制分化、并且將各個(gè)鐵路車(chē)輛與管控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交互。

實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)是將所覆蓋的所有鐵路信息進(jìn)行實(shí)時(shí)整合與分析，通過(guò)各個(gè)分布于鐵路上以及車(chē)輛上的傳感器，對(duì)于鐵路狀況與運(yùn)營(yíng)狀況的監(jiān)控。

3.2 平臺(tái)層分析

平臺(tái)層是整個(gè)平臺(tái)的信息交匯以及任務(wù)分析的地方，是整個(gè)平臺(tái)最核心的地方。本系統(tǒng)的平臺(tái)層還擁有智能業(yè)務(wù)分配功能以及信息綜合管理功能。

4 大業(yè)務(wù)組成了整個(gè)平臺(tái)的主要應(yīng)用方面，每個(gè)業(yè)務(wù)都是鐵路運(yùn)營(yíng)所無(wú)法避開(kāi)的重要方面，而業(yè)務(wù)的分配也就十分重要。

交互業(yè)務(wù)將需要建立連接的多方用戶(hù)終端進(jìn)行鏈路連接，連接后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

編組規(guī)劃業(yè)務(wù)是系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛信息、天氣信息，客運(yùn)趨勢(shì)等進(jìn)行綜合性分析之后，管理者按照分析結(jié)果，結(jié)合上層領(lǐng)導(dǎo)指示，即可完成編組規(guī)劃業(yè)務(wù)的分配。

協(xié)同作業(yè)業(yè)務(wù)是系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器或者人員的上報(bào)發(fā)現(xiàn)緊急情況等，管理者對(duì)范圍內(nèi)的多列列車(chē)進(jìn)行綜合性分析。

實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)將各個(gè)鐵路和車(chē)輛傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，并且同時(shí)接受駕駛員、員工等的情況報(bào)告，若有情況，及時(shí)分發(fā)該業(yè)務(wù)，尋找問(wèn)題或是事件的解決方案。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層分析

網(wǎng)絡(luò)層分析是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞窖芯?，在本系統(tǒng)之中包括接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)4 塊。

接入網(wǎng)絡(luò)是骨干網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)終端之間的任何設(shè)備。連接的距離一般是1 km 左右，所以被稱(chēng)為“最后一公里”。由于骨干網(wǎng)一般采用光纖結(jié)構(gòu)，傳輸速度快，因此接入網(wǎng)成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瓶頸。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線(xiàn)（普通電話(huà)線(xiàn)）接入，光纖接入，光纖同軸電纜有線(xiàn)電視電纜混合接入和無(wú)線(xiàn)接入。

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是用于傳輸數(shù)據(jù)服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)?；跀?shù)據(jù)交換機(jī)（分組交換，幀中繼交換，ATM 交換，高級(jí)路由器，IP 交換機(jī)等）作為交換點(diǎn)，形成世界，國(guó)家和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是基于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)以及現(xiàn)代傳輸技術(shù)的產(chǎn)物。

傳輸網(wǎng)絡(luò)是一種用于傳輸信道的網(wǎng)絡(luò)，通常在交換網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和支持網(wǎng)絡(luò)下構(gòu)建，提供信號(hào)傳輸和轉(zhuǎn)換，屬于上述3 種網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)。傳輸網(wǎng)絡(luò)光纖、銅線(xiàn)、信號(hào)放大器、接口、連接器、接口轉(zhuǎn)換器、微波系統(tǒng)、PDH、SDH、WDM、ASON 和衛(wèi)星的一般研究。

3.4 終端層分析

終端是各個(gè)支撐平臺(tái)運(yùn)行的硬件，例如鐵路信息收集采集傳感器，智能終端和通信網(wǎng)絡(luò)的布局。

3.4.1 鐵路信息采集傳感器

信息采集傳感器分為鐵路傳感器和列車(chē)傳感器。

鐵路傳感器主要是為了保證鐵路質(zhì)量安全，給管控中心上傳鐵路的安全信息。鐵路傳感器有溫度傳感器，光線(xiàn)傳感器，振動(dòng)傳感器等，溫度傳感器用于測(cè)量鐵路的溫度，由于曝曬加上列車(chē)摩擦，過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致鐵軌的扭曲變形。光線(xiàn)傳感器是為監(jiān)控列車(chē)速度，按照光的明暗來(lái)對(duì)車(chē)速進(jìn)行另一種途徑的測(cè)量。振動(dòng)傳感器是用于測(cè)量列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，鐵軌的振動(dòng)幅度超過(guò)一定的閾值的時(shí)候，就表明一些固定物如螺絲已經(jīng)松動(dòng)，或是鐵軌材料已經(jīng)老化等。

列車(chē)傳感器主要是為了收集更多有關(guān)列車(chē)以及路線(xiàn)的信息，便于對(duì)乘客進(jìn)行人性化服務(wù)或者是將一些因素考慮到規(guī)劃編組等業(yè)務(wù)中來(lái)。列車(chē)傳感器包括氣溫傳感器、濕度傳感器、紫外線(xiàn)傳感器、風(fēng)向傳感器等。氣溫傳感器、濕度傳感器、紫外線(xiàn)傳感器等是為了收集沿途的數(shù)據(jù)，給用戶(hù)通過(guò)人性化建議。而風(fēng)向傳感器是給列車(chē)使用，以提前預(yù)知風(fēng)力對(duì)于行駛的有利以及有弊之處。

3.4.2 智能終端

1）衛(wèi)星定位裝置

衛(wèi)星定位裝置利用衛(wèi)星進(jìn)行精確定位，同時(shí)利用4 顆衛(wèi)星，對(duì)列車(chē)進(jìn)行精細(xì)的地理定位，保證其在計(jì)劃內(nèi)運(yùn)營(yíng)。

2）激光測(cè)距

在列車(chē)上安裝激光測(cè)距裝置，利用其光原理，對(duì)周?chē)M(jìn)行測(cè)距，每次行駛的數(shù)據(jù)都會(huì)進(jìn)行比對(duì)分析，防止有意外情況，若是分析發(fā)現(xiàn)異常則交由駕駛員終端進(jìn)行控制。

4 總結(jié)與展望

基于多終端多業(yè)務(wù)協(xié)作的鐵路信息化建設(shè)無(wú)疑是一項(xiàng)發(fā)展前景廣大、功能全面的項(xiàng)目工程，這項(xiàng)工程所涉及的范圍極為廣泛，但卻堅(jiān)持以信息技術(shù)為基礎(chǔ)推行不同業(yè)務(wù)模塊的智能化、智慧化。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展而不停的推陳出新，更新?lián)Q代，化繁雜的數(shù)據(jù)與軟件系統(tǒng)為簡(jiǎn)單的處理平臺(tái)與模式，推動(dòng)建設(shè)智慧化管理與簡(jiǎn)潔化操作的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鐵路信息化建設(shè)的推廣。

同時(shí)，在通過(guò)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)推行鐵路多終端多業(yè)務(wù)建設(shè)的過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生多種不同類(lèi)型的信息處理平臺(tái)，隨著平臺(tái)的不斷建設(shè)與信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，平臺(tái)接入接口也會(huì)趨于統(tǒng)一，最終實(shí)現(xiàn)所有類(lèi)型的信息處理平臺(tái)集成共享；同時(shí)對(duì)于統(tǒng)一集中處理的大流量數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理分析、存儲(chǔ)或挖掘，從而使得鐵路多終端多業(yè)務(wù)建設(shè)進(jìn)一步加快，其發(fā)展的范圍更廣，影響更深，以點(diǎn)破面突出重點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的鐵路多終端多業(yè)務(wù)建設(shè)。