基于北斗的鐵路運輸監控系統

李天賀，鄭偉平

（1.黑龍江省大慶實驗中學，大慶 163316；2.廣州海格通信集團股份有限公司，廣州 510663）

基于北斗的鐵路運輸監控系統

李天賀1，鄭偉平2

（1.黑龍江省大慶實驗中學，大慶 163316；2.廣州海格通信集團股份有限公司，廣州 510663）

1　引言

當前全球范圍內鐵路服務需求的增加，給現有的鐵路運輸能力和基礎設施帶來前所未有的壓力。目前，我國鐵路完成的貨物周轉量、換算周轉量居世界第一位。

然而，日益增加的貨物運輸量需求與傳統的業務流程（人工為主）之間的矛盾越來越突出。目前鐵路貨物運輸急需解決的幾個方面主要表現為：貨物監控難，丟失嚴重，響應時間長；物流跟蹤定位難；現有設備、車輛改造難；物流信息化程度低。

2　總體方案設計

基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺是以現代電子計算機軟、硬件技術為支撐，以北斗衛星通信技術、無線通信網絡技術為基礎，并依托地方交通運輸行業運輸調度網絡，構建的鐵路高附加值貨物運輸位置服務平臺。

圖1　基于北斗導航的高附加值貨物運輸全程定位追蹤系統架構圖

2.1系統架構圖

2.2綜合監管層

通過公共服務層的應用展示，鐵道部貨運調度管理部門對管轄范圍內的物資運輸業務情況進行實時監管、統一指揮與評估研判，對各級單位開展業務指導與監督檢查。鐵道部貨運調度、各路局貨運調度處對所轄范圍內的物資運輸情況進行實時監管與調度指揮，發生突發事件時立即上報相關機構，同時啟動應急響應機制。其他相關授權部門及用戶，通過訪問獲取鐵路物資運輸業務的相關信息，為鐵路高附加值貨物管理機構提供必要的支持，提升鐵路高附加值貨物管理運行效率，保障鐵路高附加值貨物運輸安全、穩定、可視。

2.3公共服務層

公共服務層主要包括決策人員、管理人員、押運人員和授權人員。通過業務應用層提供的各項數據與服務，對鐵路高附加值貨物運輸質量進行定性與定量化分析，輔助相關押運人員開展運輸、裝備管理等業務，相關授權人員通過信息接口訪問所需資源，實現決策人員和管理人員對鐵路高附加值貨物運輸的監管與指揮，最終建立“需求導向、協同規劃”的公共服務機制。

2.4業務應用層

業務應用層針對鐵路高附加值貨物運輸監控需求，基于應用軟件支撐層、硬件支撐層提供的技術基礎，形成基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺。

在鐵道部、各鐵路局部署基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤服務平臺和應用平臺，平臺建設包括鐵路高附加值貨物運輸定位追蹤服務系統、鐵路高附加值貨物運輸定位追蹤管理系統及其它與鐵路相關信息系統接口，如電子確報、電子貨票、保價與事故處理等，應用軟件與其數據交換系統，包括部分軟件的升級。系統結合軟硬件開發技術、系統集成技術，實現各個系統技術、業務的深入整合，建成基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺，實現各級指揮監控中心對鐵路高附加值貨物運輸安全態勢的整體把控，并對押運過程中事件的及時處置和風險防范，提高鐵路高附加值貨物運輸效率和安全保障能力。

2.5應用軟件支撐層

應用軟件支撐層主要由各種標準軟件和定制應用系統構成，通過數據集成整合技術，滿足基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺所需的各類軟件技術。具體包括：

（1）大型數據庫

根據基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺的業務特征和容量需求，建立在鐵道部貨運調度中心總指揮中心、各路局貨運調度處指揮監控分中心，選用具有性能高、數據安全性強、運行速度快等特點的大型數據庫，以滿足鐵道部和各路局海量數據存儲需要。

（2）存儲檢索引擎

存儲檢索引擎是基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺存儲機制和檢索機制的獨立實現。依據基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺的業務處理模型和基礎數據，基于聯機業務處理技術與數據挖掘技術，根據貨運物資運輸的具體數據特征，存儲檢索引擎對存儲數據與檢索引擎進行管理，提升存儲和檢索效率，針對海量業務數據進行分析，數據分析軟件生成多維度統計信息，從而動態顯示各路局運行情況，輔助管理人員制定決策。

（3）北斗位置服務

基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺所需要的位置服務應是適應全天候、室內外、野外等多種環境下的綜合位置服務，應采用自主安全可控的定位技術。

系統提供的位置服務是以北斗位置服務為基礎，結合GPS和GPRS基站定位等位置服務數據，為基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺和各系統提供統一的位置服務。

（4）數字地圖

數字地圖技術通過建立全國鐵路貨運運輸數據與地理信息數據庫，直觀、形象地展示各地區鐵路物資運輸過程動態信息，實現鐵路高附加值貨物運輸管理、指揮監控數字化運營的目標。

（5）智能報表系統

智能報表系統根據業務報表生成規則和數據分中心的業務數據，提供多種格式報表的生成、打印和導出。

（6）權限管理

采用支持細粒度數據流管控的系列安全軟件實現平臺和服務的權限管理。根據基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺用戶特征，劃分為三類權限體系，分別為系統業務管理操作權限、行政管理操作權限和系統運維權限，并保持三種權限體系相互獨立。

（7）加密解密

加解密技術是保證鐵路高附加值貨物運輸指揮網絡、信息安全的核心技術，是一種主動的信息安全防范措施?；诒倍?GPS/GPRS通信智能加密技術和無線傳感網絡數據傳輸對稱密鑰加密技術，將明文轉換成不可理解的密文，阻止非法用戶獲取和理解原始數據，通過無線網絡傳輸，由解密軟件將密文轉換成明文到達用戶，從而確保數據的保密性。

2.6硬件支撐層

鐵路貨物運輸業務需要在復雜的地理、業務環境下進行，為了保證傳遞過程中無線傳感設備采集到的數據實時準確快速交互，需要研發安全性高、穩定性強的硬件設備。針對基于衛星的高附加值貨物運輸全程定位追蹤平臺建設要求，結合各個位置服務中心的建設需求，業務的運行需要硬件設備作為支撐，具體包括感知類硬件和應用類硬件兩部分。主要特點如下所示：

（1）感知類硬件

感知類硬件具有智能感知鐵路物資及周邊環境的功能，主要包括Mesh監控節點、北斗智能終端及多功能手持設備。

Mesh監控模塊節點主要一方面用于對不規則物資綁定后的狀態信息進行運輸實時監控；另一方面用于在車廂間建立無線多跳自組網，保證不規則物資的狀態信息可以實時傳輸至北斗智能終端。

車載北斗智能終端主要用于鐵路物資運輸，具有定位、位置監控、收發短信、報警求救等功能、用于接收Mesh監控節點及多功能手持設備收集采集的監控信息，并通過北斗衛星上報到監控中心。

多功能手持設備設備用于押運人員對運輸貨物的實時狀態感知及應急通信。

（2）應用類硬件

應用類硬件主要包括服務器、操作終端、顯示屏等硬件設備。其中數據分中心的服務器主要分為文件服務器、數據服務器和應用服務器，通過與計算機操作終端等設備的結合運用，實現對網絡傳輸信息的篩選、計算、分析與處理，以及海量數據的存儲。各數據分中心分別設置大屏幕顯示墻，實時顯示所轄區域的業務運營情況。

2.7基礎設施層

基礎設施層主要包括內部網絡、業務信息采集點、移動通信網絡和北斗衛星導航網絡，提供平臺運行所必需的基礎設施環境與條件，支撐和保證應用模型及架構正常運轉和管理。

基于無線傳感器與智能加密技術，信息采集點通過北斗短報文或GPRS通信網絡，將感知與采集的鐵路高附加值貨物押送業務數據傳輸至內部網絡，從而為后續業務提供數據基礎。內部網絡主要實現內網各服務器、操作終端的數據交換，同時設置預留接口，為Web Service接口與資源尋址提供服務基礎，同時提高系統的擴展性。

3　結束語

為此，本項目提出，建成以北斗衛星位置和通信服務為基礎的鐵路高附加值貨物智能跟蹤定位綜合服務平臺（北斗高附加值貨物跟蹤服務平臺）。系統基于自主知識產品的北斗芯片、安全物聯網絡協議等技術，實現對鐵路高附加值貨物進行實時監控、智能跟蹤與定位，保障高附加值貨物在途安全和信息交互安全，提高我國高附加值貨物運輸能力和管理水平。能夠滿足重要貨物較高信息敏感度的安全要求。

Railway Cargo Transfer based on BDS Navigation

Li Tianhe1， Zheng Weiping2
（1.Daqing Shiyan High School， Daqing， Hei Longjiang， 163316； 2.Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Co.， Guangzhou， 510663）