基于GPRS的运用客车实时作业信息管理系统研究与实现

苏翊洲，任 巍

（太原铁路局 车辆处，山西太原030013）

客运安全是铁路安全运营的重中之重，客运列车发电车和车检的定时巡检作业是客运安全的重要保障。客运工作人员定时进入发电车车厢内巡检发电机组及定时巡检列车头中尾部设备，保障列车安全运行，但是地面管理人员无法实时了解到车上的巡检作业情况，无法确认其是否按规定路线、时间、地点以及次数检查到位，存在较大的监管漏洞和安全事故隐患。同时地面工作人员如发现车上巡检作业人员未及时巡检作业也无法进行提醒。针对这种情况，将传统的射频识别巡检作业工作与先进的实时传输技术融合，提出一种全新的基于GPRS的实时作业信息管理系统，实现现场巡检作业的实时监管，对铁路安全运营具有现实意义和较高的经济效益和社会效益。

1 系统结构

基于GPRS的实时作业信息管理系统主要由车载作业系统、车－地传输系统、地面综合信息管理系统3部分组成。系统总体结构如图1所示。

车载作业系统主要由作业人员定时手持作业管理器对准工位作业钮实现作业，其中发电车巡检作业包括4个工位钮，分别安装在发电车的发电机组等重要设备旁，使巡检人员可以兼顾到所有设备，保障安全；列车车检巡检作业包括3个工位钮，分别安装在列车的头、中、尾部。每个工作人员最初都要先巡检作业自己的人员身份识别钮，以保证系统识别不同人员的工作。

图1 系统总体结构图

车地传输系统主要负责将车载作业信息通过GPRS无线网络传输到地面。GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）是以封包方式传输，通过路由管理进行寻址和建立数据连接，不需要布线，只要在手机能够收到信号的地方就可以连通网络，成本低廉，实现了车载作业管理器和地面服务器之间信息的实时传输。

地面综合管理系统包括数据服务器和客户端访问两部分。数据服务器负责接收地面车载作业管理器上传来的作业信息，包括作业人员、作业钮号、作业时间以及作业管理器编号等信息，服务器根据预先设定好的作业要求，对车上传来的信息予以考核显示，客户端可以查看任意车次的实时作业信息，对于未及时作业的情况，根据要求启动短信模块，提醒现场工作人员及时巡检作业，保障列车安全运行。

2 系统功能架构

2.1 系统硬件设计

作业管理器应能完成数据采集、保存、定时发送等功能，并且耗电少、配有可重复充电的大容量电池，可持续长时间正常工作。数据采集采用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长和可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。系统硬件结构图如图2所示。

为保证铁路长时间运行的需求，系统设计了统一的充电箱，采用继电器自动控制充电的开始与结束，统一USB接口，方便实现设备的充电，保证设备的不间断使用。

图2 系统硬件结构图

2.2 系统数据库设计

系统处理信息数据海量、数据实时性要求高、数据关系复杂，因此系统数据库设计质量是整个系统能否长期高效、稳定运行的关键。

2.2.1 系统数据库需求分析

基于GPRS的实时作业信息管理系统对后台数据库的主要任务需求为：

（1）可实时显示当前运行车次的作业情况；

（2）可实时显示车载设备的状态；

（3）可实时提示未正常作业情况；

（4）可按需求查询、统计指定时间段的各车次的作业情况。

2.2.2 数据库主要数据内容

实时作业信息管理数据主要内容包括：

（1）实时运行数据：上传时间、作业时间、信息钮号、作业管理器编号等。

（2）信息钮数据：信息钮号、信息钮类型、信息钮所装配车次、所代表的工位或人员信息。

（3）车次信息数据：车次编号，关联装配车次、当班时间的起始、结束时间，作业要求间隔、可允许误差等信息。

2.2.3 数据库设计原则

（1）数据库设计需同时满足实时数据管理和统计分析双重任务，具有联机事务处理和联机分析处理系统的双重特点。

（2）数据库设计应满足系统扩展的需要，一旦上线运行，其设计修改及调整将非常困难。

（3）数据库维护工作量要尽量小，数据备份工作对系统运行影响应小，一旦发生数据库崩溃，恢复时间限定在2h以内。

2.2.4 数据表设计

系统采用SQL Server2008数据库。SQL Server2008是一个重大的产品版本，它推出了许多新的特性和关键的改进，使得系统可以以很高的安全性、可靠性和可扩展性运行服务器最关键任务的应用程序，它已经成为至今为止最强大和最全面的SQL Server版本。

图3所示为系统几个主要数据表的关系图。

图3 数据库主要关系图

根据设计构建基于双机热备的数据库实例，数据库对于系统的实时作业信息响应及时，扩展能力充足，维护工作较小，为实时作业信息管理系统提供有力的信息化支撑。

2.3 地面综合管理系统软件设计

地面综合管理系统主要包括服务器数据处理、客户端软件两大部分，服务器负责接收车地传输系统传输来的车载作业信息，并做相应数据处理；客户端软件负责实时显示车载作业系统的作业情况。

2.3.1 服务器数据处理软件设计

车载作业系统将作业信息通过GPRS无线网络传输至系统数据服务器，通过域名解析地址使作业信息准确传输至目的地，系统中采用经济、稳定的花生壳域名解析软件。服务器主要负责接收数据和通过比对将作业信息予以处理。

（1）服务器数据处理软件初始化

软件通过ODBC连接数据库实现软件初始化，并查看各车次行车作业表当天在此次当班时间中是否存在，不存在则追加行车作业表至当天的当班。

（2）服务器数据处理软件接收数据

软件实时扫描记录行，有记录则分块存放至“实时数据”表中，无记录则等待下一次循环扫描记录行。

（3）服务器数据处理软件处理数据

对于上传而来的“实时数据”，服务器数据处理软件根据相应条件置相关信息，实现实时作业状态及时间等信息显示。

图4所示为服务器数据处理软件流程图。

图4 服务器软件流程图

2.3.2 客户端软件设计

系统客户端软件可实现实时显示所有在线运行的车次的当班作业情况，进行系统设置、作业历史详单查询、统计、报表打印等功能。客户端软件模块划分如图5所示。

客户端软件是专门针对铁路发电车巡检作业、列车巡检作业编制的软件系统，针对性强，界面友好，操作简单，具有如下特点：

（1）多级权限设置保障系统安全

系统共分3级操作权限级别，一般用户仅拥有对系统查看的权限，即只可查看实时作业情况和历史作业情况；操作员用户除了可以查看系统作业情况外，还可对系统进行一般性设置；最高级的管理员可对系统做任何操作，包括对其他用户的添加、删除等操作。

图5 软件功能模块框图

（2）任意选择观看车次

系统管理员在添加或修改一个用户的可查看作业情况权限时，可以任意选择不同运用车间的车次，只要将数据库中已存在的作业车次前面的方框勾选即可实现不同车次任意组合的作业情况的查看。

（3）实时显示当班作业状态

系统后台运算出每个车次的实际当班时间并根据各车次一个当班时间实时显示各车次作业情况，方便按班次查询统计作业情况。

（4）作业报表多方式查询统计

系统作业查询统计选单处可实现各车次历史作业情况的查询统计，包括按车次、人员、包乘组等多种组合查询方式，按时间、人员、车次等统计正检、晚检、未检率等，方便管理部门多方式考核作业情况。

（5）系统报警日志查询

系统对于非正常作业情况产生的报警日志可按多种方式查询显示。

（6）多种查看作业管理器数据方式

系统可以通过USB数据线联机查看作业管理器上的数据，可以实现将数据以txt文本格式下载至电脑，系统也可以根据作业管理器无线上传至服务器的数据查看作业情况，保障数据的完整性，为事故分析等提供依据。

3 结束语

该系统于2010－11底在大同运用车间安装调试，经过多次试运行和现场测试，完善和优化硬件及软件功能，使系统逐步满足使用要求，系统采集数据准确，传输准确及时，服务器系统运行稳定，客户端功能完善、操作灵活，为管理部门随时了解列车作业情况提供强有力手段。

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