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

本文作者：張正光李國寧田俊鵬陳搖璐工作單位：蘭州交通大學自動化與電氣工程學院

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、數(shù)傳電臺等部分組成;地面設(shè)備由三取二主控機、數(shù)傳電臺(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)負責采集機車工況數(shù)據(jù)(方向、速度、壓力、里程數(shù)累計等參數(shù)),同時負責機車與地面機的通信。地面機設(shè)備主要完成跟車邏輯運算、機車定位、作業(yè)計劃發(fā)送、站場數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋７?wù)器與地面機通過網(wǎng)絡(luò)連接,從地面機獲取站場信息,機車信息,顯示各站的站場狀態(tài),顯示機車詳細信息。服務(wù)器還與信息化系統(tǒng)連接,傳輸機車信息到信息化系統(tǒng),從信息化終端獲取作業(yè)計劃信息。GPS基站與服務(wù)器連接,基站定時傳輸差分數(shù)據(jù)到服務(wù)器,服務(wù)器將差分數(shù)據(jù)發(fā)送到各站的地面機,地面機再發(fā)送到站內(nèi)的機車。車地聯(lián)控工作原理如圖2所示。機車精確定位車地聯(lián)控系統(tǒng)通過軌道電路和測速定位法定位當前機車的準確位置,機車速度傳感器采集速度并計算里程數(shù),地面機每隔50ms獲取一次機車信息,獲取機車的當前里程數(shù),與上次的里程數(shù)進行比較,獲取里程差,然后在顯示終端上移動機車位置。GPS定位作為輔助手段對機車進行定位,當?shù)孛孢壿嬇袛鄼C車位置不正確的時候,需要通過GPS的定位信息對機車進行修正。通過多區(qū)段的左右絕緣節(jié)進行GPS經(jīng)緯度的測量,可以獲得區(qū)段的長度,結(jié)合機車傳回的經(jīng)緯度坐標,可以判斷機車是否在區(qū)段上。通過軌道電路、測速定位法和GPS定位法相結(jié)合,確保了機車的精確定位。系統(tǒng)組成車地聯(lián)控系統(tǒng)可以分為以下幾個子系統(tǒng)。車地聯(lián)控車載系統(tǒng)主要由車載主控機、車載顯示終端、車載接線盒、GPS接收機、485轉(zhuǎn)換模塊組成。GPS接收機通過天線,獲取GPS衛(wèi)星信號,計算出當前機車所在的經(jīng)緯度坐標,將該信息通過接線盒定時發(fā)送到車載主控機上,車載主控機再發(fā)送到地面站進行定位計算,通過計算獲得機車所在的區(qū)段,最終通過車載顯示終端實現(xiàn)人機交互。車地聯(lián)控電子添乘系統(tǒng)包括錄像主機,車內(nèi)攝像頭和車外攝像頭。進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)備開啟期間最近半月的信息。電子添乘系統(tǒng)主要通過無線設(shè)備,實現(xiàn)對機車內(nèi)的實時監(jiān)控,保證機車安全駕駛,防止因人為原因事故的發(fā)生,也便于鑒別司機的操作技術(shù)和事后責任的界定。車地聯(lián)控地面機CPU實時計算著站場的信息,并且模擬生成虛擬的機車對象,并進行機車跟蹤定位、作業(yè)計劃傳輸?shù)冗壿嬤\算,地面機維護著本站內(nèi)的所有機車。車地聯(lián)控地面機從計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中獲取站場數(shù)據(jù)并進行邏輯運算處理,通過以太網(wǎng)和無線電臺將機車位置、車列長度等運算結(jié)果分別傳輸給機車和信息化系統(tǒng)。同時,調(diào)車作業(yè)單通過以太網(wǎng)傳輸?shù)杰嚨芈?lián)控地面機,再通過無線設(shè)備傳輸?shù)綑C車上,實現(xiàn)了實時下達和變更調(diào)車計劃,完成了車站和機車間的相互控制[6]。車地聯(lián)控服務(wù)器、維修機顯示所有站場信息,機車信息,軌道采集模塊信息,提供人工維護機車界面,站場機車數(shù)據(jù)存儲與回放,車地聯(lián)控系統(tǒng)運行日志記錄,信息化終端連接、作業(yè)計劃轉(zhuǎn)發(fā),GPS基站差分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),GPS坐標補點功能。車地聯(lián)控服務(wù)器軟件是運行在WINDOWS操作系統(tǒng)下的人機交互軟件,用于監(jiān)控所有站的相關(guān)信息,包括站場信息、機車信息等。每個車地聯(lián)控項目只需要運行一套服務(wù)器軟件,服務(wù)器軟件通過網(wǎng)絡(luò)與各個站的地面機連接通信,從地面機獲取站場與機車的信息;通過網(wǎng)絡(luò)與信息化終端連接,接收信息化下發(fā)的作業(yè)計劃,同時發(fā)送機車信息給信息化終端。車地聯(lián)控電子地圖的特點是通過結(jié)合GPS信息,精確定位站內(nèi)每個機車的位置,對機車位置進行自動校正,不需要人工參與維護。在調(diào)度中心的大屏上可以通過電子地圖直觀地監(jiān)視到站場的狀態(tài)、機車在站場所在的區(qū)段及精確位置、同時結(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,電子地圖終端實現(xiàn)了站場之間的區(qū)間顯示,能夠監(jiān)視機車在區(qū)間中的準確位置,所在道口的情況。在調(diào)度中心的大屏上,可以實現(xiàn)所有站的同時顯示,一個小屏幕顯示一個站場,也支持整個大屏顯示一個站場信息。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)之間進行大量的信息傳遞和數(shù)據(jù)交換,這樣就要求各個子系統(tǒng)、模塊之間要有較強的接口能力。從系統(tǒng)的整體需求出發(fā),分析各軟件所實現(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,既考慮完全實現(xiàn)各項功能任務(wù),又考慮軟件的擴展和維護。從整體上軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想是模塊化軟件結(jié)構(gòu)[7]。

系統(tǒng)運行環(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)界面簡潔,易操作。地面機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)、多用戶的實時操作系統(tǒng),具有優(yōu)先級占用,方便移植,快速程序切換等優(yōu)點。本系統(tǒng)所有的軟件均使用C++語言按模塊化的結(jié)構(gòu)編寫而成。圖4車地聯(lián)控系統(tǒng)界面通信方式[9]:地面機與車載系統(tǒng)通過無線電臺通信,地面機、服務(wù)器、信息化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接,服務(wù)器與GPS基站則通過串口連接。系統(tǒng)調(diào)試:對車地聯(lián)控系統(tǒng)功能的測試主要有以下2種方法。(1)將系統(tǒng)安裝在實際的鐵路運行線路中,根據(jù)實際需求和現(xiàn)場情況進行調(diào)試。(2)在實驗室里搭建虛擬的測試平臺,模擬現(xiàn)場實際的運行情況[10],進行功能調(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,進行不斷的改進和完善。安全性能:結(jié)合鐵路信號的技術(shù)趨勢,車地聯(lián)控系統(tǒng)采用的通信技術(shù)、容錯與可靠性技術(shù)以及故障安全技術(shù),滿足鐵路專用線安全、高效的要求。其在維護上集成了許多豐富的功能,主要體現(xiàn)在人工維護機車界面,站場機車數(shù)據(jù)存儲與回放,系統(tǒng)運行日志記錄,超速報警等功能中,電務(wù)維護人員通過歷史查詢就能找到各種軟硬件故障。

車地聯(lián)控系統(tǒng)硬件上采用動態(tài)冗余結(jié)構(gòu)、故障隔離技術(shù)和一些安全防護措施,保證了系統(tǒng)硬件的安全可靠;軟件上,各軟件子系統(tǒng)的動態(tài)冗余機制保證了對故障的及時屏蔽和系統(tǒng)的不間斷安全運行,確保了系統(tǒng)中軟件部分的安全可靠。目前,該系統(tǒng)已開發(fā)完成,進入實際應(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,提高了運輸效率,方便、快捷、安全的傳遞生產(chǎn)管理信息,同時提高了各級生產(chǎn)管理人員信息化管理水平,為企業(yè)及時、準確、科學的決策提供依據(jù)。