企业铁路可视化机车运行实时监控系统的设计与实现

刘世刚, 郭文新

（1.马鞍山钢铁股份有限公司 铁路运输分公司，马鞍山 243003；2 .成都劳杰斯信息技术有限公司，成都 610036）

企业铁路可视化机车运行实时监控系统的设计与实现

刘世刚1, 郭文新2

（1.马鞍山钢铁股份有限公司 铁路运输分公司，马鞍山 243003；2 .成都劳杰斯信息技术有限公司，成都 610036）

本文论述了DGPS技术和基于轨道信号的MESH无线网络在企业铁路机车运行实时监控方面的应用。该应用将MESH无线网络技术运用于企业铁路机车运行实时监控，并通过将铁路信号和机车运行前方进路（道口或货位等）视频回传、DGPS亚米级高精度定位等功能带来的各类安全预警，使得企业铁路机车运行实时监控达到可视化。

机车运行；MESH网络；视频；DGPS；实时监控

在我国冶金、钢铁、矿山、化工等行业存在着大量专用铁路（企业自备铁路），专用铁路是企业生产组织的重要环节，是我国大中型企业主要的运输方式，在企业的生产经营活动中起着重要的作用。机车作为企业铁路运输生产的主要设备，它的运行和管理尤为重要和关键。

1 研发意义

基于MESH无线网络和DGPS技术的企业铁路可视化机车运行实时监控系统（简称可视化机车监控系统）的研发，对企业铁路运输生产具有重大意义。

（1）加大了作业机车的监控力度。本系统为各站行车调度（区调）提供了管辖区域内机车的位置、速度等数据，使行车调度随时掌握各台机车的作业进度，准确监控每台机车的作业，从而提高了铁路运输保产的能力。

同时基于MESH无线网络通信的高带宽实时机车监控视频的回传及机车进路前方道口或货位实际场景实时视频的回传[1]，对运输生产调度指挥人员有极其重要的作用。

（2）提高机车的作业效率，减少机车使用台数，降低运输成本。本系统提供了一种崭新的工作平台，通过此平台，铁路行车总调度拓宽了监控范围。可站在全局的角度，指挥各站行车调度，使全部运输机车都有效地运转起来，达到对全部机车作业实施监控的目的。另外，调度中心与机车实现了调度指令的无线传输，两者结合大幅度提高了机车的作业效率。

（3）加强运输机车作业标准化的监督，减少行车事故的发生。本系统可以使机车作业人员自觉地按标准化进行作业，从而大幅度减少行车事故，并且为事故分析提供可靠的依据。

（4）“微机联锁+DGPS”形成双保险。DGPS机车卫星差分定位系统与微机信号连锁系统结合形成了安全的双保险，除了显示信号和轨道状态外，同时显示机车在轨道的准确位置，这样就可有效地防止上述安全事故的发生。

（5）优化铁路行车组织。由于企业铁路可视化机车运行实时监控系统可以对全部机车作业过程进行回放，并对每台作业机车的作业数据进行统计和分析，从中发现机车作业过程中不合理的部分，从而改进各台机车作业方案，实现优化行车组织的目的。

2 开发要求

2.1 对机车运行进行实时跟踪、定位和监控

（1）在机车车载显示屏上实时动态显示本机车及所挂车辆在股道上的具体位置；（2）在机车车载显示屏上实时动态显示距离本车列行进方向最近信号机状态和距离，系统要求距离误差不大于3 m；（3）在机车车载显示屏上实时动态显示机车速度曲线。（4）机车运行动态轨迹及回放。

2.2 对机车调车作业时的安全进行预警及防护

（1）对机车冒进信号前，进行低频和高频两级语音预警；（2）当车列行进前方为尽头线时，进行语音低频和高频两级语音预警；（3）当车列行进的速度超过了股道限速时，进行低频和高频两级语音预警；（4）特殊区段限速控制。根据用户使用要求，对需要限制速度的区段进行速度限制及预警；（5）测量车列长度，实时提供实际甩挂钩验证车辆数，实现错误摘挂车辆作业报警；（6）当检测到机车出现闯红灯、超速等情况时，可以对机车进行应急制动控制。

2.3 其它功能

（1）机车车载终端可以与机车工况测控主机进行接口（RS232），采集记录机车运行工况信息并进行回放，记录内容包括柴油机、制动系统等运行参数并在后台形成曲线，可以与速度同步回放；（2）机车车载终端可以与物流跟踪系统、调度监督系统进行数据接口，接收处理相关数据；（3）机车车载终端具有打印输出接口；（4）电子添乘的内容可根据要求实时回传到地面管理终端。

3 关键技术和要点

3.1 无线网络的选择

MESH无线网状网[2]，也称为“多跳（multihop）”网络[3]，是一种新型的基于WiFi 技术的无线城域网解决方案。它可以动态地创建新的链接和其它节点相连，且组网简单、经济、可扩展，从而大幅度降低专网用户或运营商网络部署的成本和复杂程度。

在本系统中选择Strix OWS产品系列，它具备如下特点：保证机车视频监控双向传输所需的网络带宽；机车高速移动和无线网络快速切换；铁路沿线Mesh基站具有极强的自愈能力；企业铁路的恶劣环境要求极强的抗干扰性；网络的可管理性。

3.2 GPS的定位精度

通常GPS的定位精度为5 m～10 m，而在企业专用铁路的站场，5 m～10 m往往可以横跨3～4条铁路线路，并且线路轨间距为1.435 m，因此普通GPS的定位精度达不到机车运行监控的要求。本项目利用差分全球定位系统（Differential Global Positioning System，简称 DGPS 或差分GPS），它是一种应用于全球定位系统中用以提高民用定位精度的技术，可以提高局部范围内用户的定位精度，利用这一方法可以将用户的实时单点定位精度提高到亚米级。 本项目定位精度可达到0.45 M（CEP），完全适用于企业机车运行监控。

3.3 工作原理

本系统不仅需要其各分系统间协同工作，还需要与计算机网络系统、MESH网络有机集成。系统主要工作原理如下：

DGPS基准站分系统的GPS接收天线架设在已知坐标的基准点（在调度中心楼顶）上，根据接收到的GPS信号及预先测定的基准点坐标解算出差分改正数，并实时地将差分改正数据通过MESH无线网络系统向车载分系统播发。实现GPS卫星定位子系统精确定位的基础。

车载分系统中的GPS接收机接收GPS差分改正数据和GPS卫星信号，进行实时差分处理，得到所测机车的精确位置。

利用MESH网络，不仅实现差分信息的播发和机车位置信息的回传，同时还通过数据处理中心的中心处理软件实现调度指令的双向报文通信，并实现调度指令及相关视频在各个机车、站场、调度中心间的转发和存储。

3.4 开发环境

本系统采用C/S 模式结构，选择了基于GIS组件的集成二次开发方法，GIS组件选用MapX，高级语言选用Microsoft Visual Studio 2008，数据库管理系统利用Microsoft SQL Server 2008。

3.5 主要数据处理流程

DGPS数据处理流程图如图1所示。

微机联锁、调车作业数据处理流程图如图2所示。

图1 DGPS数据处理流程图

图2 微机联锁、调车作业数据处理流程图

4 系统设计

系统设计分为3个部分：地面设备、传输网络、机车车载终端。地面设备包括DGPS基站、数据库服务器、应用服务器、接口工控机、视频服务、现场网络摄像机等。传输网络包括企业局域网、MESH无线网络。机车车载终端包括GPS接收机、车载电脑、车载视频监控摄像机、MESH网络通信单元。企业铁路可视化机车运行实时监控系统拓扑图如图3所示。

5 应用效果

2012年10月，马鞍山钢铁集团铁路运输公司对企业内53台机车陆续安装了机车运行实时监控系统，完成了开发要求的所有功能，实现了对机车运行及司乘人员的安全作业监控；机车动态轨迹记录及回放；机车运行安全预警（信号和DGPS双控模式）；机车运用统计；机车油耗管理等功能，达到了为企业铁路运输生产保驾护航的目的。

6 结束语

企业铁路可视化机车运行实时监控系统是应用无线网络、差分GPS、铁路信号、视频监控、智能控制等技术开发的，该系统的开发应用带来全新的管理理念。其中部分成果已成功运用于马鞍山钢铁集团、河北钢铁唐山分公司等大型企业，取得了良好的应用效果。

[1] 何明明，李立军，刘 钢. 机车电子添乘装置在铁路管理中的应用[J]. 科技创 新导报， 2011（29）： 50-51.

图3 企业铁路可视化机车运行实时监控系统拓扑图

[2] 方旭明. 无线Mesh 网络[M]. 北京：人 民邮电出版社，2006.

[3] Mario Botsch. Polygon Mesh Processing[M]. AK Peters, Ltd, 2010.

[4] 潘云松，沈 涛. 行车和调车作业综合信息远程监控系统的设计与实现[J]. 铁路计算机应用，2009，18（7）：48-50.

[5] 郭文新，张晓峰.专用铁道可视化调车系统[J].铁路计算机应用，2007，16（2）：24-25.

责任编辑 陈 蓉

Visual Locomotive Running Real Time Monitoring System for enterprise railway

LIU Shigang1, GUO Wenxin2
( 1. Railway Transport Branch, Maanshan Iron&Steel CO.,LTD, Ma,anshan 243003, China; 2. Chengdu Logistics Information Technology Co.,LTD, Chengdu 610036, China )

This paper discussed the application of DGPS technology and wireless MESH network to enterprise railway in locomotive running real time monitoring on the basis of track signal in detail. In this application, the MESH wireless network technology was used in locomotive running real time monitoring for enterprise railway. Through track signal and video of locomotive front route (crossing or location, etc), DGPS sub-meter precision positioning function, it was implemented the visual locomotive running real time monitoring for enterprise railway.

locomotive running; MESH network; video; DGPS; locomotive-ground joint control

U260.42∶TP39

A

1005-8451（2014）12-0033-04

2014-06-19

刘世刚 , 工程师；郭文新，高级工程师。