鐵路運輸智能化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

韓文君

摘? 要：文章根據(jù)鐵路運輸智能化系統(tǒng)的需求，闡述該系統(tǒng)的設計方法，包括框架設計、數(shù)據(jù)流分析、調(diào)度流程等內(nèi)容，并分析該系統(tǒng)的應用效果。通過該系統(tǒng)的應用使線路和機車利用率得到極大提升，車輛周轉(zhuǎn)加速，貨車延時費降低，工作人員的操作更加規(guī)范，幫助企業(yè)節(jié)省大量人力和財力，達到增收減支的目標。

關鍵詞：鐵路運輸智能化;系統(tǒng)設計;定位系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）06-0091-02

Abstract： According to the requirements of the intelligent system of railway transportation， this paper describes the design method of the system， including framework design， data flow analysis， scheduling process and so on， and analyzes the application effect of the system. Through the application of the system， the utilization rate of lines and locomotives has been greatly improved， the turnover of vehicles has been accelerated， the delay cost of trucks has been reduced， and the operation of staff has become more standardized， thus helping enterprises to save a lot of manpower and financial resources and achieving the goal of increasing income and reducing expenditure.

Keywords： intelligent railway transportation; system design; positioning system

社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，鐵路運輸成為主要運輸渠道，使原材料接入與產(chǎn)品外發(fā)實現(xiàn)無縫銜接。在網(wǎng)絡時代背景下，鐵路運輸逐漸朝著信息化、智能化的方向發(fā)展，鐵路調(diào)度設施全面升級，在運輸智能系統(tǒng)的支持下，使車號自動采集、機車位置跟蹤、道口遠程控制等成為可能，為鐵路智能化發(fā)展打下堅實基礎。

1 鐵路運輸智能化系統(tǒng)需求

根據(jù)鐵路運輸生產(chǎn)現(xiàn)狀可知，存在鐵路信號設備技術落后、作業(yè)計劃依賴人工安排、數(shù)據(jù)信息滯后，安全隱患眾多等問題。要想構(gòu)建鐵路運輸智能系統(tǒng)，需要對現(xiàn)有運輸基礎設施進行優(yōu)化升級，利用先進的IT技術，以物流信息與運輸生產(chǎn)為中心，構(gòu)建智能調(diào)度管理平臺，將自動化技術與智能設施引入其中，為新型物流管理系統(tǒng)建設提供強有力的技術支持，實現(xiàn)鐵路運輸全程監(jiān)控，為管理決策和調(diào)度指揮提供科學參考。對此，當前鐵路行業(yè)對運輸智能系統(tǒng)的需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）對站區(qū)原有的電氣集中聯(lián)鎖系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用高度集成的聯(lián)鎖系統(tǒng)，使設備安全性得到顯著提升，同時減少維護人員的工作強度。（2）實現(xiàn)作業(yè)指令流轉(zhuǎn)信息化，將平面調(diào)車系統(tǒng)引入其中，借助無線傳輸完成電子計劃發(fā)送，還具備機車定位、實時監(jiān)控等功能，在惡劣工作環(huán)境下，司機可根據(jù)機車信號輔助行車，使作業(yè)更加安全可靠。（3）通過智能編排，為調(diào)車計劃提供輔助，降低值班人員的勞動強度，使作業(yè)更加科學標準;通過車號識別，與企業(yè)ERP接口進行對接，完成對車輛、貨票的匹配，支持車輛裝卸管理、車輛進出管理、設備管理、車輛跟蹤等功能。（4）實現(xiàn)信號集中管理和控制，對眾多聯(lián)鎖站場進行集中控制，并與物流、計算機聯(lián)鎖接口等進行進路預排，降低信號工作者的強度，通過道口遠程控制的方式，實現(xiàn)過車自動報警、欄桿起落智能操縱[1]。

2 鐵路運輸智能化系統(tǒng)設計

2.1 框架設計

根據(jù)上述系統(tǒng)需求，對運輸智能系統(tǒng)進行設計，該系統(tǒng)的核心為調(diào)度智能化，與ERP系統(tǒng)接口相連，獲取車輛、裝卸、生產(chǎn)方案等各類績效數(shù)據(jù)，為智能編排提供有利依據(jù)，借助有線與無線網(wǎng)獲取站場設備信息、機車位置等，制定出最優(yōu)決策方案。通過信號集控、機車自動跟蹤、道口遠程控制等方式，使現(xiàn)場設備能夠自動化、無人化控制;利用有線與無線網(wǎng)絡，建立安全可靠的信息傳輸通道。在系統(tǒng)架構(gòu)方面，主要包含兩個層次與多個系統(tǒng)，即智能管理層、自動控制層，前者主要包括物流系統(tǒng)、編排系統(tǒng)，后者包括車號識別系統(tǒng)、調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、道口集控系統(tǒng)、機車作業(yè)系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)流分析

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流的核心為編排系統(tǒng)、調(diào)度集控系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動控制與智能調(diào)度等目標，本文將對數(shù)據(jù)流進行深入研究。在整體數(shù)據(jù)流中，主要包括生產(chǎn)方案、調(diào)車計劃、信號控制、進路信息、階段方案、設備狀態(tài)、執(zhí)行信息等等。在其他子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流，分別如下：

（1）編排數(shù)據(jù)流。從編排系統(tǒng)中采集調(diào)車方案，以鉤計劃信息、閑置情況為依據(jù)，開展機車定位、自動清鉤等工作，并將相關命令與時間傳遞到編排系統(tǒng)中，將進路信息開啟，傳遞給聯(lián)鎖系統(tǒng)，使調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)能夠獲取全廠設備的運行情況。（2）物流數(shù)據(jù)流。通過車號識別系統(tǒng)中獲取車號、型號、換長等信息，由ERP中獲取相應的重量、貨物信息，實現(xiàn)路局車輛進場匹配與銷售;由編排系統(tǒng)中獲取調(diào)車方案，按照現(xiàn)車跟蹤方式，對車輛位置與狀態(tài)相關信息進行獲取，將結(jié)果反饋給編排系統(tǒng)，并將信息錄入數(shù)據(jù)庫中。（3）機車無線數(shù)據(jù)流。由編排系統(tǒng)中采集調(diào)車方案，由調(diào)度系統(tǒng)中采集軌道狀態(tài)、信息與道岔等等，與GPS跟蹤定位信息相結(jié)合，通過跟蹤定位的方式，對機車實時、準確信息進行核算，并將其提供給監(jiān)督系統(tǒng)、編排系統(tǒng)[2]。

2.3 調(diào)度流程

（1）調(diào)車方案作業(yè)。調(diào)車方案與區(qū)域內(nèi)部車輛實際情況相結(jié)合，制定科學合理的裝車、卸車計劃，還應在特定時間內(nèi)，對所需車輛的動態(tài)信息編制調(diào)車作業(yè)方案，并發(fā)布到運輸管理部門進行落實。調(diào)車作業(yè)是依照車輛現(xiàn)場動態(tài)進行編制，整個區(qū)域內(nèi)可同時完成洗車、調(diào)車、裝車等工作，但是應注意以下內(nèi)容：一是首鉤為傳機車，調(diào)查方案從第二鉤開始編輯;二是調(diào)車作業(yè)中與掛車數(shù)、摘車數(shù)相加之和為0，反之則系統(tǒng)編制與規(guī)定不符;調(diào)車方案的編制應與摘掛方式、方向相符合。（2）接發(fā)車處理。在運輸車間，將車號錄入到編組后，可將車輛自動接入，接車計劃依據(jù)車站傳真信息獲取，調(diào)度員與運輸部門相配合，高效完成接車工作。嚴格按照調(diào)度部門下發(fā)的方案，使各項接車事宜落到實處，并以車號識別系統(tǒng)中的編組為依據(jù)，將校核信息提交給調(diào)度部門，根據(jù)編組單進行發(fā)車。發(fā)車方案依據(jù)調(diào)車作業(yè)而定，在完成調(diào)車作業(yè)各項方案后，如若現(xiàn)場調(diào)車或從廠內(nèi)調(diào)車時，應將編組單傳輸?shù)竭\輸車間，由運輸部門按照編組單的內(nèi)容執(zhí)行發(fā)車操作。（3）智能定位系統(tǒng)。在裝車線合理位置安裝傳感器，將車載信息設備安裝在機車上，通過利用機車位置、地理位置、列車車速等信息，對停車位置進行計算。在機車的推動下，車皮進入裝車線后，可對相應的車皮前車輪進行調(diào)整，使其壓入傳感器，利用聯(lián)控地面系統(tǒng)對車輛后方推動距離進行計算，通過對車號識別系統(tǒng)、集中系統(tǒng)與相關設備，運用網(wǎng)絡、人工智能、計算機等技術，根據(jù)鐵路生產(chǎn)運行特點，將其與鐵路站場、作業(yè)環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)信息實時反饋，使作業(yè)計劃得到更加智能的編排。當車輛到達指定裝卸處后，利用無線通信發(fā)送語音信息，確保裝車工作安全開展[3]。

3 鐵路運輸智能化系統(tǒng)的實現(xiàn)

對于運輸智能系統(tǒng)來說，內(nèi)部核心技術與功能的實現(xiàn)方式如下所示。

（1）本文研究的運輸智能系統(tǒng)技術基礎為Java與.NET，將B/S與C/S模式相結(jié)合，借助Socket通信使內(nèi)部各個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，依靠Web Service實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)間的信息傳輸。（2）系統(tǒng)利用統(tǒng)一的服務器在有線與無線客戶端之間進行數(shù)據(jù)傳輸，對統(tǒng)一的鏈路層通信協(xié)議進行設計，以此為基礎設計出多樣化應用通信協(xié)議，在鏈路層中實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、校驗、分包、重發(fā)等操作，在應用子系統(tǒng)中，按照應用協(xié)議與通信服務器進行數(shù)據(jù)交換即可。（3）對于內(nèi)部子系統(tǒng)來說，堅持程序與數(shù)據(jù)分離的設計理念，借助圖形化工具軟件，生成站場組態(tài)數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)可為子系統(tǒng)的應用提供便利，當站場中的設備數(shù)量發(fā)生變化時，只需利用相應的工具對軟件進行調(diào)整、靜態(tài)數(shù)據(jù)進行更新即可，對于配置信息與客戶端程序來說，則不需要進行更新。（4）使用人工智能技術編制計劃，主要包括以下內(nèi)容：利用結(jié)構(gòu)化語言進行描述，將生產(chǎn)計劃信息轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)能夠讀取的規(guī)則語言或者表達式;對于編組站來說，應結(jié)合編組站的運輸特點，構(gòu)建調(diào)車時間模型、計劃規(guī)則等，例如，車輛模型、時間模型等等;構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫，對存儲接口數(shù)據(jù)信息、機車位置、現(xiàn)車數(shù)據(jù)等進行采集;在智能推理模塊中，利用最短路徑算法、蟻群算法等將計劃任務表述出來，得出最優(yōu)解;借助解析器方案制定出與標準格式相符的行車作業(yè)方案。（5）在仿真模塊中，按照編制成功的方案實施，對計劃的合理性與效率進行檢驗;在專家模塊中，對用戶編制計劃的調(diào)整數(shù)據(jù)進行收集，對漏洞信息自動填充，使調(diào)度規(guī)則得以完善，并將其應用到新計劃編制之中;對于關鍵設備與軟件來說，應采用雙機熱備法，包括通信設備、物流數(shù)據(jù)服務器、道口系統(tǒng)主控PLC等等，使無線子系統(tǒng)中的通信服務軟件能夠高效運行。

4 鐵路運輸智能化系統(tǒng)的應用成效

通過聯(lián)鎖系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)的應用，可實現(xiàn)對站場數(shù)據(jù)、軌道電路、遠程診斷等多項功能，并對故障進行實時定位和診斷，為行車管理者提供更加便利、可視化的監(jiān)控條件。將該系統(tǒng)與ERP集成和對接，使物流系統(tǒng)中的各項信息得到動態(tài)整合，以全景圖的形式在大屏幕中展示出來，將信息、物流與資金流“三位一體”。通過聯(lián)鎖系統(tǒng)的應用，將其與標準網(wǎng)絡接口相連，使運輸中采集的各個節(jié)點時間轉(zhuǎn)移到物流系統(tǒng)中，構(gòu)建電子作業(yè)大表;將聯(lián)鎖數(shù)據(jù)單傳遞到管理系統(tǒng)中，為管理者的審查提供便利。同時，對于維修員和設計員來說，可對系統(tǒng)故障進行診斷，及時排除室內(nèi)外存在的設備故障。在鐵路信息化改造項目中，聯(lián)鎖系統(tǒng)屬于最為基礎的設施，具有互聯(lián)互通的特點，系統(tǒng)能夠與鐵路運輸系統(tǒng)、機車安控系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，將車載RTK與北斗差分設備相連接，可對機車股道位置進行確定，對工作狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)督[4]。

通過對車號識別系統(tǒng)、集中系統(tǒng)與相關設備，運用網(wǎng)絡、人工智能、計算機等技術，根據(jù)鐵路生產(chǎn)運行特點，將其與鐵路站場、作業(yè)環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)信息實時反饋，使作業(yè)計劃得到更加智能的編排。在作業(yè)過程中，對基礎信息進行采集，對鐵路作業(yè)進行智能編排，按照作業(yè)計劃進行自動清溝。其中，車號識別系統(tǒng)的應用與人工操作相比，在車號、車輛進出站時間計算方面具有較大優(yōu)勢，可使數(shù)據(jù)信息更加準確、及時，富有連貫性，車輛的交接效率顯著提升，極大減少作業(yè)人員的勞動強度，使運輸工作朝著信息化、智能化的方向發(fā)展。將智能系統(tǒng)進行升級后，將其投入到運行中，可使線路和機車利用率得到極大提升，車輛周轉(zhuǎn)加速，貨車延時費降低，工作人員的操作更加規(guī)范，幫助企業(yè)節(jié)省大量人力和財力，達到增收減支的目標。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文對鐵路運輸智能化系統(tǒng)進行分析，該系統(tǒng)的應用消除了信息孤島，實現(xiàn)信息共享，為行車計劃的智能編排提供依據(jù)，使各項決策更加科學可靠，為鐵路事業(yè)的快速發(fā)展提供極大助力。

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