企業(yè)鐵路調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)|鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)

　　[摘要]為適應(yīng)企業(yè)鐵路運(yùn)輸各種自動(dòng)化與信息化系統(tǒng)的不斷拓廣、互連、集成以及全方位開放需求，本文提出一種用于企業(yè)鐵路運(yùn)輸指揮的智能調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)的平臺(tái)建設(shè)技術(shù)。 　　[關(guān)鍵詞]鐵路運(yùn)輸；調(diào)度指揮；無線網(wǎng)絡(luò)通訊；智能控制
　　[中圖分類號(hào)]TP319A　[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
　　[文章編號(hào)]1007-4309(2011)01-0072-2
　　
　　企業(yè)鐵路運(yùn)輸是以機(jī)車車輛等移動(dòng)設(shè)備和鐵道線路、橋梁隧道、站場等固定設(shè)備為基礎(chǔ)設(shè)備，以車站為運(yùn)輸生產(chǎn)基地的實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸?shù)凝嫶笙到y(tǒng)。在這個(gè)大系統(tǒng)中，除了有基本設(shè)備的管理和維護(hù)系統(tǒng)外，必須有一個(gè)行車組織系統(tǒng)和一套通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，以保證各個(gè)部門能協(xié)調(diào)的工作；此外還須有一套行車調(diào)度指揮系統(tǒng)，以指揮列車按計(jì)劃、安全有效地運(yùn)行。調(diào)度指揮系統(tǒng)的主要裝備就是鐵路信號(hào)系統(tǒng)。
　　企業(yè)鐵路智能調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)將鐵路調(diào)度指揮、物流、控制和信息集于一身。并以3c技術(shù)(即通信－Communiea－tion，計(jì)算機(jī)－Computer，控制－Contr01)為基礎(chǔ)使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能控制技術(shù)、現(xiàn)代物流技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、調(diào)度技術(shù)、鐵路信號(hào)技術(shù)等為一體研發(fā)的一套完全針對(duì)企業(yè)鐵路運(yùn)輸?shù)拇笮椭悄苷{(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)。
　　
　　一、系統(tǒng)總體建設(shè)框架
　　
　　平臺(tái)總體設(shè)計(jì)為分層支撐模式，為使平臺(tái)持續(xù)可擴(kuò)，以及清晰的可用性和可復(fù)用性，我們將其分為三個(gè)具有包容關(guān)系的層次模型，每層相對(duì)獨(dú)立，無嚴(yán)格的依附關(guān)系，且均為積木模塊化的組件／構(gòu)件單元構(gòu)成。上層任一單元均體現(xiàn)與相對(duì)下面層1：n的支撐關(guān)系。系統(tǒng)平臺(tái)必須從過去的單一系統(tǒng)或單一網(wǎng)絡(luò)的概念提升到跨越網(wǎng)絡(luò)透明訪問異構(gòu)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)分布計(jì)算高度。
　　基于企業(yè)鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)的分層定義，系統(tǒng)主要描述在現(xiàn)場操作人機(jī)對(duì)話層、設(shè)備／控制層及信息系統(tǒng)層中。
　　基于企業(yè)鐵路調(diào)度指揮系統(tǒng)的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)分劃，建立一個(gè)統(tǒng)一的硬件及軟件平臺(tái)體系，從而提供多類不同應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)支持。通過共性分析，可以歸納出四個(gè)軟件子平臺(tái)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)管理子平臺(tái)、可視化人機(jī)交互子平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理子平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)通訊子平臺(tái)。
　　圖中最上層為面向用戶的企業(yè)鐵路調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)的應(yīng)用程序系統(tǒng)。中間為四個(gè)子平臺(tái)層以及支持平臺(tái)建設(shè)的模塊層。模塊層可稱為中間層，由互相調(diào)用的模塊構(gòu)成矩陣形式的矩陣模塊層。圖中央的雙箭頭既代表模塊對(duì)子平臺(tái)的支持關(guān)系，又代表模塊和子平臺(tái)層對(duì)硬件平臺(tái)的支持與映射關(guān)系；圖右方處的箭頭既代表硬件平臺(tái)、模塊及子平臺(tái)層對(duì)各應(yīng)用層的支持關(guān)系，又代表應(yīng)用層對(duì)硬件平臺(tái)的支持與映射關(guān)系。
　　平臺(tái)在不同層次上體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、圖形、GUI、DBMS、OS、應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)等與當(dāng)今世界最新工業(yè)及國際標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，并考慮擴(kuò)充，從而為底層多平臺(tái)以及跨平臺(tái)(如一個(gè)網(wǎng)段上不同操作系統(tǒng)、不同GUI、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的各節(jié)點(diǎn)間)的平滑應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　
　　二、數(shù)據(jù)處理子平臺(tái)
　　
　　在物流運(yùn)輸過程中，車輛在機(jī)車的作用下，根據(jù)調(diào)度計(jì)劃不斷改變車輛的位置和車輛的狀態(tài)，實(shí)時(shí)跟蹤每一車輛運(yùn)行軌跡和狀態(tài)是該系統(tǒng)的重點(diǎn)�，F(xiàn)車數(shù)據(jù)是調(diào)度指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)大部分運(yùn)行管理數(shù)據(jù)都來源于現(xiàn)車處理；因此現(xiàn)車數(shù)據(jù)的正確與否直接關(guān)系到調(diào)度指揮系統(tǒng)能否正常運(yùn)行�，F(xiàn)車數(shù)據(jù)必須做到自動(dòng)、準(zhǔn)確、及時(shí)、安全，不僅能夠滿足系統(tǒng)需要，同時(shí)還要提供相應(yīng)的容錯(cuò)措施及數(shù)據(jù)安全保障，確保即使在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下也能夠保障數(shù)據(jù)的正確性、可靠性。
　　為了能夠更加安全、高效、準(zhǔn)確地處理現(xiàn)車數(shù)據(jù)，調(diào)度指揮系統(tǒng)采用了軟件推理的方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)車處理。系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度指揮系統(tǒng)特性和調(diào)車作業(yè)方式建立了一套調(diào)車處理邏輯推理程序。調(diào)車處理程序根據(jù)當(dāng)前站場的車輛情況和調(diào)車作業(yè)情況并采集現(xiàn)車的車輛運(yùn)行情況，通過軟件邏輯推理實(shí)時(shí)地跟蹤和推算當(dāng)前機(jī)車的位置。
　　通過現(xiàn)車自動(dòng)跟蹤處理程序，車輛所在位置和狀態(tài)，都將實(shí)時(shí)在現(xiàn)車表上顯示出來。調(diào)度可以一目了然地掌握現(xiàn)在車信息，并提供現(xiàn)在車信息和歷史車信息查詢。
　　現(xiàn)車處理以站為處理中心，負(fù)責(zé)處理在本站的所有機(jī)車和車輛的位置、物流狀態(tài)。站現(xiàn)車處理結(jié)果在本地和中心服務(wù)器進(jìn)行保存�，F(xiàn)車表數(shù)據(jù)在不同地方的磁盤中存儲(chǔ)符合了國家對(duì)一類設(shè)備數(shù)據(jù)不得在同一地方存儲(chǔ)這一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　每一車站建立現(xiàn)車處理工作機(jī)，現(xiàn)車處理工作機(jī)分別接收來自本站行調(diào)工作站的調(diào)車計(jì)劃和站接El機(jī)中的計(jì)劃完成情況自動(dòng)對(duì)現(xiàn)車進(jìn)行跟蹤處理(勾勾清)。
　　現(xiàn)車處理核心具有友好的人機(jī)接口界面。用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行人工干預(yù)現(xiàn)車處理核心程序的自動(dòng)跟蹤情況。人工干預(yù)和自動(dòng)處理不會(huì)出現(xiàn)疊加，不會(huì)造成運(yùn)量的重復(fù)計(jì)算等。
　　
　　三、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)
　　
　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)以高可靠性、高集成性和高性能運(yùn)行為準(zhǔn)則。高可靠性是基本要素；高集成性體現(xiàn)系統(tǒng)不同分布系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(實(shí)時(shí)與歷史庫)的互連共享：高效能則要能體現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)觸發(fā)的高效率。
　　系統(tǒng)采用了先進(jìn)的本地鏡像緩存數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過該技術(shù)將需要交換的數(shù)據(jù)直接鏡像到本地服務(wù)器中，本地服務(wù)器需要同其他服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)只需同本地的鏡像數(shù)據(jù)進(jìn)行直接交互從而完成服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。本地和其他服務(wù)器中的鏡像緩存程序自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，保持本地鏡像數(shù)據(jù)同遠(yuǎn)程服務(wù)器中的數(shù)據(jù)相同。
　　本地鏡像數(shù)據(jù)緩存不同于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器鏡像，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器鏡像一般指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在另外一臺(tái)服務(wù)器上建立一個(gè)完全相同的數(shù)據(jù)庫，包括了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。本地鏡像數(shù)據(jù)緩存是在另外的服務(wù)器上建立一個(gè)同自己相同的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。它可以是數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)又可以不是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，根據(jù)具體的應(yīng)用而定。本地鏡像數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)程序的系統(tǒng)開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鏡像數(shù)據(jù)庫的開銷，數(shù)據(jù)交換靈活快捷，占用網(wǎng)絡(luò)資源非常少。
　　本地鏡像數(shù)據(jù)緩存技術(shù)將本來需要在遠(yuǎn)程交換的數(shù)據(jù)在本地鏡像，不同服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行交換，這樣即使通訊出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍可以正常使用，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)時(shí)，鏡像程序自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，保持?jǐn)?shù)據(jù)同步。
　　在本地鏡像數(shù)據(jù)緩存應(yīng)用程序中引入路由技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某一通訊鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)用程序會(huì)根據(jù)設(shè)置的路由列表找到一條可以到達(dá)的進(jìn)路建立通訊。路由技術(shù)在本地鏡像緩存應(yīng)用程序中的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的可靠性，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，特別適合在不完全可靠的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中通訊。
　　本地鏡像數(shù)據(jù)緩存技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的過分依賴，提高了數(shù)據(jù)的安全可靠性。
　　
　　四、可視化人機(jī)交互平臺(tái)
　　
　　此平臺(tái)建立在兩個(gè)層面上，一是基于任務(wù)的流程管理；二是基于對(duì)象的單元管理。兩者的更高層次的組合形成可電化人機(jī)交互平臺(tái)。此舉體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮倪壿嬇c過程一體化軟件工程，即過程的實(shí)現(xiàn)是對(duì)企業(yè)鐵路運(yùn)輸控制的可視化方式的集體映射。
　　工礦企業(yè)大部分調(diào)度是由調(diào)車員晉升上來的，文化程度普遍不高，大部分調(diào)度對(duì)計(jì)算機(jī)了解很少，對(duì)計(jì)算機(jī)操作十分陌 生。為此人機(jī)界面的設(shè)計(jì)必須做到人性化、形象化的設(shè)計(jì)，特別在信息錄入中，盡力避免文字的輸入，在保證信息完整的前提下，越簡單越好，這一問題直接關(guān)系此系統(tǒng)的使用情況。
　　本系統(tǒng)可視化人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)完全做到人性化、形象化設(shè)計(jì)，所有信息輸入口，都不需要操作員打字，操作簡單、快捷。
　　
　　五、網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)
　　
　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)由有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，有線網(wǎng)絡(luò)的主干通過光纖進(jìn)行連接，一個(gè)三層交換機(jī)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)通過本子網(wǎng)的兩層交換機(jī)通訊。無線網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器做網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)和有線網(wǎng)絡(luò)通信。
　　其中，無線網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最有技術(shù)特色的地方。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所采用的無線網(wǎng)絡(luò)是基于2.4G的多跳無線網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)傳輸速率最大可達(dá)11Mbp，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的大量音頻、視頻、數(shù)據(jù)傳輸。(2)完全兼容XEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)。(3)通訊范圍較大，最大直線通訊距離為5公里，可用于大范圍的無線通訊。(4)采用2，4G直序擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。(5)無需申請(qǐng)頻點(diǎn)。(6)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性非常好，網(wǎng)絡(luò)終端可在高速移動(dòng)狀態(tài)下(例如：時(shí)速80公里)，仍可保持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。(7)采用全天候防水、防塵密封設(shè)計(jì)，擁有超強(qiáng)的免維護(hù)性，可以在惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行。(8)助提供64位、128位和256位WFI’加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)安全。(9)通訊設(shè)備較小，可以采用太陽能電池供電，便于攜帶安裝。(10)消除了蜂窩塔和大型基站：網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備都可直接通信，或者通過網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)而連接到其他設(shè)備。這種網(wǎng)絡(luò)避免了建造昂貴的蜂窩塔，也避免了由于通訊鏈路集中而造成的傳輸瓶頸，提高了傳輸速率；最重要的是該系統(tǒng)也避免了由于單點(diǎn)故障而造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的隱患。(11)自行組網(wǎng)功能：系統(tǒng)中任何一個(gè)通訊設(shè)備在打開電源后，將自動(dòng)搜尋、發(fā)現(xiàn)和加入現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，各通訊設(shè)備間的路由和通訊鏈路自動(dòng)形成。并且，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以在任何地點(diǎn)，只通過網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備迅速地建立通訊鏈路，從而使網(wǎng)絡(luò)終端之間可以互相通訊。
　　
　　六、結(jié)束語
　　
　　本系統(tǒng)是結(jié)合了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、智能控制技術(shù)、現(xiàn)代物流技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、調(diào)度技術(shù)、鐵路信號(hào)等技術(shù)的企業(yè)鐵路調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng)。本系統(tǒng)使整個(gè)鐵路運(yùn)輸在可控的狀態(tài)下進(jìn)行，提高了作業(yè)效率和安全性，降低工作強(qiáng)度，展示了企業(yè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的先進(jìn)水平，是個(gè)比較成功的應(yīng)用實(shí)例。

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