铁路煤炭运输货车物联网应用研究

摘 要 铁路货车作为煤炭运输的重要方式需要积极创新，加强与新兴技术的融合。在此背景下，铁路煤炭运输货车物联网技术应用而生，但仍然需要研究完善。本文主要对铁路煤炭运输货车物联网应用的设计、实现、关键技术和发展趋势等进行简要分析，希望能够帮助相关人员认识了解铁路煤炭运输货车物联网技术，并加强推广与应用。

关键词 铁路煤炭运输货车;物联网;应用;研究

在我国，铁路货车是煤炭运输的主要方式，但是始终存在单向运输的情况，极大地降低了车辆的利用率。同时，铁路货车车皮本身不具备供电能力，很难实现对货车地理位置的定位，再加上不同铁路线路之间可能归属于不同的企业管理，使得铁路货车在现代物流行业中的应用并不高。部分铁路货车周转效率较低，甚至有些货车被封存，对铁路资源造成极大的浪费[1]。但是，近年来，互联网技术、计算机技术和电子通信技术得到快速的发展与应用。这为铁路煤炭运输现状的改变与革新提供了契机。在此背景下，相关单位对全国范围内的铁路煤炭运输情况进行全面的考察，并利用物联网等先进技术研发设计了铁路煤炭运输货车物联网应用。

1铁路煤炭运输货车物联网应用设计

1.1 铁路煤炭运输物联网应用架构

铁路煤炭运输货车物联网应用主要包含四层架构，即物联终端层、网络层、平台层和应用层。其中，物联终端层主要是指货车精确定位终端，也被称为感知层。该层架构通过将货车精确定位终端安装在运输货车的车皮侧壁，并借助运动侦测、精确定位、节电技术、远程通信、无线维护等高性能模块，实现貨车运输过程中的信息侦测和上传功能;网络层主要是用于实现物联终端层和远程管理维护系统之间的通信;平台层主要是指远程云管理维护中心，该层主要用来采集、存储、归档和处理煤炭运输货车物联网应用中的数据信息;应用层是在平台层的基础上，对数据信息进行可视化展示、大数据分析、统一调度等业务。同时应用层可以不断被拓展以满足应用需求[2]。

1.2 铁路煤炭运输货车物联网应用特点

铁路煤炭运输货车物联网应用特点主要表现在以下几方面：首先，采用远程云平台对终端信息进行实时采集和上报，并可以利用云平台进行业务能力的拓展;其次，由于铁路运输货车的停运现场往往不具备通信设备维护的能力，该应用采用无线手持维护终端的方式，方便了定位终端的检修和维护工作;再次，货车定位终端能够灵活的安装在各种车型上。其设备采用设备与安装支架相分离的方式。首先将安装支架固定在货车车皮上，然后再安装设备。而且设备维护所采用的钥匙是统一的，更加方便设备的安装和拆卸。设备安装后也不需要设备调试即可使用[3]。此外，货车精确定位终端是采用GPS、北斗和AGPS三重定位机制，并能够根据环境条件自动切换进行定位检测;最后，货车定位终端采用了新型的定位终端节电算法，同时借助运动侦测传感器对货车进行自动停止和运行工作。

2铁路煤炭运输货车物联网应用实现

2.1 铁路煤炭运输货车物联网应用货车精确定位终端

铁路煤炭运输货车物联网应用货车精确定位终端主要包含运动侦测传感器模块、GPRS模块、GPS和北斗模块、蓝牙模块和电源管理模块。这些模块相互配合共同作用实现对货车位置的定位，数据信息的传递以及电源的管理等功能。

其中，运动侦测传感器是采用三轴MEMS运动传感器，这类传感器的优势在于对物体的三轴加速度都比较敏感，在传感、运动检测和定位识别等功能方面的性能优异。GPRS是以MTK平台为基础，四频GSM/GPRS（850/900/1800/1900MHz）工业级模块为主要配置，可以应用在智能计量、无线POS、车载及安全系统等多个领域。同时，该模块一般处于节电模式下工作以降低能耗。北斗+GPS模块能够支持EPO/EASY两种模式定位，并具有功耗低等性能优势。而终端电源的供电形式可以为适配器，也可以是电池组。对于终端电源的合理分配主要是借助CPU来实现，以保证终端的功耗控制在合理范围内[4]。

2.2 铁路煤炭运输货车应用本地无线维护终端

手持无线巡检终端主要是利用蓝牙和车载定位终端进行无线通信，一方面对系统进行配置管理，一方面实现终端的日常巡检和维护功能，其工业防护等级为IP65。

2.3 铁路煤炭运输货车物联网应用云管理平台

铁路煤炭运输货车物联网应用云管理平台主要是以B/S架构为主，其服务器端主要为HTTP WEB服务和数据采集模块。WEB服务通过A-pache+PHP的方式实现，而数据采集模块是采用C/C++/JAVA的方式实现。整个管理系统又可以被划分呈不同的模块，如系统管理模块、设备管理模块、位置跟踪模块等，而每个模块都相应的具备为HTTP WEB服务和数据采集模块[5]。

3铁路煤炭运输货车物联网应用关键技术

3.1 节电技术

货车精确定位终端的供电方式主要为电池供电，其电池供电时长在正常工作状态下为六个月。系统节电管理采用软件系统设计和硬件节能设计两种方式，显著提高了电源的供电效率。

3.2 精确定位技术

精确定位技术主要是借助北斗和GPS方式来实现的，通过对运输货车的地理位置进行监测获取准确的位置经纬度，并借助GIS系统将其转换成准确具体的地图坐标，进而掌握货车的位置、线路、速度和海拔等数据信息。同时，铁路货车精准定位技术还进一步引入AGPS基站技术，以实现对没有GPS和北斗信号的情况下的位置监测，其定位精度一般都能达到9米以内。

3.3 本地无线维护技术

通常情况下，铁路货车的运行环境都相对比较传统，常规的安装维护手段对维护人员的技术水平要求比较高，不易实现。因此，铁路煤炭运输货车物联网应用通过将定位终端与蓝牙通信技术相融合，采用本地无线维护的作业方式，这样更加方便系统的维护和检修，而且在很大程度上简化了相关的操作流程。其中，较为常用的维护方式有绑定车辆编号和读取日志数据等，同时这些数据信息可以实时传输至管理维护平台，并实行必要的远程维护，大大提高了维护质量。

4铁路煤炭运输货车物联网应用效果及未来发展趋势

铁路煤炭运输货车在运行过程中，利用精确定位终端实时获取位置信息，并通过远程云管理平台将运输车的基础、状态、位置和物流信息等进行直观展示，以方便铁路运输货车的集中调度。同时，铁路煤炭运输货车物联网应用系统的构建为铁路货车应用范围的拓展和互联网大物流系统的构建奠定了坚实的基础。不仅有效解决了铁路企业对货物运输车的投资利用问题，而且为铁路货运的发展指明了方向[6]。

在铁路煤炭运输货车物联网应用推广的同时，还需根据不同铁路线路的实际情况进行技术上的研发与拓展。例如，对于铁路运输线路较长且需要经过大量的无人区，或者海拔较高等恶劣环境时，这些情况相比较于传统的铁路运输，其运输难度更大，一般情况下不利于采用人员驾驶的形式，极大地限制了铁路运输货车的应用。对此，相关人员可以重点研究無人驾驶铁路运输技术。

近年来，无人驾驶技术在高速铁路和城市轨道交通等领域具有一定的研究与应用，发展速度较快。因此，铁路运输系统可以借鉴城市轨道交通和铁路运输环境下的全自动无人驾驶技术，但是该技术对运输货车的控制系统具有较高的要求，其技术难点在于难以实现应急运行处理。所以，铁路煤炭运输货车物联网应用需要在此基础上对系统故障自动应急处理系统加以研究，以满足铁路货物运输的实际需求。铁路货物运输采用无人驾驶技术能够解决货车调度受司机配置和周转的制约问题，降低因人工问题对货物运输造成影响的现象。同时，也可以使司机等工作人员摆脱恶劣的工作环境，在一定程度上使铁路企业的运营成本有所降低。此外，无人驾驶模式也可以使得运输调度更加灵活，当煤炭资源开采量较大时，就可以随时增加运输货车，并在很大程度上保证了人员和货物的安全性，使铁路煤炭运输朝着全自动化的发现发展。

5结束语

综上所述，铁路煤炭运输货车物联网应用采用感知层、网络层、平台层和应用层的四层架构模式，并全面利用节电技术、精确定位技术、蓝牙无线技术和远程通信技术等高科技，实现对铁路运输货车的定位追踪，并适时获取其他相关信息，以加强对铁路货车的调度管理，在一定程度上显著提高了铁路货车的综合利用率，避免了铁路货车闲置的问题，同时，推动铁路企业对运输车辆实行精细化管理方式。总之，铁路煤炭运输货车物联网应用为后续大物流的构建与推广奠定了坚实的基础。

参考文献

[1] 朱晔，张戎.铁路煤炭运输发展趋势研究[J].铁道运输与经济， 2020，42（4）：98-103.

[2] 潘骅.铁路煤炭运输存在的问题及风险控制对策[J].现代营销（下旬刊），2019（5）：100-101.

[3] 周家杰.基于多式联运的煤炭运输径路优化研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[4] 向思桐，祝继常，宫薇薇.基于季节性特征分析的铁路煤炭运输预测方法[J].统计与决策，2019，35（5）：85-88.

[5] 王文刚.铁路煤炭运输货车物联网应用的探讨与实现[J].山西煤炭，2018，38（5）：72-75.

[6] 桑玉珊.煤炭运输运营模式及经营对策研究[D].兰兰州：州交通大学，2015.

作者简介

张辉（1986-），男，山西闻喜人;学历：本科，职称：助理政工师，现就职单位：西山煤电（集团）有限责任公司铁路公司，研究方向：信息技术工作。