鐵路運輸智能化系統的設計與實現

韓文君

摘? 要：文章根據鐵路運輸智能化系統的需求，闡述該系統的設計方法，包括框架設計、數據流分析、調度流程等內容，并分析該系統的應用效果。通過該系統的應用使線路和機車利用率得到極大提升，車輛周轉加速，貨車延時費降低，工作人員的操作更加規范，幫助企業節省大量人力和財力，達到增收減支的目標。

關鍵詞：鐵路運輸智能化;系統設計;定位系統

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）06-0091-02

Abstract： According to the requirements of the intelligent system of railway transportation， this paper describes the design method of the system， including framework design， data flow analysis， scheduling process and so on， and analyzes the application effect of the system. Through the application of the system， the utilization rate of lines and locomotives has been greatly improved， the turnover of vehicles has been accelerated， the delay cost of trucks has been reduced， and the operation of staff has become more standardized， thus helping enterprises to save a lot of manpower and financial resources and achieving the goal of increasing income and reducing expenditure.

Keywords： intelligent railway transportation; system design; positioning system

社會經濟飛速發展，鐵路運輸成為主要運輸渠道，使原材料接入與產品外發實現無縫銜接。在網絡時代背景下，鐵路運輸逐漸朝著信息化、智能化的方向發展，鐵路調度設施全面升級，在運輸智能系統的支持下，使車號自動采集、機車位置跟蹤、道口遠程控制等成為可能，為鐵路智能化發展打下堅實基礎。

1 鐵路運輸智能化系統需求

根據鐵路運輸生產現狀可知，存在鐵路信號設備技術落后、作業計劃依賴人工安排、數據信息滯后，安全隱患眾多等問題。要想構建鐵路運輸智能系統，需要對現有運輸基礎設施進行優化升級，利用先進的IT技術，以物流信息與運輸生產為中心，構建智能調度管理平臺，將自動化技術與智能設施引入其中，為新型物流管理系統建設提供強有力的技術支持，實現鐵路運輸全程監控，為管理決策和調度指揮提供科學參考。對此，當前鐵路行業對運輸智能系統的需求主要體現在以下幾個方面。

（1）對站區原有的電氣集中聯鎖系統進行優化，采用高度集成的聯鎖系統，使設備安全性得到顯著提升，同時減少維護人員的工作強度。（2）實現作業指令流轉信息化，將平面調車系統引入其中，借助無線傳輸完成電子計劃發送，還具備機車定位、實時監控等功能，在惡劣工作環境下，司機可根據機車信號輔助行車，使作業更加安全可靠。（3）通過智能編排，為調車計劃提供輔助，降低值班人員的勞動強度，使作業更加科學標準;通過車號識別，與企業ERP接口進行對接，完成對車輛、貨票的匹配，支持車輛裝卸管理、車輛進出管理、設備管理、車輛跟蹤等功能。（4）實現信號集中管理和控制，對眾多聯鎖站場進行集中控制，并與物流、計算機聯鎖接口等進行進路預排，降低信號工作者的強度，通過道口遠程控制的方式，實現過車自動報警、欄桿起落智能操縱[1]。

2 鐵路運輸智能化系統設計

2.1 框架設計

根據上述系統需求，對運輸智能系統進行設計，該系統的核心為調度智能化，與ERP系統接口相連，獲取車輛、裝卸、生產方案等各類績效數據，為智能編排提供有利依據，借助有線與無線網獲取站場設備信息、機車位置等，制定出最優決策方案。通過信號集控、機車自動跟蹤、道口遠程控制等方式，使現場設備能夠自動化、無人化控制;利用有線與無線網絡，建立安全可靠的信息傳輸通道。在系統架構方面，主要包含兩個層次與多個系統，即智能管理層、自動控制層，前者主要包括物流系統、編排系統，后者包括車號識別系統、調度監督系統、聯鎖系統、道口集控系統、機車作業系統。

2.2 數據流分析

該系統的數據流的核心為編排系統、調度集控系統，可實現自動控制與智能調度等目標，本文將對數據流進行深入研究。在整體數據流中，主要包括生產方案、調車計劃、信號控制、進路信息、階段方案、設備狀態、執行信息等等。在其他子系統中的數據流，分別如下：

（1）編排數據流。從編排系統中采集調車方案，以鉤計劃信息、閑置情況為依據，開展機車定位、自動清鉤等工作，并將相關命令與時間傳遞到編排系統中，將進路信息開啟，傳遞給聯鎖系統，使調度監督系統能夠獲取全廠設備的運行情況。（2）物流數據流。通過車號識別系統中獲取車號、型號、換長等信息，由ERP中獲取相應的重量、貨物信息，實現路局車輛進場匹配與銷售;由編排系統中獲取調車方案，按照現車跟蹤方式，對車輛位置與狀態相關信息進行獲取，將結果反饋給編排系統，并將信息錄入數據庫中。（3）機車無線數據流。由編排系統中采集調車方案，由調度系統中采集軌道狀態、信息與道岔等等，與GPS跟蹤定位信息相結合，通過跟蹤定位的方式，對機車實時、準確信息進行核算，并將其提供給監督系統、編排系統[2]。

2.3 調度流程

（1）調車方案作業。調車方案與區域內部車輛實際情況相結合，制定科學合理的裝車、卸車計劃，還應在特定時間內，對所需車輛的動態信息編制調車作業方案，并發布到運輸管理部門進行落實。調車作業是依照車輛現場動態進行編制，整個區域內可同時完成洗車、調車、裝車等工作，但是應注意以下內容：一是首鉤為傳機車，調查方案從第二鉤開始編輯;二是調車作業中與掛車數、摘車數相加之和為0，反之則系統編制與規定不符;調車方案的編制應與摘掛方式、方向相符合。（2）接發車處理。在運輸車間，將車號錄入到編組后，可將車輛自動接入，接車計劃依據車站傳真信息獲取，調度員與運輸部門相配合，高效完成接車工作。嚴格按照調度部門下發的方案，使各項接車事宜落到實處，并以車號識別系統中的編組為依據，將校核信息提交給調度部門，根據編組單進行發車。發車方案依據調車作業而定，在完成調車作業各項方案后，如若現場調車或從廠內調車時，應將編組單傳輸到運輸車間，由運輸部門按照編組單的內容執行發車操作。（3）智能定位系統。在裝車線合理位置安裝傳感器，將車載信息設備安裝在機車上，通過利用機車位置、地理位置、列車車速等信息，對停車位置進行計算。在機車的推動下，車皮進入裝車線后，可對相應的車皮前車輪進行調整，使其壓入傳感器，利用聯控地面系統對車輛后方推動距離進行計算，通過對車號識別系統、集中系統與相關設備，運用網絡、人工智能、計算機等技術，根據鐵路生產運行特點，將其與鐵路站場、作業環節有機結合起來，實現信息實時反饋，使作業計劃得到更加智能的編排。當車輛到達指定裝卸處后，利用無線通信發送語音信息，確保裝車工作安全開展[3]。

3 鐵路運輸智能化系統的實現

對于運輸智能系統來說，內部核心技術與功能的實現方式如下所示。

（1）本文研究的運輸智能系統技術基礎為Java與.NET，將B/S與C/S模式相結合，借助Socket通信使內部各個系統進行數據交互，依靠Web Service實現與ERP系統間的信息傳輸。（2）系統利用統一的服務器在有線與無線客戶端之間進行數據傳輸，對統一的鏈路層通信協議進行設計，以此為基礎設計出多樣化應用通信協議，在鏈路層中實現數據轉發、校驗、分包、重發等操作，在應用子系統中，按照應用協議與通信服務器進行數據交換即可。（3）對于內部子系統來說，堅持程序與數據分離的設計理念，借助圖形化工具軟件，生成站場組態數據，此類數據可為子系統的應用提供便利，當站場中的設備數量發生變化時，只需利用相應的工具對軟件進行調整、靜態數據進行更新即可，對于配置信息與客戶端程序來說，則不需要進行更新。（4）使用人工智能技術編制計劃，主要包括以下內容：利用結構化語言進行描述，將生產計劃信息轉變為系統能夠讀取的規則語言或者表達式;對于編組站來說，應結合編組站的運輸特點，構建調車時間模型、計劃規則等，例如，車輛模型、時間模型等等;構建數據倉庫，對存儲接口數據信息、機車位置、現車數據等進行采集;在智能推理模塊中，利用最短路徑算法、蟻群算法等將計劃任務表述出來，得出最優解;借助解析器方案制定出與標準格式相符的行車作業方案。（5）在仿真模塊中，按照編制成功的方案實施，對計劃的合理性與效率進行檢驗;在專家模塊中，對用戶編制計劃的調整數據進行收集，對漏洞信息自動填充，使調度規則得以完善，并將其應用到新計劃編制之中;對于關鍵設備與軟件來說，應采用雙機熱備法，包括通信設備、物流數據服務器、道口系統主控PLC等等，使無線子系統中的通信服務軟件能夠高效運行。

4 鐵路運輸智能化系統的應用成效

通過聯鎖系統與調度系統的應用，可實現對站場數據、軌道電路、遠程診斷等多項功能，并對故障進行實時定位和診斷，為行車管理者提供更加便利、可視化的監控條件。將該系統與ERP集成和對接，使物流系統中的各項信息得到動態整合，以全景圖的形式在大屏幕中展示出來，將信息、物流與資金流“三位一體”。通過聯鎖系統的應用，將其與標準網絡接口相連，使運輸中采集的各個節點時間轉移到物流系統中，構建電子作業大表;將聯鎖數據單傳遞到管理系統中，為管理者的審查提供便利。同時，對于維修員和設計員來說，可對系統故障進行診斷，及時排除室內外存在的設備故障。在鐵路信息化改造項目中，聯鎖系統屬于最為基礎的設施，具有互聯互通的特點，系統能夠與鐵路運輸系統、機車安控系統緊密結合起來，將車載RTK與北斗差分設備相連接，可對機車股道位置進行確定，對工作狀態進行動態監督[4]。

通過對車號識別系統、集中系統與相關設備，運用網絡、人工智能、計算機等技術，根據鐵路生產運行特點，將其與鐵路站場、作業環節有機結合起來，實現信息實時反饋，使作業計劃得到更加智能的編排。在作業過程中，對基礎信息進行采集，對鐵路作業進行智能編排，按照作業計劃進行自動清溝。其中，車號識別系統的應用與人工操作相比，在車號、車輛進出站時間計算方面具有較大優勢，可使數據信息更加準確、及時，富有連貫性，車輛的交接效率顯著提升，極大減少作業人員的勞動強度，使運輸工作朝著信息化、智能化的方向發展。將智能系統進行升級后，將其投入到運行中，可使線路和機車利用率得到極大提升，車輛周轉加速，貨車延時費降低，工作人員的操作更加規范，幫助企業節省大量人力和財力，達到增收減支的目標。

5 結束語

綜上所述，本文對鐵路運輸智能化系統進行分析，該系統的應用消除了信息孤島，實現信息共享，為行車計劃的智能編排提供依據，使各項決策更加科學可靠，為鐵路事業的快速發展提供極大助力。

參考文獻：

[1]李化林，楊偉，茆忠華.貴冶鐵路運輸智能化系統的設計與實現[J].銅業工程，2019（1）：11-15.

[2]孟偉東.鐵路客運售票智能化服務系統的設計與實現[J].2018，44（13）：214-216.

[3]寧斌，李佩.江銅貴冶鐵路編組站貨物運輸發展方向的思考[J].銅業工程，2019（1）：6-9.

[4]李娜，李偉，許超.冶金企業鐵路智能運輸調度系統的設計與實現[J].中國金屬通報，2018，993（06）：246-247.