基于北斗卫星导航的铁路货物追踪系统研究与设计

史永乐

（中国铁路广州局集团有限公司 信息技术所，广州 510088）

随着国民经济的不断转型，在当前和今后的社会物流运输中，传统意义上的大宗物资占比会逐步缩小，与此同时，与人民群众关系密切的生活用品运输需求会逐年递增。这类货物存在附加值高、运输时效高的特点，同时，客户对于在途货物位置的追踪意愿非常强烈。在途货物追踪技术不仅使得收发货双方可以在整个供应链条任意节点实时监控货物状态，还可以提高运输效率，降低货物损盗的风险[1]。中国铁路目前为客户提供的基于车号自动识别系统（ATIS）大节点的追踪方式只能提供货物大致的位置信息，不能完全满足客户需求[2]。北斗卫星导航系统作为我国自主知识产权的卫星导航系统，近年来发展非常迅猛，已经应用于国民经济多个行业[3]。中国铁路总公司在2014年和2015年分别组织综合检测列车在部分线路上进行了北斗系统车载实验，从实验结果来看，两次实验过程中北斗可用卫星数更多，设备重定位时间更快，动车组运行轨迹与实际线路吻合度更高。本文将北斗卫星导航技术与铁路既有的相关信息系统相结合，提出总体架构并设计相关接口，为实现更高精度的铁路货物追踪提供技术借鉴。

1 北斗卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统是由多种现代高科技融合而成的系统，由空间段、地面段和用户段3部分组成，其示意图，如图1所示。北斗系统具有覆盖我国全部国土及周边区域、定位、授时精度能满足导航定位需要、具备双向短报文通信功能等特点，同时具有定位与通信功能、覆盖范围大、混合星座定位、兼容性更强、自主控制安全保密等优势[4]。

图1 北斗卫星导航系统示意图

北斗的建设目标是今后每年发射4～5颗北斗卫星，至2020年实现北斗全球卫星星座的组网，为北斗在行业、全球应用提供更好信号覆盖服务[4]。目前北斗的定位精度已达到米级。北斗卫星导航系统与GPS等国外其他卫星定位系统相比，具有以下优势[5]：

（1）安全性高；（2）三频信号；（3）短报文通信服务[6]。

2 基于北斗卫星导航的铁路货物追踪系统设计方案

2.1 总体思路

基于北斗的铁路货物追踪系统是一个复杂的信息系统，主要应用的技术包括北斗卫星定位技术、地理信息平台技术及软件开发技术、与既有信息系统的集成技术等。由于卫星定位终端属于精密仪器，且是有源设备，需要外接电源，因此只能放置于机车内，由机车提供电力，北斗监控中心监控的结果是机车的位置。为了实现货物追踪或定位，必须将机车和货物关联起来。或者说，必须从货物着手，通过信息系统，查询到牵引该批货物的机车，然后通过北斗系统查询机车位置，从而实现货物追踪[7]。

2.2 系统架构

系统的目标是在统一的技术平台上，构建一个在界面、功能、数据和流程等各个层次上高度统一、有机集成的系统。在“统一平台”的应用架构思路指导下，充分挖掘SOA理念和技术松耦合的架构方法，采用业界主流的分层分类设计模式，形成系统的总体架构。系统总体架构分为感知层、用户层、应用层和接口层，如图2所示。

图2 系统总体架构

2.3 系统功能

系统功能主要是根据用户输入的货车车号查询车辆位置。用户输入车号后，系统需要分别调用确报系统、调度系统、北斗监控中心系统接口，获取车辆的经纬度信息，之后调用地理信息平台接口，将经纬度信息在地图上显示。为了保障用户查询的车辆是本人发货或收货的车辆，系统需要增加到站校验。只有输入正确的到站后系统才会进行查询，否则就返回，发出“到站不匹配”提示信息。

2.4 系统数据流程

系统数据流程，如图3所示。

图3 系统数据流程

具体流程是：

（1）客户输入车号后，系统调用确报查询的Web Service接口，根据传入的车号参数，查询出列车运行车次。由于铁路运输组织的特点，大部分车辆在到达终点前都需要多次编组，该接口按时间顺序查询出该车号所在的所有编组车次。

（2）如果确报接口查询成功，根据确报接口返回的车次列表，调用调度系统的Web Service接口，根据传入的车次参数，依次查询该车次经过的车站及具体时间，以及该车次的牵引机车号。

（3）如果调度接口查询成功，就可以获得该车次当前所在的区间，同时可以获得与该批货物关联的机车号。

（4）从北斗定位系统中获取机车的位置信息在铁路地理信息平台上显示出来即是货物的位置。如果北斗系统定位机车失败，则可以在地图上显示（3）的结果作为货物位置。

2.5 网络结构

车载终端通过自带移动通信模块使用GPRS网络将当前位置信息传送至互联网中北斗数据接收服务器，北斗数据接收服务器通过网络安全平台将数据汇总到铁路内部网北斗监控中心。客户使用互联网设备（电脑或手机）访问查询服务器，查询服务器将车号信息通过网络安全平台传入铁路内部网进行查询。在铁路内部网，查询系统调用确报系统接口、调度系统接口、北斗监控中心系统接口和地理信息平台接口，最后将查询结果通过网络安全平台传回互联网给用户。系统网络结构，如图4所示。

2.6 系统接口

2.6.1 确报查询Web Service接口

该接口的方法名称及参数如下：

public MessageResult getCcFromCh(String title,String jsonParam)

该接口主要根据用户传入的包含车号、发站、到站、收货人等信息的json串jsonParam，到确报系统中查询运行车次，同时查询该车号的发货人、收货人、始发站、终到站与用户给出的信息是否一致。如果一致且该车号在铁路局管内，则正常返回车次信息；如果不一致，则提示客户“到站不匹配”；如果该车号不在铁路局管内，则提示“该车号已不在广州局管内”。如果该车号被多次编组将产生多个车次，系统将按照时间倒排序返回车次列表用于显示轨迹[8]。

图4 系统网络结构

2.6.2 调度查询Web Service接口

该接口的方法名称及参数如下：

public MessageResult getTimeFromCc(String title, String jsonParam)

该接口主要根据用户传入的包含车次、编组站、发报站、发车时间信息的json串jsonParam，到调度系统中查询该车次的报点位置及牵引机车号码。实际数据中存在同一发报站多次发报的情况，处理时针对这一情况，只取最后一个车次进行查询。另外同一车次经过多个调度台时，需进行集合查询保证该车次的轨迹完整。如果查询成功则正常返回结果，否则返回提示信息。

2.6.3 铁路北斗监控中心Web Service接口

该接口的方法名称及参数如下：

public MessageResult getPositionFromBD (String title, String jsonParam)

该接口主要根据用户传入的包含机车号码信息的json串jsonParam，到北斗监控中心系统中查询该机车的经纬度坐标。实际应用中需保证北斗终端机状态良好，这样除机车进入隧道外，都能获得机车位置信息。如果查询成功则返回机车经纬度坐标，否则返回错误提示信息。

2.6.4 铁路地理信息平台接口

在地图上定位时，需将定位参数（经纬度坐标或车站标准中文名称）通过JavaScript提供的方法传入远程地理信息平台，系统处理完成后返回结果在地图上标示。

查询定位方法名称及参数如下：

searchNode(param)；

参数param可以是经纬度坐标，也可以使具体的车站名。如果是车站名，平台将转换为具体坐标，最终在地图上进行定位显示。

3 系统应用效果

输入车号“4826843”和到站“大朗”后系统显示该车号的车型是“C64”，发站是“姚家洲”，到站是“大朗”，货物名称是“螺纹钢”，收货人是“广东广物物流有限公司白云分公司”。系统定位在了“河头”站和“英德”站之间，这是调用北斗系统接口查询机车号码“6093”后系统返回的经纬度坐标，在铁路地理信息平台上的准确标示，该结果表明系统可以提供货物的精确位置显示。

4 结束语

实现高精度的货物追踪，是提高铁路货运服务质量的重要保障。本文通过研究既有的列车确报系统、列车调度系统（TDMS）的数据结构及系统之间的逻辑关系，并根据北斗卫星导航系统在动车组定位中的应用实验，提出了基于北斗卫星导航的铁路货物追踪的总体思路、系统架构和接口方案，最终实现了铁路货物的精确追踪，对北斗卫星导航系统在铁路的应用具有一定的参考价值。由于客观条件所限，暂时无法在机车上进行北斗系统定位实验，因此，最终的结果与实验的结果可能会存在偏差，还需通过进一步实验加以验证。