喬鐘緯

【摘要】運(yùn)用現(xiàn)代的MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，本文建立了一種可以覆蓋某礦區(qū)企業(yè)業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化的信息化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)和模塊化的設(shè)計(jì)方法，簡化了設(shè)計(jì)流程，涵蓋了企業(yè)的所有業(yè)務(wù)流程，為運(yùn)輸部門的指揮、貨運(yùn)、計(jì)劃等業(yè)務(wù)提供信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了行動(dòng)指揮無聲化、運(yùn)行管理自動(dòng)化和運(yùn)輸調(diào)整智能化，提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】信息化;Mesh網(wǎng)絡(luò);調(diào)度命令;調(diào)車作業(yè)單

鐵路信息化的根本目的是將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于鐵路生產(chǎn)經(jīng)營與管理決策的各項(xiàng)活動(dòng)中，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)率、提升市場競爭力，提高鐵路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益[1]。無線MESH網(wǎng)絡(luò)正是基于Mesh MEA（Mesh Enabled Architecture）技術(shù)建立起來的通信系統(tǒng)。無線MESH網(wǎng)絡(luò)具有好的擴(kuò)展性和抗干擾性，在寬帶無線接入領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[2]。本文結(jié)合某礦區(qū)鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出了一種鐵路調(diào)度運(yùn)輸管理系統(tǒng)，通信網(wǎng)絡(luò)采用了無線MESH網(wǎng)絡(luò)。

1.系統(tǒng)功能和MESH網(wǎng)絡(luò)介紹

1.1 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能

系統(tǒng)為各級(jí)調(diào)度人員和管理人員提供指揮管理平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)以運(yùn)輸計(jì)劃為龍頭，強(qiáng)化調(diào)度指揮與執(zhí)行閉環(huán)，將管理貫穿控制過程，以執(zhí)行跟蹤為主線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)跟蹤與閉環(huán)，支持運(yùn)輸分析、決策，提高運(yùn)輸管理水平。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)輸局域網(wǎng)，支持系統(tǒng)檢控中心、行調(diào)中心、車站控制、車站與機(jī)車之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信;方便協(xié)調(diào)列車和調(diào)車之間的矛盾，提高運(yùn)輸效率。

1.2 MESH簡介

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同的技術(shù)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種基于多跳路由、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)如下。

1.2.1 通訊范圍較大

MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的最大的直線通訊距離可以達(dá)到5KM，還有抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.2 數(shù)據(jù)傳輸速率較大

MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為6Mbps，可以滿足實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1.2.3 移動(dòng)性好

MESH MEA網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性非常好，該網(wǎng)絡(luò)終端可以在高速移動(dòng)狀態(tài)中保持比較好的傳輸速率。

1.2.4 兼容性好

MESH MEA網(wǎng)絡(luò)可以跟其他的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，比如WIFI、INTERNET、電話網(wǎng)等。

1.2.5 安全性

建立MESH MEA網(wǎng)絡(luò)無需建立基站和發(fā)射塔，同時(shí)又可以自動(dòng)修復(fù)，所以消除了因?yàn)閱蝹€(gè)通訊設(shè)備故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰的隱患。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 調(diào)度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

調(diào)度系統(tǒng)采用C/S+B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯以C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)與信息查詢采用B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用服務(wù)器組成系統(tǒng)核心層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取管理、核心業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)及各C/S結(jié)構(gòu)終端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn);Web服務(wù)器組成系統(tǒng)Web服務(wù)層，主要實(shí)現(xiàn)B/S結(jié)構(gòu)終端訪問數(shù)據(jù)庫及核心應(yīng)用邏輯;各調(diào)度工作站和車間終端組成系統(tǒng)應(yīng)用邏輯層，主要完成和實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯;車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線安全調(diào)車系統(tǒng)、車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)和軌道衡計(jì)量系統(tǒng)組成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，主要實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行過程中產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集和相關(guān)命令的傳遞。

系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備所處的物理位置不同，將設(shè)備劃分為信息中心設(shè)備、調(diào)度室設(shè)備、工業(yè)站信號(hào)機(jī)械室設(shè)備、各車間等遠(yuǎn)程終端設(shè)備和其它終端設(shè)備構(gòu)成。各物理位置處局域網(wǎng)都由100/1000M交換以太網(wǎng)組成，各車間終端與中心之間通過Web服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫。聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線安全調(diào)車系統(tǒng)、車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)通過車站分機(jī)接入鐵路調(diào)度綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。

系統(tǒng)設(shè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用及WEB服務(wù)器，各種業(yè)務(wù)邏輯工作站、車站分機(jī)。應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用邏輯主要實(shí)現(xiàn)進(jìn)出廠列車的邏輯跟蹤、調(diào)車作業(yè)邏輯的實(shí)時(shí)跟蹤。WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)查詢與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)邏輯管理、自備車管理邏輯。車站分機(jī)實(shí)現(xiàn)與聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線安全調(diào)車系統(tǒng)的接口、車號(hào)員終端實(shí)現(xiàn)與車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)的接口。

2.2 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的軟件部分主要包括五塊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)用邏輯、WEB網(wǎng)站、客戶端業(yè)務(wù)邏輯、車站分機(jī)應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)硬件組成

鐵路綜合信息化硬件系統(tǒng)由服務(wù)器和若干終端組成，可完成鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)綜合信息系統(tǒng)管理功能、實(shí)現(xiàn)大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)、建立安全可靠的聯(lián)鎖信息采集接口與車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的信息共享。各站場信號(hào)通過網(wǎng)關(guān)機(jī)與鐵科接口發(fā)送到值班員終端再通過網(wǎng)絡(luò)（光纖和Mesh無線設(shè)備）傳送到中心服務(wù)器，然后大屏以及各終端通過訪問中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)大屏幕監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)綜合信息系統(tǒng)管理功能，建立信息共享。服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)、Web服務(wù)器和Firtide controller服務(wù)器。Web服務(wù)器上面安裝IBM WebSphere軟件提供web服務(wù)，稱為WAS（WebSphere Application Server），應(yīng)用程序包部署于WAS上。Firtide controller服務(wù)器，用于管理全線mesh子網(wǎng)和機(jī)車移動(dòng)mesh節(jié)點(diǎn)。工控機(jī)終端設(shè)備和打印機(jī)等設(shè)備放在各個(gè)車站，作為各個(gè)車站的硬件設(shè)備。

圖2 軟件總體結(jié)構(gòu)

2.4 接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)所聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線安全調(diào)車系統(tǒng)、車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、軌道衡計(jì)量系統(tǒng)等存在接口。因此需要實(shí)現(xiàn)接口和系統(tǒng)的功能要求、滿足系統(tǒng)保證的要求和滿足質(zhì)量管理要求。

2.4.1 與微機(jī)聯(lián)鎖接口設(shè)計(jì)

為了保證微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性，通過車站分機(jī)實(shí)現(xiàn)與微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接口，并向運(yùn)輸管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)站場數(shù)據(jù)。信息內(nèi)容包括軌道占用信息、信號(hào)開放狀態(tài)、道岔狀態(tài)等信息。車站分機(jī)利用422串口通訊接口實(shí)現(xiàn)與聯(lián)鎖系統(tǒng)的單向通信，保證聯(lián)鎖系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性。

2.4.2 無線安全調(diào)車系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

為了保證與無線安全調(diào)車系統(tǒng)之間的獨(dú)立性和安全性，通過車站分機(jī)實(shí)現(xiàn)與無線安全調(diào)車系統(tǒng)接口，通過車站分機(jī)將調(diào)車作業(yè)計(jì)劃下達(dá)到無線安全調(diào)車系統(tǒng)，同時(shí)接收無線安全調(diào)車系統(tǒng)的會(huì)址信息和機(jī)車動(dòng)態(tài)信息。車站分機(jī)利用232串口通訊接口實(shí)現(xiàn)與無線安全調(diào)車系統(tǒng)的通信，保證與無線安全調(diào)車系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性。

2.4.3 車號(hào)識(shí)別設(shè)備的接口

車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)之間采用網(wǎng)絡(luò)文件共享的方式實(shí)現(xiàn)接口。車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)將識(shí)別出的車號(hào)文件通過以太網(wǎng)上傳至車號(hào)員終端，車號(hào)員終端識(shí)別文件并分析車號(hào)信息。

2.4.4 軌道衡計(jì)量系統(tǒng)的接口

鐵路運(yùn)輸調(diào)度系統(tǒng)與軌道衡系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫共享的方式實(shí)現(xiàn)接口。調(diào)度系統(tǒng)將傳衡過衡單、車輛定站單信息寫至指定表中供軌道衡系統(tǒng)使用;軌道衡系統(tǒng)也將車輛過衡后的裝卸信息寫至指定表中供調(diào)度系統(tǒng)使用。

3.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和安全控制

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

挑選其中一個(gè)站作為主mesh節(jié)點(diǎn)，各站布置一個(gè)固定mesh節(jié)點(diǎn)和NGI mesh節(jié)點(diǎn)，通過光纖與集配站中心交換機(jī)相連接。NGI通過超五類網(wǎng)線與站內(nèi)mesh節(jié)點(diǎn)連接，其作用是把站內(nèi)mesh節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)優(yōu)先通過光纖傳輸?shù)街行慕粨Q機(jī)。站與站的區(qū)間架設(shè)mesh節(jié)點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，同時(shí)覆蓋沿線區(qū)間。Controller服務(wù)器安放在集配站中心機(jī)房，Controller服務(wù)器為移動(dòng)點(diǎn)（機(jī)車）管理軟件。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃圖如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全措施

系統(tǒng)為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全，采取了以下措施。實(shí)踐證明，這些措施可以保證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全。

1）貨運(yùn)調(diào)度指揮系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)接口，采用雙分區(qū)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，實(shí)行聯(lián)鎖向網(wǎng)關(guān)單向送數(shù)方式。

2）對(duì)系統(tǒng)終端建立身份認(rèn)證和權(quán)限管理，采用S-DES密鑰用于終端登錄，在應(yīng)用層進(jìn)行加解密處理，防止非法用戶訪問和登錄。

3）與公司網(wǎng)相連接處通過核心交換機(jī)連接，在核心交換機(jī)上建立訪問控制表，對(duì)訪問的路徑進(jìn)行控制。對(duì)流入或流出接口的訪問進(jìn)行控制;同時(shí)在系統(tǒng)中心服務(wù)器上通過加密算法驗(yàn)證訪問的合法性，防止外來攻擊。

4）實(shí)現(xiàn)沖突登記，監(jiān)視與控制用戶的每一個(gè)連接，訪問監(jiān)視和異常報(bào)警，為網(wǎng)管人員提供有用的信息。

5）在傳輸層由通訊中間件對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理。

6）數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)由系統(tǒng)提供專門的數(shù)據(jù)維護(hù)工具，對(duì)數(shù)據(jù)每星期進(jìn)行一次全備份?？梢詫浞莸臄?shù)據(jù)刻錄光盤，異地存儲(chǔ)，隨時(shí)恢復(fù)。

4.系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)功能的劃分以鐵路運(yùn)輸部各個(gè)生產(chǎn)單位的需求和原調(diào)度系統(tǒng)的功能為依據(jù)，主要分為①用戶登錄、②貨運(yùn)調(diào)度、③車輛管理、④行車調(diào)度、⑤自備車管理、⑥統(tǒng)計(jì)管理、⑦歷史查詢這幾個(gè)大的功能。

4.1 用戶登錄

用戶登錄模塊主要功能：用戶登錄、密碼修改、注銷、系統(tǒng)退出。

4.2 現(xiàn)場顯示

主要功能有三個(gè)，分別是現(xiàn)車顯示：顯示現(xiàn)場股道車輛信息;大屏顯示：顯示現(xiàn)場股道車輛信息、調(diào)監(jiān)信息;調(diào)監(jiān)顯示：顯示現(xiàn)場調(diào)監(jiān)信息。

4.3 車輛管理

4.3.1 車號(hào)錄入

進(jìn)廠或出廠車列的車種、車型、車號(hào)、換長、入場時(shí)間、股道、過期等信息進(jìn)行錄入。正常情況下可進(jìn)行自動(dòng)錄入，故障時(shí)可進(jìn)行人工錄入，并且可以對(duì)錄入的信息進(jìn)行修改，確認(rèn)之后提交編組。

4.3.2 車輛信息錄入

按場、股道、現(xiàn)場/預(yù)現(xiàn)場、到/發(fā)站將進(jìn)廠或出廠車列的車種、車型、車號(hào)、品名、到/發(fā)站、收/發(fā)貨人等信息錄入。

4.3.3 接發(fā)車輛

對(duì)于股道上已編組的車輛進(jìn)行發(fā)車處理。

4.4 貨運(yùn)調(diào)度

4.4.1 定站單管理

功能包括生成和修改。生成功能是根據(jù)品名生成定站單;修改功能是修改或刪除已經(jīng)生成的定站單。

4.4.2 洗車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存洗車通知單。修改功能是修改或刪除洗車通知單。返回功能是進(jìn)行洗車通知單返單處理。

4.4.3 裝車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存裝車通知單。修改功能是修改或刪除裝車通知單。返回功能是進(jìn)行裝車通知單返單處理。

4.4.4 卸車單管理

主要包括制定，修改和返回。制定功能是制定和保存卸車通知單。修改功能是修改或刪除卸車通知單。返回功能是進(jìn)行卸車通知單返單處理。

4.4.5 消點(diǎn)時(shí)間錄入

選擇消點(diǎn)單進(jìn)行消點(diǎn)。

4.5 行車調(diào)度

本部分功能主要有調(diào)車計(jì)劃制定，根據(jù)需求及現(xiàn)場車輛信息制定調(diào)車計(jì)劃;調(diào)車計(jì)劃修改，對(duì)已制定的調(diào)車計(jì)劃進(jìn)行修改或刪除;調(diào)車計(jì)劃下達(dá)，下達(dá)已制定的調(diào)車計(jì)劃;調(diào)車計(jì)劃人工執(zhí)行，對(duì)已制定的調(diào)車計(jì)劃人工執(zhí)行;調(diào)車計(jì)劃預(yù)執(zhí)行，對(duì)已制定的調(diào)車計(jì)劃預(yù)執(zhí)行;調(diào)車計(jì)劃預(yù)現(xiàn)場預(yù)執(zhí)行，對(duì)已制定的調(diào)車計(jì)劃在預(yù)現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)執(zhí)行;車號(hào)修改，接到股道里的車號(hào)有可能輸入不正確，輸入有錯(cuò)誤時(shí)，對(duì)車號(hào)、車種進(jìn)行修改。

4.6 自備車管理

本部分功能主要是自備車信息查看，查看廠內(nèi)所有自備車信息;自備車費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)入廠或出廠的自備車費(fèi)用。

4.7 統(tǒng)計(jì)管理

4.7.1 月計(jì)劃錄入

錄入生產(chǎn)計(jì)劃和相應(yīng)的車輛計(jì)劃。

4.7.2 生產(chǎn)報(bào)表

統(tǒng)計(jì)生成生產(chǎn)日報(bào)、周報(bào)、旬報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)和其他一些報(bào)表信息;還進(jìn)行貨車使用費(fèi)管理、貨車使用費(fèi)校核、貨車使用費(fèi)統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場車輛統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)廠內(nèi)現(xiàn)在車輛的信息、自備車輛統(tǒng)計(jì)等。

4.8 歷史查詢

包括歷史車號(hào)查詢，查詢某一車號(hào)分別在現(xiàn)場、最后一次入廠、一年以內(nèi)、三年以內(nèi)的進(jìn)出廠信息和調(diào)車信息;定站單查詢，查詢并打印某一天的定站單信息及某一定站單的詳細(xì)信息;通知單查詢，查詢并打印某一天裝/卸/洗通知單及某一通知單的詳細(xì)信息;鉛封號(hào)查詢，按特定類型對(duì)某一鉛封號(hào)進(jìn)行查詢;過衡單查詢;調(diào)車計(jì)劃查詢;歷史計(jì)劃查詢;過衡車輛查詢。

5.結(jié)束語

按照客戶的需求計(jì)劃，系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和交通運(yùn)輸理論知識(shí)建立起一套在保證行車安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)輸調(diào)度管理現(xiàn)代化、自動(dòng)化和智能化，提高企業(yè)運(yùn)輸生產(chǎn)效率、改善運(yùn)輸作業(yè)的條件，使生產(chǎn)作業(yè)從計(jì)劃的制定、下達(dá)、執(zhí)行到反饋、監(jiān)督、評(píng)估、分析等環(huán)節(jié)做到了無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)企業(yè)鐵路運(yùn)輸過程中的管理控制一體化。

參考文獻(xiàn)

[1]王一文.企業(yè)鐵路運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘭州交通大學(xué)，2012.

[2]李志杰，方旭明.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中一種QoS保證的跨層調(diào)度方法[J].鐵道學(xué)報(bào)，2012，34（10）：61-67.