GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統在兗州礦區的應用

楊 興 張祿秀 樓向東

GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統在兗州礦區的應用

楊 興 張祿秀 樓向東

摘 要：GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統采用多種高科技手段，實現防撞預警，確保調車作業及運輸生產的安全。介紹兗州礦區GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統的結構、組成和功能，并結合實際分析了具體應用。

關鍵詞：全球衛星定位系統 (GPS);追蹤;安全保障;系統;應用

GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統，采用多種高科技手段實現防撞預警，確保調車作業及運輸生產的安全，隨時提供所有機車當前精確地理位置，并以GIS(地理信息系統)地圖及各種表格的形式在監控中心及PC機終端上實時顯示，從而為鐵路運輸指揮人員提供及時、準確、完整的動態信息和決策方案。兗州礦區鐵路運輸處共有14個車站及多個站間運行區間，承擔著繁重的運煤任務。為提高運營管理效率，確保調車作業及運輸生產的安全，2011年安裝了GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統。該系統投入運用后，使兗州礦區鐵路的運營管理全面實現信息化、網絡化和智能化，大大提高了兗州礦區鐵路的運營管理效率和鐵路運行安全水平。

1 系統結構

系統運用了差分GPS精確定位技術、多種有線和無線通信集成技術、調頻連續波多普勒雷達測距技術、大型數據庫應用管理技術、DSP應用技術、RAM應用技術、高速信號處理技術和大容量數字邏輯電路設計技術，實現系統各個功能。系統的拓撲結構圖見圖1。

2 系統組成

系統由機車終端、PC機終端、雷達測距防撞系統、監控管理中心和通信網絡等組成。

2.1 機車終端

機車終端是嵌入式單片機系統，安裝于機車司機室內，每臺機車安裝1臺，實現運動機車的實時精確定位，并將機車定位信息通過GPRS無線網絡實時傳送給監控管理中心服務器。

2.2 PC機終端

PC機終端設置于運輸科 (調度室)、機務段運轉車間和大東章車站，通過局域網接口和監控中心服器交換數據，運行客戶端軟件及電子地圖，并將接收到的由監控中心傳來的各機車差分GPS地理位置信息顯示在電子地圖上，實現對機車的實時追蹤。

2.3 雷達測距防撞系統

雷達測距防撞系統由雷達測距儀和HT數控無線調車系統組成。

2.3.1 雷達測距儀

雷達測距儀為便攜式設備，內置有可充電電池，設有4個強力磁鐵，可以吸在車輛上。每個調車組配備1臺，共需配備18臺雷達測距儀。雷達測距儀包括以下幾個部分。

圖1 列車實時追蹤及防撞車安全保障系統拓撲結構

1．雷達測距單元。它包括雷達信號發射單元、雷達信號接收單元和天線單元。采用調頻連續波多普勒雷達，可以準確地測量本機和被測物體間的距離，測距范圍5～70 m。

2．語音單元。存儲錄制好語音信息，如“XX米”。可根據測量的距離產生相應的語音信息。

3．無線對講通信單元。內置在雷達測距儀內，將測量的距離由語音單元調制后，通過無線調車信道發送出去。

2.3.2 HT數控無線調車系統

HT數控無線調車系統包括調車區長控制器、機車控制器和手持機。雷達測距儀將測量的距離，通過無線調車系統實時發送給機車控制器、調車組手持機和調車區長控制器，并可以在無線調車系統各設備上以語言形式同時播放。調車司機可以根據播報的距離控制車速，保證調車作業安全，實現調車作業的防撞預警。無線對講通信單元和無線調車系統一樣，有多個通信頻段可以選擇。調車作業時，每個調車組通信頻率固定。

2.4 監控管理中心

監控管理中心是一臺服務器，位于機房內，是整個系統的數據中心，運行服務器軟件和數據庫管理軟件。所有終端 (包括機車終端、PC機終端)和服務器進行實時通信，動態交換數據，保證服務器內數據庫實時更新。服務器響應各個終端的請求，向其傳送最新的數據，并通過局域網和系統進行通信。監控中心服務器需接入互聯網，為了保證監控管理中心安全，必須安裝防火墻，并應有可靠的電力供應。

2.5 通信網絡

通信網絡是數據傳輸的通道。根據兗州礦區的特點，采用無線對講、GPRS、互聯網和局域網4種通信方式。監控中心服務器與PC機終端之間通信采用局域網方式。局域網是企業內部網絡，速率快，可靠性高，目前已經連通。

3 系統應用

3.1 提供精確地理信息

機車終端設備實時接收GPS衛星信號及差分站GPS改正信息，計算出機車當前定位信息，并通過GPRS方式將其傳送到監測中心。監測中心再將各機車實時位置信息傳送到各PC機終端，實現機車的實時追蹤。系統自動統計每臺機車運行的公里數，并生成統計報表。管理人員只要輸入機車號、開始時間和結束時間，系統就可以計算出機車在該時間段內運行的公里數。

GPS定位系統可以隨時提供所有機車當前精確地理位置，并以GIS(地理信息系統)地圖及各種表格形式在監控中心及各PC機終端上實時顯示，為鐵路系統運輸指揮提供及時、準確、完整的動態信息。

3.2 平面調車作業

平面調車作業中，在推送車輛時，一般十、五、三車信號由擔當前方引導的連接員用語音向調車員發出，再由調車員向司機顯示十、五、三車信號。但是，在大雨、大霧的天氣和夜間作業時，由于視線不良，調車員往往不能對距離做出準確判斷，這樣就帶來了安全隱患，影響了作業效率;尤其在夜間，調車員極易瞌睡，導致錯報甚至漏報。而列車防撞車安全保障系統具有精確的雷達測距功能，通過語音提示調車員和司機前方車輛的精確距離，為鐵路站場調車作業提供了一道安全防護措施，保障了調車人員及調車安全，有效避免了調車事故的發生。

4 總結

自GPS列車實時追蹤及防撞車安全保障系統應用以來，給管理和安全帶來很大的好處，促進了兗州礦區鐵路的運營管理信息化，大幅提高了兗州礦區鐵路的運營管理效率，實現列車實時追蹤，降低了安全事故發生概率，使礦區鐵路運行的安全水平得到很大提高，為安全生產提供了有力的保障，帶來顯著的經濟效益和社會效益。

［1］李東，姚東蘋，馬景文.車輛定位及其在鐵路上的應用［J］.計算機應用，2000(12).

［2］黎海濤，張平.無線定位技術［J］.無線通信技術，2001(4).

［3］王廣運.差分GPS定位技術與應用［M］.北京：電子工業出版社，1996.

［4］徐紹銓，張華海.GPS測量原理與應用［M］.武漢：武漢大學出版社，2001，7.

Abstract:The GPS-based real-time train tracking and collision prevention security system adopt a variety of high-tech means to achieve anti-collision warning，ensuring the safety of shunting operation and transport production．We introduce the structure，composition，and function of the GPS-based train tracking and collision prevention security system for Yanzhou mining area，and analyze its application in actual work．

Key words:GPS;Tracking;Safety and security;System;Application

楊 興：山東省鄒城市兗礦集團鐵路運輸處 助理工程師273500 山東鄒城

張祿秀：山東省鄒城市兗礦集團鐵路運輸處 高級工程師273500 山東鄒城

樓向東：山東省鄒城市兗礦集團鐵路運輸處 高級工程師273500 山東鄒城

2012-04-01

(責任編輯：諸 紅)