基于Android手機的鐵路供電現場作業(yè)導航系統(tǒng)

許士敏，黃榮星

（1.電子工程學院，安徽合肥230037；2.上海鐵路局合肥供電段，安徽合肥230037）

基于Android手機的鐵路供電現場作業(yè)導航系統(tǒng)

許士敏1，黃榮星2

（1.電子工程學院，安徽合肥230037；2.上海鐵路局合肥供電段，安徽合肥230037）

針對鐵路供電現場作業(yè)安全生產和高效管理的需求，提出了綜合應用GPS、GIS、3G等先進技術，實現了基于Android手機導航終端和段調度統(tǒng)一指揮管理的作業(yè)管理系統(tǒng)，大大提高了鐵路供電應急搶修能力。

Android手機；外場作業(yè)；導航；管理

0 引 言

高速鐵路是現代工業(yè)文明的代表，是交通運輸現代化的重要標志[1］。高速鐵路開行的動車組速度高、行車密度大，需要安全、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，對供電設備日常維護保障及供電故障進行應急搶修等提出了極高要求[2］。傳統(tǒng)的鐵路外場作業(yè)方式普遍采用的是人工巡視、手工紙介質記錄的工作方式。由于受氣候條件、環(huán)境因素、人員素質和責任心等多方面因素的制約，該方式存在著人為因素多、信息反映不及時、無法監(jiān)督外場作業(yè)員工作狀態(tài)和無法保障作業(yè)質量等明顯缺陷[3］。

采用基于手機導航終端和段調度統(tǒng)一指揮管理的作業(yè)管理系統(tǒng)，可以有效地對作業(yè)人員進行監(jiān)督、管理與調度，隨時確認作業(yè)人員的位置和狀態(tài)，確保其巡查到位，而且能夠對巡檢過程中出現的故障、事故等及時報警與實時處理，提高了巡檢的質量，大大提高了外場作業(yè)的效率。同時，在供電故障應急搶修情況下，系統(tǒng)能夠指揮搶修車輛以最優(yōu)路徑、最短時間到達故障地點或目的地，段調度人員隨時可知搶修車輛行駛的位置、離故障點里程和到達故障地點還需要的大約時間，將更好滿足鐵路應急搶修“快為第一”的實際需要，對高速鐵路供電故障搶修工作具有非常重要和現實的指導意義。

1 基于Android手機的鐵路供電現場作業(yè)導航系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體方案

鐵路供電現場作業(yè)導航管理系統(tǒng)主要由一個供電段調度管理中心和多個手機導航終端組成，如圖1所示[4］。

圖1 鐵路供電段現場作業(yè)導航系統(tǒng)原理框圖

鐵路供電外場作業(yè)導航系統(tǒng)實現的主要功能包括：

1）數據采集管理：外場作業(yè)人員通過手機終端設備將作業(yè)相關的重點目標位置信息及作業(yè)線路數據進行采集，并通過無線通信網絡將所采集的數據傳送至遠程段調度管理中心數據庫。

2）外場作業(yè)導航：通過手機終端導航功能，系統(tǒng)能夠指揮搶修車輛以最優(yōu)路徑、最短時間到達故障地點或目的地，滿足鐵路應急搶修“快為第一”的實際需要。

3）外場作業(yè)監(jiān)控：外場作業(yè)人員實時作業(yè)地點實時傳送至遠程段調度管理中心的數據庫中，作業(yè)線路全程保存，作業(yè)結束后可以瀏覽回放，從根本上解決了外場作業(yè)人員監(jiān)督與管理的手段問題。

4）信息化管理：管理中心利用系統(tǒng)對接收到的數據作相應處理，將結果實時反映在電子地圖上，實現生產流程可視化，生產管理規(guī)范化，調度指揮科學化。

1.2 系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)釆用M/S和B/S混合體系結構。M/S是Mobile/Server的簡稱，是傳統(tǒng)C/S、B/S體系的延伸，它結合GPS和3G前沿技術，把GIS的應用從有線向無線延伸，室內向戶外延伸，桌面向掌上延伸。手機導航終端與供電段指揮調度服務器采用M/S體系結構，供電段指揮調度端釆用B/S體系結構，使用人員依據不同的訪問權限，登錄瀏覽器便可瀏覽外場作業(yè)人員的定位信息和作業(yè)信息。系統(tǒng)總體架構由服務層、業(yè)務邏輯層和表現層三個層次結構組成。系統(tǒng)總體架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構原理圖

系統(tǒng)以一組核心的Web Service封裝數據訪問接口和部分應用邏輯，實現監(jiān)控系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的數據交流，實現地圖可視化。服務層：對于應用服務端，采用了目前流行的SOA架構，提供了一種分布式服務架構，以服務為關注點，提高服務和業(yè)務邏輯的重用。對于巡檢設備與服務器，采用Socket方式，通過TCP/IP協(xié)議進行數據通信。業(yè)務邏輯層：遵循面向接口的思想，采用Struts與Spring相結合的架構設計，將業(yè)務邏輯層與表現層和服務層區(qū)分開來，實現系統(tǒng)各層級之間的“低耦合”，提高了系統(tǒng)的靈活性。表現層：采用富客戶端形式，利用Flex實現地圖瀏覽，利用Ext實現業(yè)務相關功能。

2 關鍵技術及實現

2.1 百度地圖應用技術

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數據庫為基礎，通過計算機，對空間有關的數據進行采集、管理、操作、模擬分析和顯示，并且采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，包括位置、地物屬性等重要信息，為地理研究乃至人類生活工作管理和決策而建立的一類計算機應用系統(tǒng)。

百度地圖API是一套由JavaScript語言編寫的應用程序接口，能在網站中構建功能豐富、交互性強的地圖應用程序。百度地圖API不僅包含構建地圖的基本接口，還提供了本地搜索、路線規(guī)劃等數據服務，根據自己的需要進行選擇。百度地圖API的技術特色和平臺優(yōu)勢包括，海量地圖數據及空間數據、內存、CPU系統(tǒng)開銷小，地圖應用控件化，數據接口豐富，用戶自定義程度高，獨有的事件處理機制。2010年4月，百度地圖宣布免費開放API，應用開發(fā)者發(fā)揮創(chuàng)意和創(chuàng)新能力，結合百度地圖API，開發(fā)出更多精彩的應用。

2.2 Android手機應用技術

隨著移動互聯網的迅猛發(fā)展，作為承載者的移動終端也在不斷發(fā)展，進而推動了移動終端操作系統(tǒng)的發(fā)展，其中市場占有率最大的操作系統(tǒng)是Android[5］，它是谷歌公司2007年11月推出的以Linux內核為基礎的開源的操作系統(tǒng)，專門運用在手機和平板等移動終端上，系統(tǒng)穩(wěn)定、向下兼容，適合各大廠商快速打造屬于自己特色的系統(tǒng)。

利用當前廣泛使用的智能手機為載體，開發(fā)一款界面友好、功能齊全的供電外場作業(yè)系統(tǒng)，引導外場作業(yè)人員和作業(yè)車輛及時迅速到達指定作業(yè)地點，提高故障搶修效率，加強外場作業(yè)車輛人員安全和工作質量的監(jiān)控與管理，具有非常重要的意義。

基于Android平臺的軟件開發(fā)，是一個不少的技術挑戰(zhàn)。要對Android操作系統(tǒng)進行深入的研究，熟悉其總體框架體系以及設計思想，了解An－droid應用程序的開發(fā)流程，深入分析Android應用程序框架和運行機制，利用百度地圖Android SDK以及定位SDK的工具包進行軟件功能設計與編碼實現。

圖3 手機作業(yè)導航軟件主界面

圖3示出了基于Android平臺開發(fā)的手機作業(yè)導航軟件主界面，圖4示出了導航及線路采集功能界面。

2.3 供電段指揮調度中心

利用百度地圖API技術構建WebGIS平臺，采用客戶端、應用服務器和數據服務器三層結構進行設計。其中客戶端主要實現地圖加載、地圖瀏覽和查詢功能，客戶端的設計重點是地圖瀏覽和查詢界面，以及把用戶訪問和查詢請求發(fā)送給服務器。應用服務器則負責處理用戶的訪問和查詢請求，數據服務器用于存取各類空間數據和屬性信息，采用SQL Server數據庫存取數據庫表格，并在接到查詢指令后執(zhí)行相應的操作。系統(tǒng)體系結構如圖5所示。

WEBGIS軟件是將供電段指揮調度中心基于地理信息系統(tǒng)的指揮管理軟件，對接收到的數據作相應處理，將結果實時反映在電子地圖上，如圖6所示。用戶通過WEB瀏覽器，可以及時的了解查詢到作業(yè)人員及每項作業(yè)服務的具體內容，實現了生產流程可視化，生產管理規(guī)范化，調度指揮科學化。

圖4 導航及線路采集功能界面

圖5 WebGIS系統(tǒng)體系結構

3 結束語

系統(tǒng)綜合集成了GPS定位技術、GIS地理信息技術、3G無線通信技術、Android手機應用技術、百度地圖技術、計算機網絡技術等先進技術，提供了一種鐵路供電外場作業(yè)管理的信息化手段，通過手機終端導航和段調度統(tǒng)一指揮管理，達到了外場作業(yè)信息化、精確化、實時化的管理，不斷提鐵路路生產管理規(guī)范化和調度指揮科學化水平。

圖6 鐵路供電外場作業(yè)WebGIS主界面

[1]李海濱.用于高速鐵路的快速接觸網綜合作業(yè)車[J］.鐵道機車車輛，2013，33（3）：117－122.

[2]馮 芳，張興忠，王麗輝.基于GPS/GPRS/GIS的電力搶修調度指揮系統(tǒng)的研究[J］.計算機測量與控制，2013，21（2）：526－528.

[3]張 冰，孫長國.基于GPS與地圖匹配的鐵路運輸安全監(jiān)控技術研究[J］.計算機與網絡，2013（18）：68－70.

[4]田 寧.調度指揮中心中央控制系統(tǒng)的設計與實現[D］.長春：吉林大學，2012.

[5]閆 偉.基于Android平臺的手機地圖服務系統(tǒng)的設計[D］.金華：浙江師范大學，2012.

[6]顏治平.基于WebGIS的高速鐵路線路展示系統(tǒng)研究與實現[D］.成都：西南交通大學，2013.

Railway Power Supply Outfield Service Navigation System with Android Mobile Phone

XU Shimin1，HUANG Rongxing2
（1.Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China；2.Shanghai Railway Bureau Hefei Power Supply Section，Hefei 230037，China）

To meet the need of safe work and high efficient manage of railway power supply outfield service，the navigation and management system basing on android mobile phone and command ＆control center is put forward using the advance technology of GPS，GIS，3G，etc.It greatly enhances the ability of emergency measures for high speed railway power supply service.

Android mobile phone；outfield service；navigation；management

P208

A

1008－9268（2015）01－0037－04

10.13442/j.gnss.1008－9268.2015.01.008

許士敏（1971－），男，安徽歙縣人，博士，副教授，長期從事信號與信息處理領域教學與科研工作。

黃榮星（1964－），男，安徽合肥人，高級工程師，主要從事鐵路供電信息化管理與研究工作。

2014－11－17

聯系人：許士敏E－mail：xushimin＠126.com