基于GPRS的運(yùn)用客車實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

蘇翊洲，任 巍

（太原鐵路局 車輛處，山西太原030013）

客運(yùn)安全是鐵路安全運(yùn)營的重中之重，客運(yùn)列車發(fā)電車和車檢的定時(shí)巡檢作業(yè)是客運(yùn)安全的重要保障?？瓦\(yùn)工作人員定時(shí)進(jìn)入發(fā)電車車廂內(nèi)巡檢發(fā)電機(jī)組及定時(shí)巡檢列車頭中尾部設(shè)備，保障列車安全運(yùn)行，但是地面管理人員無法實(shí)時(shí)了解到車上的巡檢作業(yè)情況，無法確認(rèn)其是否按規(guī)定路線、時(shí)間、地點(diǎn)以及次數(shù)檢查到位，存在較大的監(jiān)管漏洞和安全事故隱患。同時(shí)地面工作人員如發(fā)現(xiàn)車上巡檢作業(yè)人員未及時(shí)巡檢作業(yè)也無法進(jìn)行提醒。針對這種情況，將傳統(tǒng)的射頻識別巡檢作業(yè)工作與先進(jìn)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)融合，提出一種全新的基于GPRS的實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場巡檢作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)管，對鐵路安全運(yùn)營具有現(xiàn)實(shí)意義和較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于GPRS的實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理系統(tǒng)主要由車載作業(yè)系統(tǒng)、車－地傳輸系統(tǒng)、地面綜合信息管理系統(tǒng)3部分組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

車載作業(yè)系統(tǒng)主要由作業(yè)人員定時(shí)手持作業(yè)管理器對準(zhǔn)工位作業(yè)鈕實(shí)現(xiàn)作業(yè)，其中發(fā)電車巡檢作業(yè)包括4個工位鈕，分別安裝在發(fā)電車的發(fā)電機(jī)組等重要設(shè)備旁，使巡檢人員可以兼顧到所有設(shè)備，保障安全；列車車檢巡檢作業(yè)包括3個工位鈕，分別安裝在列車的頭、中、尾部。每個工作人員最初都要先巡檢作業(yè)自己的人員身份識別鈕，以保證系統(tǒng)識別不同人員的工作。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

車地傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將車載作業(yè)信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛?。GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務(wù)技術(shù)）是以封包方式傳輸，通過路由管理進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)連接，不需要布線，只要在手機(jī)能夠收到信號的地方就可以連通網(wǎng)絡(luò)，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了車載作業(yè)管理器和地面服務(wù)器之間信息的實(shí)時(shí)傳輸。

地面綜合管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶端訪問兩部分。數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)接收地面車載作業(yè)管理器上傳來的作業(yè)信息，包括作業(yè)人員、作業(yè)鈕號、作業(yè)時(shí)間以及作業(yè)管理器編號等信息，服務(wù)器根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的作業(yè)要求，對車上傳來的信息予以考核顯示，客戶端可以查看任意車次的實(shí)時(shí)作業(yè)信息，對于未及時(shí)作業(yè)的情況，根據(jù)要求啟動短信模塊，提醒現(xiàn)場工作人員及時(shí)巡檢作業(yè)，保障列車安全運(yùn)行。

2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

作業(yè)管理器應(yīng)能完成數(shù)據(jù)采集、保存、定時(shí)發(fā)送等功能，并且耗電少、配有可重復(fù)充電的大容量電池，可持續(xù)長時(shí)間正常工作。數(shù)據(jù)采集采用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)，是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長和可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、非可視識別，可大幅提高管理與運(yùn)作效率，降低成本。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

為保證鐵路長時(shí)間運(yùn)行的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的充電箱，采用繼電器自動控制充電的開始與結(jié)束，統(tǒng)一USB接口，方便實(shí)現(xiàn)設(shè)備的充電，保證設(shè)備的不間斷使用。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)處理信息數(shù)據(jù)海量、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求高、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜，因此系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)質(zhì)量是整個系統(tǒng)能否長期高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需求分析

基于GPRS的實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理系統(tǒng)對后臺數(shù)據(jù)庫的主要任務(wù)需求為：

（1）可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前運(yùn)行車次的作業(yè)情況；

（2）可實(shí)時(shí)顯示車載設(shè)備的狀態(tài)；

（3）可實(shí)時(shí)提示未正常作業(yè)情況；

（4）可按需求查詢、統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間段的各車次的作業(yè)情況。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫主要數(shù)據(jù)內(nèi)容

實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理數(shù)據(jù)主要內(nèi)容包括：

（1）實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)：上傳時(shí)間、作業(yè)時(shí)間、信息鈕號、作業(yè)管理器編號等。

（2）信息鈕數(shù)據(jù)：信息鈕號、信息鈕類型、信息鈕所裝配車次、所代表的工位或人員信息。

（3）車次信息數(shù)據(jù)：車次編號，關(guān)聯(lián)裝配車次、當(dāng)班時(shí)間的起始、結(jié)束時(shí)間，作業(yè)要求間隔、可允許誤差等信息。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則

（1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)需同時(shí)滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計(jì)分析雙重任務(wù)，具有聯(lián)機(jī)事務(wù)處理和聯(lián)機(jī)分析處理系統(tǒng)的雙重特點(diǎn)。

（2）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)應(yīng)滿足系統(tǒng)擴(kuò)展的需要，一旦上線運(yùn)行，其設(shè)計(jì)修改及調(diào)整將非常困難。

（3）數(shù)據(jù)庫維護(hù)工作量要盡量小，數(shù)據(jù)備份工作對系統(tǒng)運(yùn)行影響應(yīng)小，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)庫崩潰，恢復(fù)時(shí)間限定在2h以內(nèi)。

2.2.4 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫。SQL Server2008是一個重大的產(chǎn)品版本，它推出了許多新的特性和關(guān)鍵的改進(jìn)，使得系統(tǒng)可以以很高的安全性、可靠性和可擴(kuò)展性運(yùn)行服務(wù)器最關(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用程序，它已經(jīng)成為至今為止最強(qiáng)大和最全面的SQL Server版本。

圖3所示為系統(tǒng)幾個主要數(shù)據(jù)表的關(guān)系圖。

圖3 數(shù)據(jù)庫主要關(guān)系圖

根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)建基于雙機(jī)熱備的數(shù)據(jù)庫實(shí)例，數(shù)據(jù)庫對于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)作業(yè)信息響應(yīng)及時(shí)，擴(kuò)展能力充足，維護(hù)工作較小，為實(shí)時(shí)作業(yè)信息管理系統(tǒng)提供有力的信息化支撐。

2.3 地面綜合管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

地面綜合管理系統(tǒng)主要包括服務(wù)器數(shù)據(jù)處理、客戶端軟件兩大部分，服務(wù)器負(fù)責(zé)接收車地傳輸系統(tǒng)傳輸來的車載作業(yè)信息，并做相應(yīng)數(shù)據(jù)處理；客戶端軟件負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示車載作業(yè)系統(tǒng)的作業(yè)情況。

2.3.1 服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)

車載作業(yè)系統(tǒng)將作業(yè)信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過域名解析地址使作業(yè)信息準(zhǔn)確傳輸至目的地，系統(tǒng)中采用經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的花生殼域名解析軟件。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)和通過比對將作業(yè)信息予以處理。

（1）服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件初始化

軟件通過ODBC連接數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)軟件初始化，并查看各車次行車作業(yè)表當(dāng)天在此次當(dāng)班時(shí)間中是否存在，不存在則追加行車作業(yè)表至當(dāng)天的當(dāng)班。

（2）服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件接收數(shù)據(jù)

軟件實(shí)時(shí)掃描記錄行，有記錄則分塊存放至“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”表中，無記錄則等待下一次循環(huán)掃描記錄行。

（3）服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)

對于上傳而來的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”，服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)相應(yīng)條件置相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)及時(shí)間等信息顯示。

圖4所示為服務(wù)器數(shù)據(jù)處理軟件流程圖。

圖4 服務(wù)器軟件流程圖

2.3.2 客戶端軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)客戶端軟件可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示所有在線運(yùn)行的車次的當(dāng)班作業(yè)情況，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、作業(yè)歷史詳單查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等功能?？蛻舳塑浖K劃分如圖5所示。

客戶端軟件是專門針對鐵路發(fā)電車巡檢作業(yè)、列車巡檢作業(yè)編制的軟件系統(tǒng)，針對性強(qiáng)，界面友好，操作簡單，具有如下特點(diǎn)：

（1）多級權(quán)限設(shè)置保障系統(tǒng)安全

系統(tǒng)共分3級操作權(quán)限級別，一般用戶僅擁有對系統(tǒng)查看的權(quán)限，即只可查看實(shí)時(shí)作業(yè)情況和歷史作業(yè)情況；操作員用戶除了可以查看系統(tǒng)作業(yè)情況外，還可對系統(tǒng)進(jìn)行一般性設(shè)置；最高級的管理員可對系統(tǒng)做任何操作，包括對其他用戶的添加、刪除等操作。

圖5 軟件功能模塊框圖

（2）任意選擇觀看車次

系統(tǒng)管理員在添加或修改一個用戶的可查看作業(yè)情況權(quán)限時(shí)，可以任意選擇不同運(yùn)用車間的車次，只要將數(shù)據(jù)庫中已存在的作業(yè)車次前面的方框勾選即可實(shí)現(xiàn)不同車次任意組合的作業(yè)情況的查看。

（3）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)班作業(yè)狀態(tài)

系統(tǒng)后臺運(yùn)算出每個車次的實(shí)際當(dāng)班時(shí)間并根據(jù)各車次一個當(dāng)班時(shí)間實(shí)時(shí)顯示各車次作業(yè)情況，方便按班次查詢統(tǒng)計(jì)作業(yè)情況。

（4）作業(yè)報(bào)表多方式查詢統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)作業(yè)查詢統(tǒng)計(jì)選單處可實(shí)現(xiàn)各車次歷史作業(yè)情況的查詢統(tǒng)計(jì)，包括按車次、人員、包乘組等多種組合查詢方式，按時(shí)間、人員、車次等統(tǒng)計(jì)正檢、晚檢、未檢率等，方便管理部門多方式考核作業(yè)情況。

（5）系統(tǒng)報(bào)警日志查詢

系統(tǒng)對于非正常作業(yè)情況產(chǎn)生的報(bào)警日志可按多種方式查詢顯示。

（6）多種查看作業(yè)管理器數(shù)據(jù)方式

系統(tǒng)可以通過USB數(shù)據(jù)線聯(lián)機(jī)查看作業(yè)管理器上的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)以txt文本格式下載至電腦，系統(tǒng)也可以根據(jù)作業(yè)管理器無線上傳至服務(wù)器的數(shù)據(jù)查看作業(yè)情況，保障數(shù)據(jù)的完整性，為事故分析等提供依據(jù)。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)于2010－11底在大同運(yùn)用車間安裝調(diào)試，經(jīng)過多次試運(yùn)行和現(xiàn)場測試，完善和優(yōu)化硬件及軟件功能，使系統(tǒng)逐步滿足使用要求，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，傳輸準(zhǔn)確及時(shí)，服務(wù)器系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，客戶端功能完善、操作靈活，為管理部門隨時(shí)了解列車作業(yè)情況提供強(qiáng)有力手段。

［1］龔 利，吳華穩(wěn).動車組運(yùn)行調(diào)度管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.中國鐵路，2011，（5）：18－22.

［2］昌獻(xiàn)梅，賈志凱，李 明.動車組車載實(shí)時(shí)監(jiān)控海量信息數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，（4）：10－12.

［3］楊金濤，宋曉梅，付 超.非接觸式無線巡更系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.今日電子，2008，（8）：97－99.

［4］陳 鴻，牟 穎，馬 成.基于RFID的動態(tài)瓦斯巡更管理系統(tǒng)［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，（8）：34－36