基于卫星定位+4G网络技术的列车接近警示装置

于蓬波

摘 要：文章简要介绍采用单片机和BD2+GPS模块，通过4G+APN加密组网构成道口用列车接近警示系统的基本原理和特点。该系统已在桃威地方铁路上进行了试用，起到了确保人身和行车安全的作用，受到现场积极评价。

关键词：单片机；BD2+GPS模块；4G+APN加密组网；列车接近警示装置

中图分类号：U298 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0017-02

Abstract： This paper briefly introduces the basic principles and characteristics of train approach warning system for crossing using single chip microcomputer and BD2+GPS module and 4G+APN encryption network. The system has been tested on the local railway in Taowei， which has played a role in ensuring the safety of people and driving， and has been positively evaluated on the spot.

Keywords： single-chip microcomputer； BD2+GPS module； 4G+APN encryption network； train proximity warning device

1 概述

目前，新建铁路基本都采用了全封闭设计，以确保行车安全。但是，国内仍有相当多的低级别路线和地方铁路未进行线路封闭，线路中存在很多道口。而由于铁路人力物力的限制及许多无人看守道口车流、人流不大，其防护条件极其简陋，使得此类道口交通事故屡屡发生，常常造成路外伤亡事故，损失巨大。威海市地方铁路管理局与合肥海枫智能控制科技有限公司共同研发的基于卫星导航+4G網络技术的列车接近警示装置可以在列车接近时，通过声、光手段有效警示道口附近的车辆、行人，起到了良好效果。

2 原理及构成

2.1 系统原理

该列车接近警示装置主要原理是通过BD2+GPS模块实时采集机车位置、速度信息，并通过4G网络将数据上传至服务器。服务器程序调取预设的相关道口位置及警示距离参数进行计算，当机车进入警示范围时，通过4G网络控制安装在道口的装置，开启该道口的声光警示。当机车通过该道口时，服务器再次发出指令关闭声光警示。见下图1。

2.2 系统组成

列车接近警示装置由安装在机车上用以采集并上传机车位置、速度的机车端装置、安装在道口用以接收指令控制声光警示器的道口端装置及安装在机房的服务器及程序构成。

（1）机车端装置

机车端装置由BD2+GPS定位模块、4G网络通信模块、微处理器、电源、天线、电池组等部分组成。一般情况下，机车端装置通过机车电池取电，电池组只在外局机车进行本局管内时临时供电使用。测试用样机见图2，其外观尺寸为25.5×16×7.5CM。

（2）道口端装置

道口端装置由道口控制机、声光警示装置和太阳能供电装置组成。道口控制机由4G数据通信模块、微处理器、开关量输出接口板、电源、复位按键等部分组成。声光警示装置采用可订制警示声音的唯创声光一体警示器。在道口位置可以取电时，采用LRS-50-12开关电源供电；道口无法取电时则采用太阳能板+蓄电池供电。测试用样机见上右图，其外观尺寸也是为25.5×16×7.5CM。

（3）服务器

服务器采用联想ThinkServer RS260，配置为i3-7100 8G内存，4T*2Raid1存储。

（4）服务器程序

服务器端程序包括主程序、参数文件、日志文件和道口、机车端网络配置文件。配置参数主要包括警示距离和各道口的编号、经纬坐标。在使用中，可以根据实际情况设置警示距离，同时根据道口端装置安装情况，适时增减道口，节约服务器资源。日志文件按日保存网络数据，方便进行网络故障排查。日志文件截图见下图3：

3 系统特点

（1）该装置反应灵敏，BD2+GPS卫星目前可将机车位置误差缩小到10M以内；4G高速网络传输使延迟缩小到1秒以内。

（2）可用于二次开发。日志数据每秒记录一次机车的编号、方向、坐标，目前我们正以此开发“机车卫星定位监控系统”，通过4G网络，调度人员不但可以实时监控在用机车位置、速度，自动绘制出机车周转图，还可以随时调看机车现场监控画面，并实现与司机音、视频对话，提高铁路线路应急反应速度和应急处置能力。

（3）该装置所需费用低廉，每套道口端装置只需约4000元，并且道口端装置可根据需要增减，可以在施工路段临时增加道口端装置，此时只需要在服务器参数文件中增加一条参数即可。如果施工现场无法取电，则需要临时增加太阳能供电装置。

（4）该装置在实际使用中，需提前对沿线手机信号情况进行检测，对无信号或隧道区段采取延长警示距离等方式确保正常预警。

（5）该装置4G网络采用了物联卡，使用APN专用流量进行数据传输，以提高数据的保密性，防止被不法人员获取。

4 试用情况

装置样机生产后，我们将机车端装置安装在一台东风25B型机车上，将道口端装置安装在草庙子道口。经过两个多月的现场测试，该系统定位误差在20M以内，警示无延迟，警示启动率达到100%，完全可以满足实际使用需求。

参考文献：

[1]汪涛.智能行驶车辆定位技术研究[D].吉林大学，2017.

[2]王剑，郑波，蔡伯根，等.基于卫星定位的区间列车轨道占用检测方法研究[J].铁道学报，2015，37（10）：54-59.

[3]张树.北斗卫星导航系统在青藏铁路列车定位中的应用研究[D].中国铁道科学研究院，2017.

[4]刘寅生，乔莉，王婷.铁路临时限速警示装置的开发与应用研究[J].企业导报，2012（23）：298.

[5]沈阳铁路局科学技术研究所.为列车运行安全提供新的保障措施[N].人民铁道，2010-10-15（B02）.

[6]唐建军.浅谈4G网络安全技术[J].中国新通信，2014，16（22）：90-91.

[7]郑小龙.区间列车接近防护系统在山区铁路安全卡控中的运用[J].甘肃科技纵横，2013，42（07）：37-39.