程　磊,　陳　峰,　徐勁松,　董　煒

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,安徽 合肥　230009; 2.馬鋼(合肥)鋼鐵有限責(zé)任公司,安徽 合肥　230000; 3.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 鐵路運(yùn)輸公司,安徽 馬鞍山　243021)

?

工業(yè)鐵路車輛位置跟蹤方法

程磊1,陳峰1,徐勁松2,董煒3

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院,安徽 合肥230009; 2.馬鋼(合肥)鋼鐵有限責(zé)任公司,安徽 合肥230000; 3.馬鞍山鋼鐵股份有限公司 鐵路運(yùn)輸公司,安徽 馬鞍山243021)

摘要:在企業(yè)內(nèi)部的工業(yè)鐵路運(yùn)輸中,車輛位置信息是運(yùn)輸組織調(diào)度的基礎(chǔ)。為滿足企業(yè)運(yùn)輸管理的自動化、信息化,文章以工業(yè)鐵路運(yùn)輸物流智能調(diào)度系統(tǒng)生成的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃為依據(jù),提出了一種軟件形式的車輛位置跟蹤算法,實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)鐵路車輛位置的跟蹤。

關(guān)鍵詞:鐵路運(yùn)輸；物流管理；智能調(diào)度；車輛位置跟蹤

0引言

當(dāng)前,我國冶金、石化、煤礦、港口、碼頭等重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域物品的運(yùn)輸量非常大,鐵路運(yùn)輸是這些大型企業(yè)內(nèi)部運(yùn)輸?shù)闹匾问?而車輛位置信息是企業(yè)內(nèi)部鐵路運(yùn)輸組織調(diào)度的基礎(chǔ)。目前對工業(yè)鐵路運(yùn)輸車輛的位置跟蹤采用的方法主要有以下幾種:① 原始的人工管理方式,每天24 h不停地跟蹤記錄龐大的、動態(tài)變化的物流信息;但由于人為疏忽和誤操作,經(jīng)常不能實(shí)時、準(zhǔn)確地掌握站場的物流信息,從而給下一步作業(yè)帶來了困難,甚至使整個作業(yè)不能順利繼續(xù)進(jìn)行[1-2];② 采用軌道電路的方式,依靠檢測車輪造成軌道之間的短路來檢測軌道上是否有車占用,但這種方式只能夠檢測軌道是否被車輛占用,無法檢測出車輛的數(shù)量和具體是哪一輛或幾輛車;③ 采用GPS全球定位系統(tǒng)[3]，對于內(nèi)部有數(shù)千輛車的較大型企業(yè),這種方式投資較大,而且車載設(shè)備的供電問題較難維護(hù)，而GPS的民用定位精度不夠精確,容易誤判到其他股道，另外這種方式對于由路局進(jìn)入企業(yè)的非本企業(yè)車輛無法定位;④ 安裝采用射頻識別技術(shù)開發(fā)的車號自動識別系統(tǒng)[4],在每輛車上加裝RFID電子標(biāo)簽,在所有停放線股道兩端安裝車號自動識別系統(tǒng)[5]，但這種方式投資巨大,一般企業(yè)很難承受。

因此,迫切需要一種技術(shù)以較低成本實(shí)現(xiàn)對工業(yè)鐵路運(yùn)輸車輛及時準(zhǔn)確的位置跟蹤[6]。本文以工業(yè)鐵路運(yùn)輸物流智能調(diào)度系統(tǒng)生成的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃為依據(jù),提出了一種軟件形式的車輛位置跟蹤算法,實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)鐵路車輛位置的及時、準(zhǔn)確跟蹤,而且實(shí)現(xiàn)方式簡單,降低了生產(chǎn)成本。

1定位跟蹤的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)鐵路運(yùn)輸物流智能調(diào)度系統(tǒng)提供了一種新的工業(yè)鐵路運(yùn)輸車輛位置跟蹤方法,該方法采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與通信、數(shù)據(jù)庫等多種理論與技術(shù),通過軟件算法,以工業(yè)鐵路運(yùn)輸物流智能調(diào)度系統(tǒng)生成的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃為依據(jù),實(shí)現(xiàn)對工業(yè)鐵路車輛位置的跟蹤定位。

1.1系統(tǒng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

工業(yè)鐵路運(yùn)輸物流智能調(diào)度系統(tǒng)由智能調(diào)度計(jì)算機(jī)、物流管理計(jì)算機(jī)、信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、物流管理服務(wù)器、物流管理數(shù)據(jù)庫、ERP接口數(shù)據(jù)庫、鐵路機(jī)車安控系統(tǒng)、車號識別系統(tǒng)等組成[7]。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

智能調(diào)度計(jì)算機(jī)與信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)之間通過通訊線連接，采用RS232通訊；智能調(diào)度計(jì)算機(jī)、物流管理計(jì)算機(jī)、物流管理服務(wù)器、物流管理數(shù)據(jù)庫、ERP接口數(shù)據(jù)庫、車號識別系統(tǒng)等各計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過以太網(wǎng)通訊線連接；智能調(diào)度計(jì)算機(jī)與鐵路機(jī)車安全監(jiān)控系統(tǒng)通過無線方式通訊[8]。

物流管理計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對車流和物流進(jìn)行跟蹤,維護(hù)現(xiàn)車與物流信息;智能調(diào)度計(jì)算機(jī)結(jié)合物流管理數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)車與物流信息、ERP接口數(shù)據(jù)庫的各裝卸進(jìn)度信息、庫房料場的信息以及信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的作業(yè)計(jì)劃完成信息自動生成調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,并傳送給信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和鐵路機(jī)車安全監(jiān)控系統(tǒng);物流管理計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)出廠作業(yè)、裝卸車作業(yè)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、運(yùn)輸生產(chǎn)計(jì)劃維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、查詢等;信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)按照智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的調(diào)度作業(yè)計(jì)劃開放進(jìn)路,執(zhí)行調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,并將執(zhí)行結(jié)果反饋給物流管理計(jì)算機(jī);鐵路機(jī)車安全監(jiān)控系統(tǒng)接收智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,并將其傳送給機(jī)車司機(jī)與調(diào)度員,指導(dǎo)其進(jìn)行作業(yè),同時將機(jī)車安全監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的車列長度信息傳送給智能調(diào)度計(jì)算機(jī)和物流管理計(jì)算機(jī)，用于復(fù)核實(shí)際作業(yè)情況是否與調(diào)車作業(yè)計(jì)劃相符;車號識別系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測進(jìn)出廠車輛的車號與時間。

1.2系統(tǒng)的邏輯功能結(jié)構(gòu)

智能調(diào)度系統(tǒng)的邏輯功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)的邏輯功能結(jié)構(gòu)

由智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行方式如下:將生成的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃發(fā)送到信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī),由信號系統(tǒng)計(jì)算機(jī)根據(jù)接收到的鐵路運(yùn)輸行車作業(yè)計(jì)劃自動選排進(jìn)路、開放進(jìn)路,并根據(jù)車輛的行駛、到達(dá)情況自動實(shí)現(xiàn)清勾確認(rèn),并將確認(rèn)信息反饋到清勾處理模塊中。清勾處理模塊接收鐵路信號系統(tǒng)的車輛到達(dá)清勾信息,同時讀取智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的相應(yīng)的行車調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,由車輛位置計(jì)算模塊根據(jù)以上信息并結(jié)合實(shí)時的現(xiàn)車信息進(jìn)行車輛位置的重新計(jì)算,生成最新的現(xiàn)車信息并更新物流管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),顯示到相關(guān)系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)車輛位置的跟蹤定位。

2定位跟蹤算法

本文方法是根據(jù)行車作業(yè)計(jì)劃及信號系統(tǒng)等進(jìn)行車輛定位與跟蹤，車輛位置跟蹤需對每輛車皮確定一個車號，智能調(diào)度系統(tǒng)在系統(tǒng)啟動時需要進(jìn)行站場初始化工作，將當(dāng)時站場中每個車輛在股道上的順序位置錄入到系統(tǒng)，這些車號信息供后續(xù)對車輛定位跟蹤使用。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中還有進(jìn)、出站的車輛，這些車輛的車號由安裝在站場進(jìn)出口的車號識別系統(tǒng)自動檢測并上報給調(diào)度系統(tǒng)。

鐵路信號系統(tǒng)將車輛到達(dá)股道的清勾信息寫入物流管理數(shù)據(jù)庫中，跟蹤的實(shí)時現(xiàn)車信息也保存在物流管理數(shù)據(jù)庫中。物流管理服務(wù)器以2 s為周期對行車作業(yè)計(jì)劃清勾確認(rèn)信息進(jìn)行檢測,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有未處理的信息時,通過定位算法對車輛位置跟蹤,其中清勾處理模塊接收鐵路信號系統(tǒng)的車輛到達(dá)清勾信息,同時讀取智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的相應(yīng)的行車調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,由車輛位置計(jì)算模塊根據(jù)以上信息并結(jié)合實(shí)時的現(xiàn)車信息進(jìn)行車輛位置的重新計(jì)算,實(shí)現(xiàn)車輛的位置跟蹤，并生成最新的現(xiàn)車信息更新物流管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),顯示到相關(guān)系統(tǒng)中。其中,定位算法是車輛位置計(jì)算模塊的核心。

2.1定位模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

線性表是最基本、最簡單、最常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。線性表中數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系是一對一的關(guān)系,即除了第1個和最后一個數(shù)據(jù)元素之外,其他數(shù)據(jù)元素都是首尾相接的。線性表的邏輯結(jié)構(gòu)簡單,便于實(shí)現(xiàn)和操作[9]，因此是廣泛采用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中,線性表都是以棧、隊(duì)列、字符串等特殊線性表的形式來使用的。

線性表是線性結(jié)構(gòu),它是一個含有n≥0個結(jié)點(diǎn)的有限序列,對于其中的結(jié)點(diǎn),有且僅有1個開始結(jié)點(diǎn),沒有前驅(qū)但有1個后繼結(jié)點(diǎn);有且僅有1個終端結(jié)點(diǎn),沒有后繼但有1個前驅(qū)結(jié)點(diǎn);其他的結(jié)點(diǎn)都有且僅有1個前驅(qū)和1個后繼結(jié)點(diǎn)。一般地,一個線性表可以表示成一個線性序列:k1,k2,…,kn,其中k1是開始結(jié)點(diǎn),kn是終端結(jié)點(diǎn)。

工業(yè)鐵路在運(yùn)輸調(diào)度過程中,不論是掛車操作還是摘車操作,都是在股道和車列的兩端進(jìn)行,不能隔車操作,因此調(diào)度可以模擬成類似線性操作,由此可以將車輛位置的跟蹤問題轉(zhuǎn)化為線性表的問題。

本文將股道和車列抽象為線性結(jié)構(gòu),車輛抽象為該線性結(jié)構(gòu)中的組成元素。對于在股道上的車輛,從左到右其車輛的序號Seq從1～n以整數(shù)遞增編號；對于車列中的車輛,若其在機(jī)車右側(cè),則從左到右車輛的序號Seq從1～n以整數(shù)遞增編號,若其在機(jī)車左側(cè),則從右到左車輛的序號Seq從-1 ～-n以整數(shù)遞減編號。股道與車組模型,如圖3所示。

根據(jù)圖3模型,設(shè)置2種車輛位置:① 股道上,以股道號表征其位置,包括裝車線、卸車線、停放線、走行線、聯(lián)絡(luò)線等,不包括有岔區(qū)段等行車線路;② 車列中,以機(jī)車號表征其位置。車輛需要記錄自身位置信息,包括位置類型RL(股道上/車列中)、位置RLid (股道號/機(jī)車號)和序號Seq。

圖3　股道和車組模型

清勾處理模塊接收物流管理服務(wù)器檢測到的清勾信息,同時讀取智能調(diào)度計(jì)算機(jī)生成的相應(yīng)的行車調(diào)度作業(yè)計(jì)劃,由車輛位置計(jì)算模塊根據(jù)以上信息并結(jié)合實(shí)時的現(xiàn)車信息進(jìn)行車輛位置的重新計(jì)算。清勾信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表2所列。

表2　行車作業(yè)計(jì)劃勾包含的信息

其中計(jì)劃勾中的作業(yè)方式分為3種不同類型,分別為:① 掛車作業(yè),符號“+”;② 摘車作業(yè),符號“-”;③ 通過作業(yè),符號“○”。

2.2定位算法設(shè)計(jì)

設(shè)清勾信息為：機(jī)車號Lid，股道號Rid,作業(yè)方式W,作業(yè)車輛數(shù)Tn,作業(yè)方向Wd,摘勾方向Pd。假設(shè)Rid股道上有K(K>0)輛車,機(jī)車Lid左邊帶M(M>0)輛車,右邊帶N(N>0)輛車，定位算法設(shè)計(jì)思路如下:

(1) 當(dāng)W==‘+’ 且Wd==‘左’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq≤Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘L’且RLid：=Lid,Seq：=N+Seq;對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq>Tn的車輛,改變車輛位置Seq=Seq-Tn。

(2) 當(dāng)W==‘+’且Wd==‘右’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid,Seq>K-Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘L’且RLid：=Lid,Seq：=-M-(K-Seq+1)。

(3) 當(dāng)W==‘-’且Pd==‘左’,對于所有滿足RL==‘L’且RLid==Lid,Seq≤Tn-M的車輛,改變車輛位置RL：=‘R’且RLid：=Rid,Seq：=K+M+Seq+1。

(4) 當(dāng)W==‘-’且Pd==‘右’,對于所有滿足RL==‘R’且RLid==Rid的車輛,改變車輛位置Seq：=Seq+Tn;對于所有滿足RL==‘L’且RLid==Lid,Seq>N-Tn的車輛,改變車輛位置RL：=‘R’且RLid：=Rid,Seq：=Seq-(N-Tn)。

3特點(diǎn)分析

由于物流運(yùn)輸量越來越龐大,目前的一些鐵路車輛位置跟蹤技術(shù),均存在一定的問題,不適宜在企業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣?，F(xiàn)在的系統(tǒng)作業(yè)方式與以前的手工作業(yè)方式的對比說明如圖4所示。

圖4　特點(diǎn)分析

與其他車輛定位系統(tǒng)相比,本文提出的基于物流智能調(diào)度系統(tǒng)的車輛位置跟蹤方案有以下幾點(diǎn)改進(jìn):

(1) 進(jìn)一步降低了企業(yè)鐵路現(xiàn)場人員勞動強(qiáng)度。降低勞動強(qiáng)度、保障作業(yè)安全一直是我國企業(yè)鐵路現(xiàn)代化所追求的目標(biāo),特別是實(shí)現(xiàn)物流信息的自動跟蹤進(jìn)一步簡化了作業(yè)過程，并取代了部分人工作業(yè)環(huán)節(jié),減少了人為因素對作業(yè)效率的影響。

(2) 實(shí)時、準(zhǔn)確地跟蹤車輛信息。通過自動化的智能系統(tǒng)代替手工作業(yè),優(yōu)化了綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),提高了信息的正確率和及時性,并且可根據(jù)需要實(shí)時統(tǒng)計(jì)全站各場及各股道的現(xiàn)車數(shù),便于調(diào)度人員或車站值班員隨時掌握全站車輛的動態(tài)信息。

(3) 不僅簡化了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)牧鞒?實(shí)現(xiàn)了對業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化,更有效保證了運(yùn)輸生產(chǎn)過程的安全性和可靠性,實(shí)現(xiàn)了物流管理和物流的運(yùn)輸過程控制,使得企業(yè)鐵路運(yùn)輸物流成為一個整體。

4結(jié)束語

本文在車輛位置跟蹤的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地通過物流管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對管轄區(qū)域車輛的管理、車輛裝卸作業(yè)的管理,根據(jù)實(shí)際作業(yè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)對車輛狀態(tài)的維護(hù)管理,及時、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸車輛位置的跟蹤,為工業(yè)鐵路物流運(yùn)輸組織提供調(diào)度基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)已經(jīng)在馬鞍山鋼鐵公司等多家冶金企業(yè)完成部署工作,并正式運(yùn)行,有效驗(yàn)證了系統(tǒng)的可操作性和應(yīng)用價值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張紅麟.鐵路信息化建設(shè)的核心：TMIS[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2003(7):9-12.

[2]王麟書.中國鐵路信息化事業(yè)的發(fā)展[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2002,11(6):31-34.

[3]宋保林.基于GPS的貨物跟蹤系統(tǒng)的研究[D].西安:長安大學(xué), 2008.

[4]萬九生.車號自動識別系統(tǒng)在企業(yè)鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用探討[J].山西冶金,2001(3):58-61.

[5]孟祥忠,張志剛,李宗明.基于RFID技術(shù)的礦井運(yùn)輸車輛定位跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].中國煤炭,2012, 38(4):61-64.

[6]韓富春.冶金企業(yè)物流系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及發(fā)展對策探討[J].物流技術(shù),2003(12):100-102.

[7]魏臻,侯前進(jìn),程磊,等.企業(yè)鐵路運(yùn)輸物流自動跟蹤系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版,2005,28(11):1365-1368.

[8]楊立民,胡慶新.鐵路信號計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2000(2):16-18.

[9]嚴(yán)蔚敏,吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:18-63.

(責(zé)任編輯胡亞敏)

Research on the method of tracking vehicle location of industrial railway

CHENG Lei1,CHEN Feng1,XU Jin-song2,DONG Wei3

(1.School of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Ma’anshan Iron and Steel(Hefei) Co., Ltd., Hefei 230000, China; 3.Railway Transportation Company, Ma’anshan Iron and Steel Co., Ltd., Ma’anshan 243021, China)

Abstract:Vehicle location information is the foundation of the transportation organization and scheduling within the enterprise railway transportation. For the automation and informatization of enterprises’ transportation management, an algorithm to trace the vehicle position is proposed, which is based on railway transportation operation plan generated by intelligent dispatching system of industrial railway transportation. The vehicle location of industrial railway can be tracked by this algorithm.

Key words:railway transportation； logistics management; intelligent scheduling； vehicle location tracking

中圖分類號:TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-5060(2016)02-0190-04

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.009

作者簡介：程磊(1971-),男,安徽潁上人,合肥工業(yè)大學(xué)副研究員,碩士生導(dǎo)師.

基金項(xiàng)目：國家國際科技合作專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2014DFB10060)

收稿日期：2015-01-17；修回日期：2015-12-15