基于衛星定位+4G網絡技術的列車接近警示裝置

于蓬波

摘 要：文章簡要介紹采用單片機和BD2+GPS模塊，通過4G+APN加密組網構成道口用列車接近警示系統的基本原理和特點。該系統已在桃威地方鐵路上進行了試用，起到了確保人身和行車安全的作用，受到現場積極評價。

關鍵詞：單片機；BD2+GPS模塊；4G+APN加密組網；列車接近警示裝置

中圖分類號：U298 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0017-02

Abstract： This paper briefly introduces the basic principles and characteristics of train approach warning system for crossing using single chip microcomputer and BD2+GPS module and 4G+APN encryption network. The system has been tested on the local railway in Taowei， which has played a role in ensuring the safety of people and driving， and has been positively evaluated on the spot.

Keywords： single-chip microcomputer； BD2+GPS module； 4G+APN encryption network； train proximity warning device

1 概述

目前，新建鐵路基本都采用了全封閉設計，以確保行車安全。但是，國內仍有相當多的低級別路線和地方鐵路未進行線路封閉，線路中存在很多道口。而由于鐵路人力物力的限制及許多無人看守道口車流、人流不大，其防護條件極其簡陋，使得此類道口交通事故屢屢發生，常常造成路外傷亡事故，損失巨大。威海市地方鐵路管理局與合肥海楓智能控制科技有限公司共同研發的基于衛星導航+4G網絡技術的列車接近警示裝置可以在列車接近時，通過聲、光手段有效警示道口附近的車輛、行人，起到了良好效果。

2 原理及構成

2.1 系統原理

該列車接近警示裝置主要原理是通過BD2+GPS模塊實時采集機車位置、速度信息，并通過4G網絡將數據上傳至服務器。服務器程序調取預設的相關道口位置及警示距離參數進行計算，當機車進入警示范圍時，通過4G網絡控制安裝在道口的裝置，開啟該道口的聲光警示。當機車通過該道口時，服務器再次發出指令關閉聲光警示。見下圖1。

2.2 系統組成

列車接近警示裝置由安裝在機車上用以采集并上傳機車位置、速度的機車端裝置、安裝在道口用以接收指令控制聲光警示器的道口端裝置及安裝在機房的服務器及程序構成。

（1）機車端裝置

機車端裝置由BD2+GPS定位模塊、4G網絡通信模塊、微處理器、電源、天線、電池組等部分組成。一般情況下，機車端裝置通過機車電池取電，電池組只在外局機車進行本局管內時臨時供電使用。測試用樣機見圖2，其外觀尺寸為25.5×16×7.5CM。

（2）道口端裝置

道口端裝置由道口控制機、聲光警示裝置和太陽能供電裝置組成。道口控制機由4G數據通信模塊、微處理器、開關量輸出接口板、電源、復位按鍵等部分組成。聲光警示裝置采用可訂制警示聲音的唯創聲光一體警示器。在道口位置可以取電時，采用LRS-50-12開關電源供電；道口無法取電時則采用太陽能板+蓄電池供電。測試用樣機見上右圖，其外觀尺寸也是為25.5×16×7.5CM。

（3）服務器

服務器采用聯想ThinkServer RS260，配置為i3-7100 8G內存，4T*2Raid1存儲。

（4）服務器程序

服務器端程序包括主程序、參數文件、日志文件和道口、機車端網絡配置文件。配置參數主要包括警示距離和各道口的編號、經緯坐標。在使用中，可以根據實際情況設置警示距離，同時根據道口端裝置安裝情況，適時增減道口，節約服務器資源。日志文件按日保存網絡數據，方便進行網絡故障排查。日志文件截圖見下圖3：

3 系統特點

（1）該裝置反應靈敏，BD2+GPS衛星目前可將機車位置誤差縮小到10M以內；4G高速網絡傳輸使延遲縮小到1秒以內。

（2）可用于二次開發。日志數據每秒記錄一次機車的編號、方向、坐標，目前我們正以此開發“機車衛星定位監控系統”，通過4G網絡，調度人員不但可以實時監控在用機車位置、速度，自動繪制出機車周轉圖，還可以隨時調看機車現場監控畫面，并實現與司機音、視頻對話，提高鐵路線路應急反應速度和應急處置能力。

（3）該裝置所需費用低廉，每套道口端裝置只需約4000元，并且道口端裝置可根據需要增減，可以在施工路段臨時增加道口端裝置，此時只需要在服務器參數文件中增加一條參數即可。如果施工現場無法取電，則需要臨時增加太陽能供電裝置。

（4）該裝置在實際使用中，需提前對沿線手機信號情況進行檢測，對無信號或隧道區段采取延長警示距離等方式確保正常預警。

（5）該裝置4G網絡采用了物聯卡，使用APN專用流量進行數據傳輸，以提高數據的保密性，防止被不法人員獲取。

4 試用情況

裝置樣機生產后，我們將機車端裝置安裝在一臺東風25B型機車上，將道口端裝置安裝在草廟子道口。經過兩個多月的現場測試，該系統定位誤差在20M以內，警示無延遲，警示啟動率達到100%，完全可以滿足實際使用需求。

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