铁路站场作业定位跟踪系统的研究

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  (南宁铁路局科学技术研究所,广西 南宁 530002)
  【摘 要】铁路站场作业定位跟踪系统由手持对讲机、指挥中心台、平台服务器、用户终端等组成。该系统以集群通信方式为基础,采用GPS定位系统,配合模拟集群通信方式,将有线通信与无线通信相结合,实现对站场作业人员的定位跟踪、实时显示、轨迹回放,以及集群语音通信、实时通话录音、查询回放等功能,从而为打造先进生产系统提供了技术支持,实现对站场生产要素的精确定位、动态跟踪、过程控制与可视化管理,提高了作业效率。
  【关键词】站场作业;定位跟踪;集群通信
  【中图分类号】TP277 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(2016)05-0022-04
  0 引言
  近年来,随着我国国民经济的飞速发展,铁路客运、货运的运载量大幅度提高,铁路站场作业人员的管理问题日益突显,各铁路局领导对此问题都非常重视,希望通过先进的网络通信技术及空间定位技术来解决客货场现有的三大问题:{1}铁路站场作业人员的实时位置并不被掌握,因此存在站场作业人员无法科学分布而导致站场整体工作效率相对低下;{2}站场作业的各个工种及作业环节间并未实现无缝衔接,工作流程衔接不紧密,生产作业信息在“调度→现场→调度”间未形成闭环;{3}如果站场作业现场发生事故,由于无法还原作业人员现场位置及通话内容,很难清晰地区分事故责任。因此,迫切需要研究一套站场作业人员定位跟踪系统,通过使用该系统来进行信息传递,使调度人员能准确地掌握现场情况,迅速处理现场存在的问题,提高工作效率;并且,通过对站场作业人员行动轨迹还原和语音录音,能事后分析当时作业人员的分工状况和工作情况,有利于进一步优化作业及划分责任。
  1 系统原理
  1.1 概述
  铁路站场作业定位跟踪系统是以集群通信方式为基础,结合GPS全球定位系统,通过指挥中心台连接计算机网络,将有线通信与无线通信相结合的作业人员定位管理系统。系统以CSVC-II型设备作为指挥中心台,实现集群通信。它将无线短波与有线网络相连接,是计算机网络与移动终端设备连接到一起的纽带。定位对讲机通过集群天线实时传送其位置、语音等信息到指挥中心台,指挥中心台将收到的所有定位对讲机的信息进行解调处理,再推送至平台服务器,从而可在计算机用户终端看到各作业人员的实时位置,听到作业语音通话。管理人员也可以通过计算机用户终端向手持定位对讲机的作业人员下达作业指令。平台服务器对采集到的定位对讲机的位置、语音信息进行分析、整理、存储,计算机用户端通过以太网读取平台服务器数据,实现对铁路站场作业人员的定位跟踪、实时显示、轨迹回放,以及集群语音通信、实时通话录音、查詢回放等功能(如图1所示)。
  1.2 定位原理
  1.2.1 GPS的基本原理
  本次研究采用美国全球卫星定位系统,即GPS系统,它包含了24颗卫星(21个正常使用,3个备用),这些卫星平均分布在6个轨道面上,在相对地球赤道面倾角为55°的轨道上绕地球运行。24颗GPS卫星离地面平均距离为2.2万km,每颗卫星的运行周期为11小时58分,使得地面上的任何一点、任一时刻高度角为15°以上都可以同时观测到4颗以上的卫星,最多可观测到11颗。GPS系统卫星不间断地通过2种频率的载波信号发送自身的星历参数、时间信息及测距码等,GPS用户接收到这些信息后,经过计算求出用户所在的三维位置、三维方向、运动速度和时间信息。
  1.2.2 系统对讲机定位原理
  系统在对讲机机体内嵌入Fastrax GPS定位模组。GPS定位模块内置GPS天线,可实现高精度定位功能,生成位置信息,位置信息以经纬度等方式表示。GPS定位模块的数据传输端口与对讲机无线模块的控制端连接,对讲机将GPS定位模块的数据调制到无线传播信号中,并将这个信号以一定时间间隔通过语音信道发送到指挥中心台。指挥中心台将收到的信号进行解调后推送至平台服务器数据库逐一记录,用户通过终端计算机GIS地理信息管理平台访问平台服务器,调取数据库数据,并与电子地图进行相关联,手持对讲机的作业人员位置就在平台界面上显示出来(如图2所示)。
  2 系统组成
  铁路站场作业定位跟踪系统由手持定位对讲机和管理指挥中心等组成(如图3所示)。它是集人员管理、现场指挥、信息交互于一体的综合管理系统,应用计算机网络、多媒体技术、数据库技术、无线通信技术、GIS地理信息系统等先进技术,通过计算机通信网络将功能相对独立的各子系统有机地集成在一起,实现对铁路站场工作人员的定位跟踪管理。
  2.1 硬件组成
  系统由定位对讲机、指挥中心台、平台服务器、网络交换机、用户终端、音箱、话筒等组成。
  2.1.1 定位对讲机
  内置集成GPS定位模块在模拟对讲机上,采用SiFR技术,具有更高的接收灵敏度,提供快速定位和高准确度的位置信息。GPS模块具有20个接收通道,位置信息最短可1 s内更新,位置精度最高可达3 m。定位模块与对讲机控制端相连,根据计算机用户终端的查询请求或者以一定的时间间隔向平台服务器主动发送其位置信息,从而实现人员定位和管理。
  2.1.2 指挥中心台
  指挥中心台是以MOTOROLA GM3688车载对讲机为通信基础的CSVC-II集群通信设备,支持MDC1200信令。实现对站场作业区域的无线信号完全冗余覆盖,并提供对平台服务器的数据传输接口,将所有在线定位对讲机的位置信息、语音信息推送至平台服务器。
  2.1.3 平台服务器及用户终端
  平台服务器对采集到的定位对讲机的位置、语音信息进行分析、整理、存储,通过安装在平台服务器上的定位管理平台软件系统将所有定位终端的位置即时地显示在GIS地图中。   计算机用户终端通过以太网络与平台服务器互联互通,安装相应的客户端软件,可以远程调用平台服务器中的数据,实现远程管理和历史记录查询等。
  2.2 软件组成
  数据库软件模块、数据传输控制软件模块和电子地图应用管理软件模块等组成集定位跟踪功能为一体的GIS地理信息系统平台管理软件。数据库模块存储GIS矢量地图匹配数据,各手持定位对讲机的ID信息、位置信息、语音通话信息,计算机用户登录信息等;数据传输模块对各类传输协议进行解析,并能对传输数据进行纠错,保证数据传输的可靠性;电子地图应用管理模块是以Mapinfo软件为基础开发,提供了友好的人机界面,简捷易懂,便于操作人员的学习和操作(如图4所示)。
  2.3 网络结构
  该系统网络结构如图5所示。各手持定位对讲机设备通过集群天线以无线传输方式,与系统指挥中心台组成无线网络,通过无线网络进行定位信息及语音的传输。指挥中心台通过串口连接服务器与各以太网连接的计算机用户终端组成有线网络。
  2.4 系统功能
  系统功能从结构上分为两大部分:硬件功能和软件功能。
  2.4.1 硬件功能
  铁路站场作业定位跟踪系统具有高效的人员管理和过程控制功能,主要由指挥中心台和定位对讲机实现。
  2.4.1.1 指挥中心台
  CSVC-II定位监控调度指挥中心台是定位监控调度指挥系统的核心设备。采用MOTOROLA GM3688车载对讲机为通信基础设备,具备计算机数据通信接口、语音接口等多项功能接口。以MDC1200信令实现广播、组呼、单呼。中心台是将无线短波与有线网络连接到一起的设备,也是指挥中心与定位对讲机连接到一起的纽带。中心台与定位对讲机进行语音通信及接收其返回的定位数据信息,并传送到平台服务器的数据接收接口中。同时,转发指挥中心与对讲机设备之间的语音通信信息,并传送到平台服务器的音频输入接口中。
  2.4.1.2 定位对讲机
  定位对讲机采用了一体化机的设计思想和高度的调度集中思想,支持MDC1200信令,实现语音和定位信息同步数据传输技术、高精确度位置定位、位置信息主动和被动式发送及语音无线通信等功能。
  2.4.2 软件功能
  系统平台软件通过对作业人员手持对讲机位置信息实时显示、语音通信,实现对作业人员的指挥、跟踪、调度。软件主要功能如下。
  (1)对现场对讲机进行集中管理与配置,定义对讲机个人信息,定义对讲机在地图中的显示内容,在系统中添加、删除对讲机ID等信息,将对讲机进行分组管理。
  (2)提供GIS地图读取调用功能,可手动更换GIS地图。
  (3)软件能够在GIS地图上实时显示现场对讲机的精确位置,并能提供位置校准功能。
  (4)软件能够对现场对讲机的所有通话进行录音,把录音文件存储在中心服务器硬盘内。
  (5)软件提供现场作业人员的历史位置信息和历史通话记录的查询和筛选功能。通过数据库技术,软件可查询和筛选一段时间内单个对讲机用户的历史位置信息和历史通话记录。
  (6)现场作业人员的历史轨迹回放功能。软件可在GIS地图中精确描绘出任意一个定位对讲机的历史运动轨迹。
  (7)通话录音回放功能。软件支持在运动轨迹回放的同时,回放当时的历史通话录音。
  3 关键技术
  3.1 矢量圖绘制
  矢量图绘制过程中最重要的工作是研究矢量地图的误差,清楚矢量地图的生成过程,从而才可能知道误差的来源。要生成一副矢量地图,先要生成地图的矢量文件,生成矢量地图的拓扑结构矢量库。通常的方法是采用从点位图中识别、生成矢量地图的方式。将从地理勘测地图扫描得到的点位图进行识别,提取出其中位置信息,然后将这些信息矢量化得到一副包含经纬度信息的矢量文件,以此作为一副矢量地图的基础。在这个基础上进行编辑、校正,并输入各种地图上的有关数据,生成电子地图的数据库,最终生成一个完整而准确的矢量地图。矢量地图采用标准经纬度地理坐标,便于与GPS硬件接收的坐标数据同步。本次研究还要考虑到将来与用户其他渠道来的不同格式、不同时间段、不同信息源、不同编码体系的非空间数据资源融合,并使它们与空间数据建立对应的链接关系,对所有类别的地理信息有统一的分类和编码。在GPS定位中,为了提升GPS误差精确度,常采用滤波和地图匹配算法以克服GPS误差。通过一些滤波器,如卡尔曼滤波器,对GPS信号进行滤波,可以在一定程度上消除GPS的随机误差。对GPS误差有更好校正效果的是地图匹配算法。地图匹配算法的目标是将从GPS获得的带有误差的位置匹配到矢量地图的对应点上。当矢量地图准确时,通过地图匹配算法获得的地图上的映射位置就是终端的准确位置,也就是通过地图匹配误差和准确地图信息消除了GPS位置信号中的误差影响。因此,矢量地图坐标数据的准确性对GPS定位整体精确度有重要的影响。
  3.2 基于GPS定位功能的对讲机
  本次研究在模拟对讲机通话功能的基础上,加入了GPS定位模块(如图6所示)。选用MOTOROLA GP328专业对讲机,机体内嵌入Fastrax GPS模组,将通信模块与定位模块连接。GPS定位模块生成的位置数据信息经数据调制解调器转换为相应的模拟信号,数据调制解调器与电台语音输入输出电路相连。数据、语音传输采用同频同步传输。因GPS位置信息数据量小、传输快,数据的发送与接收在语音通信共用1个信道,不但对语音通话音质影响不大,还节省了频率资源。但对讲机非全双工传输,当有语音信号输入时,GPS数据暂停传输,通话结束后立即自动传输定位信息。对讲机嵌入GPS模块实现数据成功传输是整个系统的必要条件。
  4 结语
  本次研究以现有的生产体系为基础,引入GPS定位系统、地理信息系统、集群无线通信系统、计算机网络通信系统等先进技术,对现有的站场作业工艺和生产信息流进行整合,加强生产作业系统生产过程的可控性和可视性,满足操作层、调度层、管理层、决策层对现场数据的需求,为生产、计划、调度、决策提供多角度、全方位的科学依据,为打造先进生产系统提供了技术支持,实现对站场生产要素的精确定位、动态跟踪、过程控制与可视化管理,提高作业效率,降低运营成本,有效地解决现有站场生产过程中人员操作不受控、生产要素实时信息滞后等问题。虽然系统不能产生直接的经济效益,但通过系统强大的人员定位管理功能能够增强站场作业人员的监控力度,减少站场人员的管理成本,规范人员作业流程和提高站场作业工作效率。在铁路客货运输生产中,该系统有助于铁路运输安全生产,为社会提供更安全的运输服务。
  参 考 文 献
  [1]池蓉,李文英,王碎英.GP328对讲机发射部分原理及维修[J].石油仪器,2009,23(6):93-94.
  [2]王华,王汝传.利用无线对讲机实现数据传输[J].四川通信技术,2001,31(5):18-20.
  [3]GB/T 17160—2008,地形图数字化规范[S].
  [4]钟海丽,童瑞华,李军,等.GPS定位与地图匹配方法研究[J].小型微型计算机系统,2003,24(1):109-113.
  [责任编辑:钟声贤]
  【作者简介】何江东,男,四川西充人,本科,南宁铁路局科学技术研究所工程师,研究方向:机电一体化。
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