鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

摘 要 鐵路貨車作為煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾绞叫枰e極創(chuàng)新，加強(qiáng)與新興技術(shù)的融合。在此背景下，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用而生，但仍然需要研究完善。本文主要對(duì)鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，希望能夠幫助相關(guān)人員認(rèn)識(shí)了解鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并加強(qiáng)推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 鐵路煤炭運(yùn)輸貨車;物聯(lián)網(wǎng);應(yīng)用;研究

在我國(guó)，鐵路貨車是煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，但是始終存在單向運(yùn)輸?shù)那闆r，極大地降低了車輛的利用率。同時(shí)，鐵路貨車車皮本身不具備供電能力，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車地理位置的定位，再加上不同鐵路線路之間可能歸屬于不同的企業(yè)管理，使得鐵路貨車在現(xiàn)代物流行業(yè)中的應(yīng)用并不高。部分鐵路貨車周轉(zhuǎn)效率較低，甚至有些貨車被封存，對(duì)鐵路資源造成極大的浪費(fèi)[1]。但是，近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子通信技術(shù)得到快速的發(fā)展與應(yīng)用。這為鐵路煤炭運(yùn)輸現(xiàn)狀的改變與革新提供了契機(jī)。在此背景下，相關(guān)單位對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的鐵路煤炭運(yùn)輸情況進(jìn)行全面的考察，并利用物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)了鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

1鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

1.1 鐵路煤炭運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要包含四層架構(gòu)，即物聯(lián)終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。其中，物聯(lián)終端層主要是指貨車精確定位終端，也被稱為感知層。該層架構(gòu)通過將貨車精確定位終端安裝在運(yùn)輸貨車的車皮側(cè)壁，并借助運(yùn)動(dòng)偵測(cè)、精確定位、節(jié)電技術(shù)、遠(yuǎn)程通信、無(wú)線維護(hù)等高性能模塊，實(shí)現(xiàn)貨車運(yùn)輸過程中的信息偵測(cè)和上傳功能;網(wǎng)絡(luò)層主要是用于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)終端層和遠(yuǎn)程管理維護(hù)系統(tǒng)之間的通信;平臺(tái)層主要是指遠(yuǎn)程云管理維護(hù)中心，該層主要用來(lái)采集、存儲(chǔ)、歸檔和處理煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)信息;應(yīng)用層是在平臺(tái)層的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化展示、大數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)一調(diào)度等業(yè)務(wù)。同時(shí)應(yīng)用層可以不斷被拓展以滿足應(yīng)用需求[2]。

1.2 鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)

鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：首先，采用遠(yuǎn)程云平臺(tái)對(duì)終端信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和上報(bào)，并可以利用云平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)能力的拓展;其次，由于鐵路運(yùn)輸貨車的停運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)往往不具備通信設(shè)備維護(hù)的能力，該應(yīng)用采用無(wú)線手持維護(hù)終端的方式，方便了定位終端的檢修和維護(hù)工作;再次，貨車定位終端能夠靈活的安裝在各種車型上。其設(shè)備采用設(shè)備與安裝支架相分離的方式。首先將安裝支架固定在貨車車皮上，然后再安裝設(shè)備。而且設(shè)備維護(hù)所采用的鑰匙是統(tǒng)一的，更加方便設(shè)備的安裝和拆卸。設(shè)備安裝后也不需要設(shè)備調(diào)試即可使用[3]。此外，貨車精確定位終端是采用GPS、北斗和AGPS三重定位機(jī)制，并能夠根據(jù)環(huán)境條件自動(dòng)切換進(jìn)行定位檢測(cè);最后，貨車定位終端采用了新型的定位終端節(jié)電算法，同時(shí)借助運(yùn)動(dòng)偵測(cè)傳感器對(duì)貨車進(jìn)行自動(dòng)停止和運(yùn)行工作。

2鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

2.1 鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用貨車精確定位終端

鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用貨車精確定位終端主要包含運(yùn)動(dòng)偵測(cè)傳感器模塊、GPRS模塊、GPS和北斗模塊、藍(lán)牙模塊和電源管理模塊。這些模塊相互配合共同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車位置的定位，數(shù)據(jù)信息的傳遞以及電源的管理等功能。

其中，運(yùn)動(dòng)偵測(cè)傳感器是采用三軸MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器，這類傳感器的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)物體的三軸加速度都比較敏感，在傳感、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和定位識(shí)別等功能方面的性能優(yōu)異。GPRS是以MTK平臺(tái)為基礎(chǔ)，四頻GSM/GPRS（850/900/1800/1900MHz）工業(yè)級(jí)模塊為主要配置，可以應(yīng)用在智能計(jì)量、無(wú)線POS、車載及安全系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，該模塊一般處于節(jié)電模式下工作以降低能耗。北斗+GPS模塊能夠支持EPO/EASY兩種模式定位，并具有功耗低等性能優(yōu)勢(shì)。而終端電源的供電形式可以為適配器，也可以是電池組。對(duì)于終端電源的合理分配主要是借助CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)，以保證終端的功耗控制在合理范圍內(nèi)[4]。

2.2 鐵路煤炭運(yùn)輸貨車應(yīng)用本地?zé)o線維護(hù)終端

手持無(wú)線巡檢終端主要是利用藍(lán)牙和車載定位終端進(jìn)行無(wú)線通信，一方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置管理，一方面實(shí)現(xiàn)終端的日常巡檢和維護(hù)功能，其工業(yè)防護(hù)等級(jí)為IP65。

2.3 鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云管理平臺(tái)

鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用云管理平臺(tái)主要是以B/S架構(gòu)為主，其服務(wù)器端主要為HTTP WEB服務(wù)和數(shù)據(jù)采集模塊。WEB服務(wù)通過A-pache+PHP的方式實(shí)現(xiàn)，而數(shù)據(jù)采集模塊是采用C/C++/JAVA的方式實(shí)現(xiàn)。整個(gè)管理系統(tǒng)又可以被劃分呈不同的模塊，如系統(tǒng)管理模塊、設(shè)備管理模塊、位置跟蹤模塊等，而每個(gè)模塊都相應(yīng)的具備為HTTP WEB服務(wù)和數(shù)據(jù)采集模塊[5]。

3鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

3.1 節(jié)電技術(shù)

貨車精確定位終端的供電方式主要為電池供電，其電池供電時(shí)長(zhǎng)在正常工作狀態(tài)下為六個(gè)月。系統(tǒng)節(jié)電管理采用軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件節(jié)能設(shè)計(jì)兩種方式，顯著提高了電源的供電效率。

3.2 精確定位技術(shù)

精確定位技術(shù)主要是借助北斗和GPS方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)運(yùn)輸貨車的地理位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)獲取準(zhǔn)確的位置經(jīng)緯度，并借助GIS系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確具體的地圖坐標(biāo)，進(jìn)而掌握貨車的位置、線路、速度和海拔等數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，鐵路貨車精準(zhǔn)定位技術(shù)還進(jìn)一步引入AGPS基站技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)沒有GPS和北斗信號(hào)的情況下的位置監(jiān)測(cè)，其定位精度一般都能達(dá)到9米以內(nèi)。

3.3 本地?zé)o線維護(hù)技術(shù)

通常情況下，鐵路貨車的運(yùn)行環(huán)境都相對(duì)比較傳統(tǒng)，常規(guī)的安裝維護(hù)手段對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求比較高，不易實(shí)現(xiàn)。因此，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通過將定位終端與藍(lán)牙通信技術(shù)相融合，采用本地?zé)o線維護(hù)的作業(yè)方式，這樣更加方便系統(tǒng)的維護(hù)和檢修，而且在很大程度上簡(jiǎn)化了相關(guān)的操作流程。其中，較為常用的維護(hù)方式有綁定車輛編號(hào)和讀取日志數(shù)據(jù)等，同時(shí)這些數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)傳輸至管理維護(hù)平臺(tái)，并實(shí)行必要的遠(yuǎn)程維護(hù)，大大提高了維護(hù)質(zhì)量。

4鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用效果及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

鐵路煤炭運(yùn)輸貨車在運(yùn)行過程中，利用精確定位終端實(shí)時(shí)獲取位置信息，并通過遠(yuǎn)程云管理平臺(tái)將運(yùn)輸車的基礎(chǔ)、狀態(tài)、位置和物流信息等進(jìn)行直觀展示，以方便鐵路運(yùn)輸貨車的集中調(diào)度。同時(shí)，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建為鐵路貨車應(yīng)用范圍的拓展和互聯(lián)網(wǎng)大物流系統(tǒng)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅有效解決了鐵路企業(yè)對(duì)貨物運(yùn)輸車的投資利用問題，而且為鐵路貨運(yùn)的發(fā)展指明了方向[6]。

在鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣的同時(shí)，還需根據(jù)不同鐵路線路的實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)上的研發(fā)與拓展。例如，對(duì)于鐵路運(yùn)輸線路較長(zhǎng)且需要經(jīng)過大量的無(wú)人區(qū)，或者海拔較高等惡劣環(huán)境時(shí)，這些情況相比較于傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸，其運(yùn)輸難度更大，一般情況下不利于采用人員駕駛的形式，極大地限制了鐵路運(yùn)輸貨車的應(yīng)用。對(duì)此，相關(guān)人員可以重點(diǎn)研究無(wú)人駕駛鐵路運(yùn)輸技術(shù)。

近年來(lái)，無(wú)人駕駛技術(shù)在高速鐵路和城市軌道交通等領(lǐng)域具有一定的研究與應(yīng)用，發(fā)展速度較快。因此，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)可以借鑒城市軌道交通和鐵路運(yùn)輸環(huán)境下的全自動(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)，但是該技術(shù)對(duì)運(yùn)輸貨車的控制系統(tǒng)具有較高的要求，其技術(shù)難點(diǎn)在于難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行處理。所以，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)故障自動(dòng)應(yīng)急處理系統(tǒng)加以研究，以滿足鐵路貨物運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求。鐵路貨物運(yùn)輸采用無(wú)人駕駛技術(shù)能夠解決貨車調(diào)度受司機(jī)配置和周轉(zhuǎn)的制約問題，降低因人工問題對(duì)貨物運(yùn)輸造成影響的現(xiàn)象。同時(shí)，也可以使司機(jī)等工作人員擺脫惡劣的工作環(huán)境，在一定程度上使鐵路企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本有所降低。此外，無(wú)人駕駛模式也可以使得運(yùn)輸調(diào)度更加靈活，當(dāng)煤炭資源開采量較大時(shí)，就可以隨時(shí)增加運(yùn)輸貨車，并在很大程度上保證了人員和貨物的安全性，使鐵路煤炭運(yùn)輸朝著全自動(dòng)化的發(fā)現(xiàn)發(fā)展。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用采用感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層的四層架構(gòu)模式，并全面利用節(jié)電技術(shù)、精確定位技術(shù)、藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)等高科技，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路運(yùn)輸貨車的定位追蹤，并適時(shí)獲取其他相關(guān)信息，以加強(qiáng)對(duì)鐵路貨車的調(diào)度管理，在一定程度上顯著提高了鐵路貨車的綜合利用率，避免了鐵路貨車閑置的問題，同時(shí)，推動(dòng)鐵路企業(yè)對(duì)運(yùn)輸車輛實(shí)行精細(xì)化管理方式?？傊?，鐵路煤炭運(yùn)輸貨車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為后續(xù)大物流的構(gòu)建與推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介

張輝（1986-），男，山西聞喜人;學(xué)歷：本科，職稱：助理政工師，現(xiàn)就職單位：西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵路公司，研究方向：信息技術(shù)工作。