導(dǎo)語(yǔ)：鐵路線車的探究與設(shè)想一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：張正光李國(guó)寧田俊鵬陳搖璐工作單位：蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

車地聯(lián)控系統(tǒng)由車載設(shè)備與地面設(shè)備組成。車載設(shè)備由車載主控、車載終端、安裝的傳感器、GPS接收機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)等部分組成;地面設(shè)備由三取二主控機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)(雙冗余)、電源模塊(雙冗余)、電子地圖等組成。工作原理車載系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集機(jī)車工況數(shù)據(jù)(方向、速度、壓力、里程數(shù)累計(jì)等參數(shù)),同時(shí)負(fù)責(zé)機(jī)車與地面機(jī)的通信。地面機(jī)設(shè)備主要完成跟車邏輯運(yùn)算、機(jī)車定位、作業(yè)計(jì)劃發(fā)送、站場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。服?wù)器與地面機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接,從地面機(jī)獲取站場(chǎng)信息,機(jī)車信息,顯示各站的站場(chǎng)狀態(tài),顯示機(jī)車詳細(xì)信息。服務(wù)器還與信息化系統(tǒng)連接,傳輸機(jī)車信息到信息化系統(tǒng),從信息化終端獲取作業(yè)計(jì)劃信息。GPS基站與服務(wù)器連接,基站定時(shí)傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)到服務(wù)器,服務(wù)器將差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到各站的地面機(jī),地面機(jī)再發(fā)送到站內(nèi)的機(jī)車。車地聯(lián)控工作原理如圖2所示。機(jī)車精確定位車地聯(lián)控系統(tǒng)通過(guò)軌道電路和測(cè)速定位法定位當(dāng)前機(jī)車的準(zhǔn)確位置,機(jī)車速度傳感器采集速度并計(jì)算里程數(shù),地面機(jī)每隔50ms獲取一次機(jī)車信息,獲取機(jī)車的當(dāng)前里程數(shù),與上次的里程數(shù)進(jìn)行比較,獲取里程差,然后在顯示終端上移動(dòng)機(jī)車位置。GPS定位作為輔助手段對(duì)機(jī)車進(jìn)行定位,當(dāng)?shù)孛孢壿嬇袛鄼C(jī)車位置不正確的時(shí)候,需要通過(guò)GPS的定位信息對(duì)機(jī)車進(jìn)行修正。通過(guò)多區(qū)段的左右絕緣節(jié)進(jìn)行GPS經(jīng)緯度的測(cè)量,可以獲得區(qū)段的長(zhǎng)度,結(jié)合機(jī)車傳回的經(jīng)緯度坐標(biāo),可以判斷機(jī)車是否在區(qū)段上。通過(guò)軌道電路、測(cè)速定位法和GPS定位法相結(jié)合,確保了機(jī)車的精確定位。系統(tǒng)組成車地聯(lián)控系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)。車地聯(lián)控車載系統(tǒng)主要由車載主控機(jī)、車載顯示終端、車載接線盒、GPS接收機(jī)、485轉(zhuǎn)換模塊組成。GPS接收機(jī)通過(guò)天線,獲取GPS衛(wèi)星信號(hào),計(jì)算出當(dāng)前機(jī)車所在的經(jīng)緯度坐標(biāo),將該信息通過(guò)接線盒定時(shí)發(fā)送到車載主控機(jī)上,車載主控機(jī)再發(fā)送到地面站進(jìn)行定位計(jì)算,通過(guò)計(jì)算獲得機(jī)車所在的區(qū)段,最終通過(guò)車載顯示終端實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。車地聯(lián)控電子添乘系統(tǒng)包括錄像主機(jī),車內(nèi)攝像頭和車外攝像頭。進(jìn)行視頻和音頻信息的采集和保存,配備的硬盤大約可保存設(shè)備開(kāi)啟期間最近半月的信息。電子添乘系統(tǒng)主要通過(guò)無(wú)線設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,保證機(jī)車安全駕駛,防止因人為原因事故的發(fā)生,也便于鑒別司機(jī)的操作技術(shù)和事后責(zé)任的界定。車地聯(lián)控地面機(jī)CPU實(shí)時(shí)計(jì)算著站場(chǎng)的信息,并且模擬生成虛擬的機(jī)車對(duì)象,并進(jìn)行機(jī)車跟蹤定位、作業(yè)計(jì)劃傳輸?shù)冗壿嬤\(yùn)算,地面機(jī)維護(hù)著本站內(nèi)的所有機(jī)車。車地聯(lián)控地面機(jī)從計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中獲取站場(chǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理,通過(guò)以太網(wǎng)和無(wú)線電臺(tái)將機(jī)車位置、車列長(zhǎng)度等運(yùn)算結(jié)果分別傳輸給機(jī)車和信息化系統(tǒng)。同時(shí),調(diào)車作業(yè)單通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)杰嚨芈?lián)控地面機(jī),再通過(guò)無(wú)線設(shè)備傳輸?shù)綑C(jī)車上,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)下達(dá)和變更調(diào)車計(jì)劃,完成了車站和機(jī)車間的相互控制[6]。車地聯(lián)控服務(wù)器、維修機(jī)顯示所有站場(chǎng)信息,機(jī)車信息,軌道采集模塊信息,提供人工維護(hù)機(jī)車界面,站場(chǎng)機(jī)車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放,車地聯(lián)控系統(tǒng)運(yùn)行日志記錄,信息化終端連接、作業(yè)計(jì)劃轉(zhuǎn)發(fā),GPS基站差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),GPS坐標(biāo)補(bǔ)點(diǎn)功能。車地聯(lián)控服務(wù)器軟件是運(yùn)行在WINDOWS操作系統(tǒng)下的人機(jī)交互軟件,用于監(jiān)控所有站的相關(guān)信息,包括站場(chǎng)信息、機(jī)車信息等。每個(gè)車地聯(lián)控項(xiàng)目只需要運(yùn)行一套服務(wù)器軟件,服務(wù)器軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)站的地面機(jī)連接通信,從地面機(jī)獲取站場(chǎng)與機(jī)車的信息;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與信息化終端連接,接收信息化下發(fā)的作業(yè)計(jì)劃,同時(shí)發(fā)送機(jī)車信息給信息化終端。車地聯(lián)控電子地圖的特點(diǎn)是通過(guò)結(jié)合GPS信息,精確定位站內(nèi)每個(gè)機(jī)車的位置,對(duì)機(jī)車位置進(jìn)行自動(dòng)校正,不需要人工參與維護(hù)。在調(diào)度中心的大屏上可以通過(guò)電子地圖直觀地監(jiān)視到站場(chǎng)的狀態(tài)、機(jī)車在站場(chǎng)所在的區(qū)段及精確位置、同時(shí)結(jié)合信息化系統(tǒng)能夠直觀地顯示區(qū)段中所有的車皮信息及狀態(tài)。另外,電子地圖終端實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)之間的區(qū)間顯示,能夠監(jiān)視機(jī)車在區(qū)間中的準(zhǔn)確位置,所在道口的情況。在調(diào)度中心的大屏上,可以實(shí)現(xiàn)所有站的同時(shí)顯示,一個(gè)小屏幕顯示一個(gè)站場(chǎng),也支持整個(gè)大屏顯示一個(gè)站場(chǎng)信息。3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)車地聯(lián)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件包括:服務(wù)器軟件、維修機(jī)軟件、通信軟件、MCCAD軟件、IO數(shù)據(jù)處理模塊軟件等,如圖3所示。圖3車地聯(lián)控軟件體系結(jié)構(gòu)車地聯(lián)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)豐富,各子系統(tǒng)之間進(jìn)行大量的信息傳遞和數(shù)據(jù)交換,這樣就要求各個(gè)子系統(tǒng)、模塊之間要有較強(qiáng)的接口能力。從系統(tǒng)的整體需求出發(fā),分析各軟件所實(shí)現(xiàn)的功能和其他軟件系統(tǒng)之間的交互關(guān)系,確定組成系統(tǒng)的各個(gè)硬件、系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、部件同步、部件交互和部件通信協(xié)議等,既考慮完全實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能任務(wù),又考慮軟件的擴(kuò)展和維護(hù)。從整體上軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是模塊化軟件結(jié)構(gòu)[7]。

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

圖4是車地聯(lián)控系統(tǒng)界面,從圖中可以看出該系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔,易操作。地面機(jī)采用的是目前鐵路系統(tǒng)中較流行的QNX操作系統(tǒng)[8],QNX是一種多任務(wù)、多用戶的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),具有優(yōu)先級(jí)占用,方便移植,快速程序切換等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)所有的軟件均使用C++語(yǔ)言按模塊化的結(jié)構(gòu)編寫而成。圖4車地聯(lián)控系統(tǒng)界面通信方式[9]:地面機(jī)與車載系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線電臺(tái)通信,地面機(jī)、服務(wù)器、信息化系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接,服務(wù)器與GPS基站則通過(guò)串口連接。系統(tǒng)調(diào)試:對(duì)車地聯(lián)控系統(tǒng)功能的測(cè)試主要有以下2種方法。(1)將系統(tǒng)安裝在實(shí)際的鐵路運(yùn)行線路中,根據(jù)實(shí)際需求和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)試。(2)在實(shí)驗(yàn)室里搭建虛擬的測(cè)試平臺(tái),模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的運(yùn)行情況[10],進(jìn)行功能調(diào)試。最后根據(jù)調(diào)試結(jié)果,總結(jié)出系統(tǒng)的不足和漏洞,進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善。安全性能:結(jié)合鐵路信號(hào)的技術(shù)趨勢(shì),車地聯(lián)控系統(tǒng)采用的通信技術(shù)、容錯(cuò)與可靠性技術(shù)以及故障安全技術(shù),滿足鐵路專用線安全、高效的要求。其在維護(hù)上集成了許多豐富的功能,主要體現(xiàn)在人工維護(hù)機(jī)車界面,站場(chǎng)機(jī)車數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回放,系統(tǒng)運(yùn)行日志記錄,超速報(bào)警等功能中,電務(wù)維護(hù)人員通過(guò)歷史查詢就能找到各種軟硬件故障。

車地聯(lián)控系統(tǒng)硬件上采用動(dòng)態(tài)冗余結(jié)構(gòu)、故障隔離技術(shù)和一些安全防護(hù)措施,保證了系統(tǒng)硬件的安全可靠;軟件上,各軟件子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制保證了對(duì)故障的及時(shí)屏蔽和系統(tǒng)的不間斷安全運(yùn)行,確保了系統(tǒng)中軟件部分的安全可靠。目前,該系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)完成,進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。車地聯(lián)控系統(tǒng)的使用提升了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平,提高了運(yùn)輸效率,方便、快捷、安全的傳遞生產(chǎn)管理信息,同時(shí)提高了各級(jí)生產(chǎn)管理人員信息化管理水平,為企業(yè)及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的決策提供依據(jù)。