企业铁路调度指挥综合信息系统设计技术

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　　[摘要]为适应企业铁路运输各种自动化与信息化系统的不断拓广、互连、集成以及全方位开放需求，本文提出一种用于企业铁路运输指挥的智能调度指挥综合信息系统的平台建设技术。
　　[关键词]铁路运输；调度指挥；无线网络通讯；智能控制
　　[中图分类号]TP319A　[文献标识码]A
　　[文章编号]1007-4309(2011)01-0072-2
　　
　　企业铁路运输是以机车车辆等移动设备和铁道线路、桥梁隧道、站场等固定设备为基础设备，以车站为运输生产基地的实现货物运输的庞大系统。在这个大系统中，除了有基本设备的管理和维护系统外，必须有一个行车组织系统和一套通讯联络系统，以保证各个部门能协调的工作；此外还须有一套行车调度指挥系统，以指挥列车按计划、安全有效地运行。调度指挥系统的主要装备就是铁路信号系统。
　　企业铁路智能调度指挥综合信息系统将铁路调度指挥、物流、控制和信息集于一身。并以3c技术(即通信－Communiea－tion，计算机－Computer，控制－Contr01)为基础使用先进的计算机技术、无线网络通讯技术、智能控制技术、现代物流技术、数据库技术、调度技术、铁路信号技术等为一体研发的一套完全针对企业铁路运输的大型智能调度指挥综合信息系统。
　　
　　一、系统总体建设框架
　　
　　平台总体设计为分层支撑模式，为使平台持续可扩，以及清晰的可用性和可复用性，我们将其分为三个具有包容关系的层次模型，每层相对独立，无严格的依附关系，且均为积木模块化的组件／构件单元构成。上层任一单元均体现与相对下面层1：n的支撑关系。系统平台必须从过去的单一系统或单一网络的概念提升到跨越网络透明访问异构设备的网络分布计算高度。
　　基于企业铁路调度指挥系统的分层定义，系统主要描述在现场操作人机对话层、设备／控制层及信息系统层中。
　　基于企业铁路调度指挥系统的应用与网络分划，建立一个统一的硬件及软件平台体系，从而提供多类不同应用系统的技术支持。通过共性分析，可以归纳出四个软件子平台结构：数据管理子平台、可视化人机交互子平台、数据处理子平台以及网络通讯子平台。
　　图中最上层为面向用户的企业铁路调度指挥综合信息系统的应用程序系统。中间为四个子平台层以及支持平台建设的模块层。模块层可称为中间层，由互相调用的模块构成矩阵形式的矩阵模块层。图中央的双箭头既代表模块对子平台的支持关系，又代表模块和子平台层对硬件平台的支持与映射关系；图右方处的箭头既代表硬件平台、模块及子平台层对各应用层的支持关系，又代表应用层对硬件平台的支持与映射关系。
　　平台在不同层次上体现网络、图形、GUI、DBMS、OS、应用系统构架技术等与当今世界最新工业及国际标准相适应，并考虑扩充，从而为底层多平台以及跨平台(如一个网段上不同操作系统、不同GUI、异构数据库的各节点间)的平滑应用奠定基础。
　　
　　二、数据处理子平台
　　
　　在物流运输过程中，车辆在机车的作用下，根据调度计划不断改变车辆的位置和车辆的状态，实时跟踪每一车辆运行轨迹和状态是该系统的重点。现车数据是调度指挥系统的基础数据，系统大部分运行管理数据都来源于现车处理；因此现车数据的正确与否直接关系到调度指挥系统能否正常运行。现车数据必须做到自动、准确、及时、安全，不仅能够满足系统需要，同时还要提供相应的容错措施及数据安全保障，确保即使在系统出现故障的情况下也能够保障数据的正确性、可靠性。
　　为了能够更加安全、高效、准确地处理现车数据，调度指挥系统采用了软件推理的方式实现现车处理。系统根据调度指挥系统特性和调车作业方式建立了一套调车处理逻辑推理程序。调车处理程序根据当前站场的车辆情况和调车作业情况并采集现车的车辆运行情况，通过软件逻辑推理实时地跟踪和推算当前机车的位置。
　　通过现车自动跟踪处理程序，车辆所在位置和状态，都将实时在现车表上显示出来。调度可以一目了然地掌握现在车信息，并提供现在车信息和历史车信息查询。
　　现车处理以站为处理中心，负责处理在本站的所有机车和车辆的位置、物流状态。站现车处理结果在本地和中心服务器进行保存。现车表数据在不同地方的磁盘中存储符合了国家对一类设备数据不得在同一地方存储这一技术标准。
　　每一车站建立现车处理工作机，现车处理工作机分别接收来自本站行调工作站的调车计划和站接El机中的计划完成情况自动对现车进行跟踪处理(勾勾清)。
　　现车处理核心具有友好的人机接口界面。用户可以根据需要进行人工干预现车处理核心程序的自动跟踪情况。人工干预和自动处理不会出现叠加，不会造成运量的重复计算等。
　　
　　三、数据管理平台
　　
　　本系统的数据管理平台设计以高可靠性、高集成性和高性能运行为准则。高可靠性是基本要素；高集成性体现系统不同分布系统异构数据库(实时与历史库)的互连共享：高效能则要能体现数据访问、存储、动态触发的高效率。
　　系统采用了先进的本地镜像缓存数据库技术，通过该技术将需要交换的数据直接镜像到本地服务器中，本地服务器需要同其他服务器进行数据交换时只需同本地的镜像数据进行直接交互从而完成服务器之间的数据交换。本地和其他服务器中的镜像缓存程序自动进行数据刷新，保持本地镜像数据同远程服务器中的数据相同。
　　本地镜像数据缓存不同于数据库服务器镜像，数据库服务器镜像一般指数据库系统在另外一台服务器上建立一个完全相同的数据库，包括了数据库系统的所有数据。本地镜像数据缓存是在另外的服务器上建立一个同自己相同的数据缓存区。它可以是数据中的数据又可以不是数据库中的数据，根据具体的应用而定。本地镜像数据缓存数据程序的系统开销远远小于镜像数据库的开销，数据交换灵活快捷，占用网络资源非常少。
　　本地镜像数据缓存技术将本来需要在远程交换的数据在本地镜像，不同服务器之间的数据在本地进行交换，这样即使通讯出现故障时系统仍可以正常使用，当网络故障恢复时，镜像程序自动进行数据交换，保持数据同步。
　　在本地镜像数据缓存应用程序中引入路由技术，当网络中的某一通讯链路出现故障时，应用程序会根据设置的路由列表找到一条可以到达的进路建立通讯。路由技术在本地镜像缓存应用程序中的应用，提高了系统的可靠性，屏蔽了网络的复杂性，特别适合在不完全可靠的复杂网络中通讯。
　　本地镜像数据缓存技术的应用很好地解决了系统对网络的过分依赖，提高了数据的安全可靠性。
　　
　　四、可视化人机交互平台
　　
　　此平台建立在两个层面上，一是基于任务的流程管理；二是基于对象的单元管理。两者的更高层次的组合形成可电化人机交互平台。此举体现了面向对象的逻辑与过程一体化软件工程，即过程的实现是对企业铁路运输控制的可视化方式的集体映射。
　　工矿企业大部分调度是由调车员晋升上来的，文化程度普遍不高，大部分调度对计算机了解很少，对计算机操作十分陌

生。为此人机界面的设计必须做到人性化、形象化的设计，特别在信息录入中，尽力避免文字的输入，在保证信息完整的前提下，越简单越好，这一问题直接关系此系统的使用情况。
　　本系统可视化人机交互界面的设计完全做到人性化、形象化设计，所有信息输入口，都不需要操作员打字，操作简单、快捷。
　　
　　五、网络通信平台
　　
　　整个网络通信平台由有线网络和无线网络两部分组成，有线网络的主干通过光纤进行连接，一个三层交换机将整个网络分为多个子网，每个子网通过本子网的两层交换机通讯。无线网络通过无线网络管理服务器做网关，负责和有线网络通信。
　　其中，无线网络是整个网络中最有技术特色的地方。因为本系统所采用的无线网络是基于2.4G的多跳无线网络。此网络具有如下的优点：
　　(1)传输速率最大可达11Mbp，可进行实时的大量音频、视频、数据传输。(2)完全兼容XEEE802.11b标准。(3)通讯范围较大，最大直线通讯距离为5公里，可用于大范围的无线通讯。(4)采用2，4G直序扩频技术(DSSS)，具有很强的抗干扰能力。(5)无需申请频点。(6)网络的移动性非常好，网络终端可在高速移动状态下(例如：时速80公里)，仍可保持较高的数据传输速率。(7)采用全天候防水、防尘密封设计，拥有超强的免维护性，可以在恶劣的环境下长期稳定运行。(8)助提供64位、128位和256位WFI’加密技术，确保数据安全。(9)通讯设备较小，可以采用太阳能电池供电，便于携带安装。(10)消除了蜂窝塔和大型基站：网络中的每台设备都可直接通信，或者通过网络的转发而连接到其他设备。这种网络避免了建造昂贵的蜂窝塔，也避免了由于通讯链路集中而造成的传输瓶颈，提高了传输速率；最重要的是该系统也避免了由于单点故障而造成整个网络瘫痪的隐患。(11)自行组网功能：系统中任何一个通讯设备在打开电源后，将自动搜寻、发现和加入现有的网络，各通讯设备间的路由和通讯链路自动形成。并且，该网络系统可以在任何地点，只通过网络终端设备迅速地建立通讯链路，从而使网络终端之间可以互相通讯。
　　
　　六、结束语
　　
　　本系统是结合了先进的计算机技术、无线网络通讯技术、智能控制技术、现代物流技术、数据库技术、调度技术、铁路信号等技术的企业铁路调度指挥综合信息系统。本系统使整个铁路运输在可控的状态下进行，提高了作业效率和安全性，降低工作强度，展示了企业铁路运输系统的先进水平，是个比较成功的应用实例。

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