基于北斗的鐵路運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)

李天賀，鄭偉平

（1.黑龍江省大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)，大慶 163316；2.廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣州 510663）

基于北斗的鐵路運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)

李天賀1，鄭偉平2

（1.黑龍江省大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)，大慶 163316；2.廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣州 510663）

1　引言

當(dāng)前全球范圍內(nèi)鐵路服務(wù)需求的增加，給現(xiàn)有的鐵路運(yùn)輸能力和基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)前所未有的壓力。目前，我國(guó)鐵路完成的貨物周轉(zhuǎn)量、換算周轉(zhuǎn)量居世界第一位。

然而，日益增加的貨物運(yùn)輸量需求與傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程（人工為主）之間的矛盾越來(lái)越突出。目前鐵路貨物運(yùn)輸急需解決的幾個(gè)方面主要表現(xiàn)為：貨物監(jiān)控難，丟失嚴(yán)重，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；物流跟蹤定位難；現(xiàn)有設(shè)備、車輛改造難；物流信息化程度低。

2　總體方案設(shè)計(jì)

基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)是以現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為支撐，以北斗衛(wèi)星通信技術(shù)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，并依托地方交通運(yùn)輸行業(yè)運(yùn)輸調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建的鐵路高附加值貨物運(yùn)輸位置服務(wù)平臺(tái)。

圖1　基于北斗導(dǎo)航的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2綜合監(jiān)管層

通過(guò)公共服務(wù)層的應(yīng)用展示，鐵道部貨運(yùn)調(diào)度管理部門對(duì)管轄范圍內(nèi)的物資運(yùn)輸業(yè)務(wù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管、統(tǒng)一指揮與評(píng)估研判，對(duì)各級(jí)單位開(kāi)展業(yè)務(wù)指導(dǎo)與監(jiān)督檢查。鐵道部貨運(yùn)調(diào)度、各路局貨運(yùn)調(diào)度處對(duì)所轄范圍內(nèi)的物資運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管與調(diào)度指揮，發(fā)生突發(fā)事件時(shí)立即上報(bào)相關(guān)機(jī)構(gòu)，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。其他相關(guān)授權(quán)部門及用戶，通過(guò)訪問(wèn)獲取鐵路物資運(yùn)輸業(yè)務(wù)的相關(guān)信息，為鐵路高附加值貨物管理機(jī)構(gòu)提供必要的支持，提升鐵路高附加值貨物管理運(yùn)行效率，保障鐵路高附加值貨物運(yùn)輸安全、穩(wěn)定、可視。

2.3公共服務(wù)層

公共服務(wù)層主要包括決策人員、管理人員、押運(yùn)人員和授權(quán)人員。通過(guò)業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與服務(wù)，對(duì)鐵路高附加值貨物運(yùn)輸質(zhì)量進(jìn)行定性與定量化分析，輔助相關(guān)押運(yùn)人員開(kāi)展運(yùn)輸、裝備管理等業(yè)務(wù)，相關(guān)授權(quán)人員通過(guò)信息接口訪問(wèn)所需資源，實(shí)現(xiàn)決策人員和管理人員對(duì)鐵路高附加值貨物運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管與指揮，最終建立“需求導(dǎo)向、協(xié)同規(guī)劃”的公共服務(wù)機(jī)制。

2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層針對(duì)鐵路高附加值貨物運(yùn)輸監(jiān)控需求，基于應(yīng)用軟件支撐層、硬件支撐層提供的技術(shù)基礎(chǔ)，形成基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)。

在鐵道部、各鐵路局部署基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤服務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)建設(shè)包括鐵路高附加值貨物運(yùn)輸定位追蹤服務(wù)系統(tǒng)、鐵路高附加值貨物運(yùn)輸定位追蹤管理系統(tǒng)及其它與鐵路相關(guān)信息系統(tǒng)接口，如電子確報(bào)、電子貨票、保價(jià)與事故處理等，應(yīng)用軟件與其數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，包括部分軟件的升級(jí)。系統(tǒng)結(jié)合軟硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)技術(shù)、業(yè)務(wù)的深入整合，建成基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)指揮監(jiān)控中心對(duì)鐵路高附加值貨物運(yùn)輸安全態(tài)勢(shì)的整體把控，并對(duì)押運(yùn)過(guò)程中事件的及時(shí)處置和風(fēng)險(xiǎn)防范，提高鐵路高附加值貨物運(yùn)輸效率和安全保障能力。

2.5應(yīng)用軟件支撐層

應(yīng)用軟件支撐層主要由各種標(biāo)準(zhǔn)軟件和定制應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)數(shù)據(jù)集成整合技術(shù)，滿足基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)所需的各類軟件技術(shù)。具體包括：

（1）大型數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)的業(yè)務(wù)特征和容量需求，建立在鐵道部貨運(yùn)調(diào)度中心總指揮中心、各路局貨運(yùn)調(diào)度處指揮監(jiān)控分中心，選用具有性能高、數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，以滿足鐵道部和各路局海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要。

（2）存儲(chǔ)檢索引擎

存儲(chǔ)檢索引擎是基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)存儲(chǔ)機(jī)制和檢索機(jī)制的獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。依據(jù)基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)的業(yè)務(wù)處理模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于聯(lián)機(jī)業(yè)務(wù)處理技術(shù)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，根據(jù)貨運(yùn)物資運(yùn)輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)特征，存儲(chǔ)檢索引擎對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與檢索引擎進(jìn)行管理，提升存儲(chǔ)和檢索效率，針對(duì)海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)分析軟件生成多維度統(tǒng)計(jì)信息，從而動(dòng)態(tài)顯示各路局運(yùn)行情況，輔助管理人員制定決策。

（3）北斗位置服務(wù)

基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)所需要的位置服務(wù)應(yīng)是適應(yīng)全天候、室內(nèi)外、野外等多種環(huán)境下的綜合位置服務(wù)，應(yīng)采用自主安全可控的定位技術(shù)。

系統(tǒng)提供的位置服務(wù)是以北斗位置服務(wù)為基礎(chǔ)，結(jié)合GPS和GPRS基站定位等位置服務(wù)數(shù)據(jù)，為基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)和各系統(tǒng)提供統(tǒng)一的位置服務(wù)。

（4）數(shù)字地圖

數(shù)字地圖技術(shù)通過(guò)建立全國(guó)鐵路貨運(yùn)運(yùn)輸數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，直觀、形象地展示各地區(qū)鐵路物資運(yùn)輸過(guò)程動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)鐵路高附加值貨物運(yùn)輸管理、指揮監(jiān)控?cái)?shù)字化運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)。

（5）智能報(bào)表系統(tǒng)

智能報(bào)表系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)報(bào)表生成規(guī)則和數(shù)據(jù)分中心的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供多種格式報(bào)表的生成、打印和導(dǎo)出。

（6）權(quán)限管理

采用支持細(xì)粒度數(shù)據(jù)流管控的系列安全軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和服務(wù)的權(quán)限管理。根據(jù)基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)用戶特征，劃分為三類權(quán)限體系，分別為系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理操作權(quán)限、行政管理操作權(quán)限和系統(tǒng)運(yùn)維權(quán)限，并保持三種權(quán)限體系相互獨(dú)立。

（7）加密解密

加解密技術(shù)是保證鐵路高附加值貨物運(yùn)輸指揮網(wǎng)絡(luò)、信息安全的核心技術(shù)，是一種主動(dòng)的信息安全防范措施?；诒倍?GPS/GPRS通信智能加密技術(shù)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)稱密鑰加密技術(shù)，將明文轉(zhuǎn)換成不可理解的密文，阻止非法用戶獲取和理解原始數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，由解密軟件將密文轉(zhuǎn)換成明文到達(dá)用戶，從而確保數(shù)據(jù)的保密性。

2.6硬件支撐層

鐵路貨物運(yùn)輸業(yè)務(wù)需要在復(fù)雜的地理、業(yè)務(wù)環(huán)境下進(jìn)行，為了保證傳遞過(guò)程中無(wú)線傳感設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確快速交互，需要研發(fā)安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)的硬件設(shè)備。針對(duì)基于衛(wèi)星的高附加值貨物運(yùn)輸全程定位追蹤平臺(tái)建設(shè)要求，結(jié)合各個(gè)位置服務(wù)中心的建設(shè)需求，業(yè)務(wù)的運(yùn)行需要硬件設(shè)備作為支撐，具體包括感知類硬件和應(yīng)用類硬件兩部分。主要特點(diǎn)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(huán)境的功能，主要包括Mesh監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、北斗智能終端及多功能手持設(shè)備。

Mesh監(jiān)控模塊節(jié)點(diǎn)主要一方面用于對(duì)不規(guī)則物資綁定后的狀態(tài)信息進(jìn)行運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)控；另一方面用于在車廂間建立無(wú)線多跳自組網(wǎng)，保證不規(guī)則物資的狀態(tài)信息可以實(shí)時(shí)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(yùn)輸，具有定位、位置監(jiān)控、收發(fā)短信、報(bào)警求救等功能、用于接收Mesh監(jiān)控節(jié)點(diǎn)及多功能手持設(shè)備收集采集的監(jiān)控信息，并通過(guò)北斗衛(wèi)星上報(bào)到監(jiān)控中心。

多功能手持設(shè)備設(shè)備用于押運(yùn)人員對(duì)運(yùn)輸貨物的實(shí)時(shí)狀態(tài)感知及應(yīng)急通信。

（2）應(yīng)用類硬件

應(yīng)用類硬件主要包括服務(wù)器、操作終端、顯示屏等硬件設(shè)備。其中數(shù)據(jù)分中心的服務(wù)器主要分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，通過(guò)與計(jì)算機(jī)操作終端等設(shè)備的結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的篩選、計(jì)算、分析與處理，以及海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。各數(shù)據(jù)分中心分別設(shè)置大屏幕顯示墻，實(shí)時(shí)顯示所轄區(qū)域的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)情況。

2.7基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)信息采集點(diǎn)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，提供平臺(tái)運(yùn)行所必需的基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境與條件，支撐和保證應(yīng)用模型及架構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和管理。

基于無(wú)線傳感器與智能加密技術(shù)，信息采集點(diǎn)通過(guò)北斗短報(bào)文或GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，將感知與采集的鐵路高附加值貨物押送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，從而為后續(xù)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)各服務(wù)器、操作終端的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)設(shè)置預(yù)留接口，為Web Service接口與資源尋址提供服務(wù)基礎(chǔ)，同時(shí)提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

3　結(jié)束語(yǔ)

為此，本項(xiàng)目提出，建成以北斗衛(wèi)星位置和通信服務(wù)為基礎(chǔ)的鐵路高附加值貨物智能跟蹤定位綜合服務(wù)平臺(tái)（北斗高附加值貨物跟蹤服務(wù)平臺(tái)）。系統(tǒng)基于自主知識(shí)產(chǎn)品的北斗芯片、安全物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路高附加值貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(guó)高附加值貨物運(yùn)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）