基于IOT的铁路货运安全综合检测跟踪方法

2020-12-01陈文瑞

运输经理世界 2020年4期

文∕陈文瑞

1 前言

物联网（Internet of things， IOT）是新一代信息技术的重要组成部分，它利用各种智能传感技术和设备来感知物理世界。IOT 技术对我国智能铁路的发展起到了重要的推动作用。许多学者对IOT 在铁路行业的应用进行了研究，马小宁分析了IOT 在中国铁路领域的典型应用形式。孙鹏提出了基于IOT 的动车组检修设计方法，并阐述了总体架构和关键技术。此外，周泽言设计了一套基于IOT 三层架构的铁路客票系统，可以有效提高系统处理质量，提高客运效率。通过分析铁路货运安全监控现状和业务需求，本文分析了开发铁路货运安全综合检测IOT 架构的研究。

2 基于IOT 的铁路货运安全综合检测

2.1 IOT 建构模型

IOT 的系统架构模型一般分为3 层：感知层、网络层和应用层。感知层是IOT 架构的基础，主要利用射频识别、传感技术、控制技术和GPRS，包括各种类型的传感器、RFID 标签和阅读器、IC 卡读卡器、移动终端、智能手持机，主要用于铁路数据采集、发送和接收、自动控制以及移动数据处理和控制。网络层包括移动通信网络(MCN)和广域远程网络(WARN)两部分，是数据传输的基础，它可以实现专网、电信网、互联网等通信网络上的信息传输和交换。应用层将IOT 技术与特定技术相结合，实现网络层与应用服务的接口，完成感知数据的分析、信息共享和智能处理。通过应用层信息系统的实施和整合，可以实现创建“安全铁路”的目标，建立自诱导安全路网。此外，它还将提供通用或定制的应用服务。

2.2 铁路货运安全综合检测物联网的架构

中国高度重视铁路安全监控技术的研究与应用，已经开发并推广了使用自动火车停站装置，火车速度监测装置，公交车红外热像检测仪，铁路探伤仪，轨道动态检测车等。通过科技手段，有效改善了我国铁路运输的安全状况。

为了保证铁路运输质量，建立长效的安全机制，中国铁路总公司提出了建立货运安全保障体系的构想，加快了铁路货运安全检测设备和系统的建设和应用。主要设备包括不平衡负载检测设备，重量桥，阈值检测设备，视频设备，手持设备等。其中，重量桥，用于装载的视频设备，用于装载的手持设备主要用于始发站和终端站。铁路货运检查站（即货运中间站）主要使用不平衡的载荷检测设备，阈值检测设备，用于安全检查的手持设备。所有设备都可以自动识别并获取货运状态信息。这些检测设备极大地促进了铁路货运安全物联网的建设，并将有助于补充铁路货运装载状态的检测和监测。

考虑到铁路货运装载状态管理的业务需求，根据上述架构概念模型提出了铁路货运安全物联网的架构。

（1）感知层：主要包括各种带有FRID 标签或传感器的货运安检设备、传感器网络和接入网关。分别负责货运安全与作业信息采集、短距离无线通信与组网、异构网络接入、终端设备管理。

（2）网络层：主要包括各种核心托管网、接入网等。例如有线互联网、无线移动通信网络(2G、3G 和4G)和专用铁路网络。他们负责IOT 铁路货运安全的长途信息传输和短途网络接入。

（3）应用层：可分为应用支持层、应用服务层、应用表示层。应用支持层主要提供物理网络所需的软件和硬件支持。支持包括各种服务器设备、存储设备、网络设备及相关软件。应用服务层负责根据需求提供应用支持，如虚拟化管理、资源管理、数据管理(如模糊识别、智能控制、搜索引擎等)。信息安全管理和数据挖掘分析等等。应用表示层主要包括各种应用子系统、门户。该层负责提供基于IOT 的各种铁路货运应用服务。这些服务可以帮助完成铁路货运内部管理和外部信息共享。

2.3 铁路货运安全综合检测信息集成

IOT 铁路货运安全综合检测的主要信息源是货运安全监控与管理子系统，可提供货运运行信息、安全检测与报警信息、报警处理与反馈信息。IOT 货运安全综合检测将通过铁路货运安全检测信息的有效整合，满足货运全过程监控的需求。

铁路货运安全综合检测IOT 平台采用两种信息集成方式——数据库信息集成和应用系统信息集成。数据库信息集成，用于货运内部信息，如货运运营、安全信息等，交流频繁，业务联系紧密。应用系统信息集成，用于铁路运输集成平台、铁路货运电子商务平台等。因为来自这些系统的信息相对独立。

2.4 货物装载状态跟踪方法

2.4.1 货物装载状态跟踪数据分析

事实上，货运装载状态跟踪的整个过程就是收集和查询装载状态信息。因此，运输过程中的信息采集是实现货物装载状态跟踪的基础。货物装载状态信息根据变化频率可分为静态信息和动态信息。静态信息一般是运输过程中稳定的信息，如货物重量、货物名称、始发站、起运铁路局、终点站、终点站铁路局等。动态信息是运输过程中不断变化的信息，如货物装载状态检测信息、位置信息、作业信息等。

为了实现铁路货物装载状态的全程跟踪，需要对从装载到卸载的所有信息进行有效地整合。主要相关数据分析如表1 所示：

2.4.2 基于隶属度函数的货运装载状态跟踪

货运状态跟踪不仅依赖于车辆数量，还取决于货运信息，运输时间等。上述信息属于不同的货运子系统，货运单号信息仅表示整个运输过程，反映在货运中信息。因此，我们需要正确地将装货状态信息与运单号进行匹配，以实现散货装货状态信息的融合。这将是实现整个运输过程中货运安全综合监控和跟踪的关键。

表1 货物装载状态跟踪数据分析表

表2 货运安全检测和警报评估结果

3 应用与实施

货运站是中国的主要火车站。提高货运站的服务质量，提高货运服务水平是货运站/编组站信息化建设的一部分。因此，基于货运安全综合检测与跟踪方法，构建了铁路货运安全综合监测与跟踪物联网系统的原型系统。为了促进IOT 技术在货运站的应用，目标是实现货物检查工作的安全监控。通过整合超载不平衡负荷检测系统、轨道衡、超限检测系统、货车性能检测系统(TPDS)和铁路收发货车装载安全监控系统，以及正确报告系统、车辆管理系统、ATIS 和列车运行调度指挥系统(TDCS)四个信息系统，货运站/编组站将实现无缝连接。地勤人员应在货物检查中使用货物检查手机，然后将问题列车的记录上传到货物检查站的安全集中监控系统。在一些较小的站点区域，也可以使用无线网络建立无线局域网，以实现传感器数据的传输。最终，我们将实现对货物检查工作全过程的监控。

该系统已在一些铁路局应用。表2 显示了2016年第三季度一些铁路局的货运安全检测和警报评估结果（见表2）。

此外，我们选择了2019年第三季度的太原铁路局货运信息，以便能够基于隶属函数进行信息映射和跟踪。收集到有效整合有效信息173404 条，有效卸载信息153868 条，成功整合相关装载状态信息19208848 条，信息匹配率为90.5%。因此，基本上已经实现了货运状态跟踪的目标。