鐵路運(yùn)輸是我國各種運(yùn)輸方式中的主力，實(shí)現(xiàn)鐵路列車在途信息實(shí)時(shí)管理是列車必然的發(fā)展方向。鐵路信息化發(fā)展趨勢是掌握列車運(yùn)行中內(nèi)部的各種信息，如列車車廂運(yùn)行狀態(tài)、列車溫度、載重程度、列車濕度等。鐵路運(yùn)輸具有分布地域廣、實(shí)時(shí)性信息要求精確度高等特點(diǎn)。列車巡檢智能管理系統(tǒng)的引入將大大提高在途列車信息的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，從而提高列車管理部門的管理水平和工作效率。
1 系統(tǒng)功能及組成
列車運(yùn)行時(shí)無法與車站控制臺實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，車站控制臺不能得到列車運(yùn)行時(shí)的信息，給車站管理人員帶來了極大的不便。巡檢管理系統(tǒng)采用巡更技術(shù)，可以記錄列車運(yùn)行時(shí)的信息，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸，將信息發(fā)送至車站控制臺，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，提高控制臺的管理能力。巡檢智能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1，檢測設(shè)備對列車進(jìn)行定時(shí)檢測，并將檢測結(jié)果傳輸至巡更系統(tǒng)中的信息紐扣中，巡更員使用巡更棒獲取信息，再發(fā)送至車站控制臺。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 檢測設(shè)備
檢測設(shè)備由重量傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、測速傳感器4部分組成。
2．1．1 重量傳感器：將壓力形變測重傳感器安裝在車體與行走部之間，傳感器將重力轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)放大及過濾處理后，傳輸至信息鈕扣。
2．1．2 溫度傳感器：溫度傳感器采用熱電偶式設(shè)計(jì)。熱電偶由2種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套，使用方便。將2種不同材料的導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的2個(gè)執(zhí)著點(diǎn)I和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個(gè)電流，傳輸至信息鈕扣。
2．1．3 濕度傳感器：濕度傳感器主要由濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路2部分組成。濕敏電容由玻璃底襯、下電極、濕敏材料、上電極4部分組成。2個(gè)下電極與濕敏材料、上電極構(gòu)成2個(gè)電容串聯(lián)連接。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對濕度變化而變化：當(dāng)環(huán)境相對濕度增大時(shí)，濕敏電容隨之增大；反之減小。傳感器轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓變化，對應(yīng)于相對濕度0～100％RH的變化，傳感器的輸出呈0～1 V的線性變化，并傳輸至信息鈕扣。
2．1．4 測速傳感器：在機(jī)車車軸上安裝激光發(fā)射及感應(yīng)裝置，在輪對相應(yīng)的位置上安裝反射鏡，通過計(jì)算列車運(yùn)行時(shí)車輪每秒轉(zhuǎn)次W，從而根據(jù)V=W·2π·R 計(jì)算出列車運(yùn)行速度，其中r為輪對半徑。
2．2 巡更系統(tǒng)
該系統(tǒng)由信息鈕扣(iButton)、巡更棒、通信座、列車長專用PC(系統(tǒng)管理軟件)4部分組成，如圖1。在每個(gè)巡更點(diǎn)設(shè)置一個(gè)信息鈕扣，信息鈕扣中存儲了該點(diǎn)的檢測設(shè)備的檢測信息；巡更員手持不銹鋼巡更棒，到達(dá)巡更點(diǎn)時(shí)只需用巡更棒接觸嵌在車上的信息鈕扣，就可以把到達(dá)該巡更點(diǎn)的時(shí)間、檢測信息等數(shù)據(jù)自動記錄在巡更棒上。巡更員完成巡更后，把巡更棒插入通信座，將所有巡更記錄傳送到列車長專用PC，系統(tǒng)管理軟件立即顯示出該巡更員巡更的路線、到達(dá)每個(gè)巡更點(diǎn)的時(shí)間和名稱及漏查的巡更點(diǎn)，并按照要求生成巡更報(bào)告。
2．2．1 信息鈕扣
信息鈕扣是一個(gè)直徑為16 mm左右的微型計(jì)算機(jī)晶片，具有雙向通信功能，數(shù)據(jù)傳輸使用獨(dú)特的單總線協(xié)議。信息鈕扣一端通過數(shù)據(jù)線與檢測設(shè)備連接，另一端接地。信息鈕扣同巡更棒的信息傳輸僅需短暫接觸即可完成，最高傳輸速率可達(dá)126 kb／s。在信息鈕扣晶片上刻有8位數(shù)字，為其獨(dú)一無二的編號，使用激光工藝，可永久保留，并加保護(hù)層，使其不可更改、偽造。信息鈕扣的關(guān)鍵部件硅晶片被封裝在不銹鋼防護(hù)殼中，這使它具有超強(qiáng)的抗沖擊、防腐蝕、防靜電、防水、防磨擦、防干擾等性能，極大地提高數(shù)據(jù)的安全性，延長了信息鈕扣的使用壽命。信息鈕扣工作黃金溫度為-o～+55℃。硅晶片內(nèi)部使用先進(jìn)的防靜電電路，使其能承受6 000 V的靜電而確保硬件本身及保存數(shù)據(jù)完好無損。
2．2．2 巡更棒
巡更棒是對巡更員及巡更過程進(jìn)行記錄和管理的工具。采用嵌入式技術(shù)，可存儲2 000條巡更記錄，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘和個(gè)人身份信息。該巡更棒像普通手持電筒，在握把處設(shè)計(jì)了2個(gè)按鈕，顏色分別為紅、綠2種標(biāo)準(zhǔn)色。正常情況，按下綠色按鈕，巡更棒處于休眠狀態(tài)；按下紅色按鈕，讀取巡更信息。巡更棒采用大容量充電電池供電，要求體積盡可能小，便于攜帶，所以要選擇功耗小、體積小、集成度高的器件。巡更棒使用DS1302時(shí)鐘芯片作為系統(tǒng)時(shí)鐘。該芯片通過程序設(shè)定和提供年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等時(shí)間參數(shù)，有2個(gè)電源，一主一備，備用電源可接鋰電池，對電池進(jìn)行充電。當(dāng)主電源斷開時(shí)，可自動切換備用電源而保證時(shí)間數(shù)據(jù)不丟失。巡更棒工作電壓范圍5～215 V，具有簡單的總線串行接口，本系統(tǒng)采用9 V電池供電，通過LM293l穩(wěn)壓至5 V工作電壓。當(dāng)輸入端LM降至513 V時(shí)，輸出端仍有5 V，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于LM7805。巡更棒的信息最終要傳給列車長專用PC進(jìn)行管理。由于列車長專用PC采用RS232協(xié)議，在此設(shè)計(jì)了通訊座，將RS232電平轉(zhuǎn)換成TrL電平，使用89C205l的串行通訊功能與列車長專用PC交換數(shù)據(jù)。
2．2．3 通信座
通信座實(shí)現(xiàn)巡更棒和列車長專用PC的互連，進(jìn)行各種設(shè)置操作和數(shù)據(jù)通訊，具體包括：將巡更棒中的數(shù)據(jù)上傳至列車長專用PC，清空巡更棒中的數(shù)據(jù)，設(shè)置巡更棒的內(nèi)部時(shí)問和設(shè)置巡更棒讀取同一信息鈕扣的最小時(shí)間間隔等。通信座還可以實(shí)現(xiàn)巡更棒的電量測量，提示用戶及時(shí)充電或更換電池。通信座在通電、通訊和測電狀態(tài)下均有LED燈進(jìn)行狀態(tài)指示。和通信座配套的還有一個(gè)36 V交流到5 V直流的電源轉(zhuǎn)換器和可以直接插入列車專用電源的36 v、50 Hz的電源，為通信座充電，以及一根串口通訊線，用手通信座與列車長專用PC的串口通訊。
2．2．4 列車長專用PC
列車長專用PC為筆記本電腦，裝有列車巡檢系統(tǒng)軟件，并帶有2個(gè)RS232串口：第1個(gè)RS232串口連接通信座，實(shí)現(xiàn)巡更棒與PC之問的數(shù)據(jù)傳輸；第2個(gè)RS232串口與無線上網(wǎng)模塊(該模塊具有斷點(diǎn)續(xù)傳功能)相連，通過移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸至移動公司中的服務(wù)器。
2．3 控制臺系統(tǒng)
控制臺系統(tǒng)由GPRS服務(wù)器和車站控制臺2部分組成。
2．3．1 GPRS服務(wù)器：該服務(wù)器安放在移動公司中，接收由GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的信息，在服務(wù)器中保存并通過鐵路專用網(wǎng)傳輸至車站控制臺，功能是實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)與鐵路專用網(wǎng)之間的通信。
2．3．2 車站控制臺：車站控制臺電腦中安裝巡檢系統(tǒng)后，接收GPRS服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?？刂婆_操作員僅需輸入列車車次，便可查詢該列車長最后一次發(fā)出的信息，同時(shí)也可查閱列車長此前發(fā)出的信息。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)操作軟件分為列車長版本和控制臺版本2種。
3．1 列車長版本
該版本主要特點(diǎn)是接受巡更棒傳輸?shù)男畔?，通過GPRS模塊將該信息傳輸出去。系統(tǒng)讀取巡更棒中信息后，將各項(xiàng)信息顯示在主界面中，如圖2。界面中還設(shè)置“應(yīng)急報(bào)告”版塊，列車長將途中的突發(fā)事件及不安全隱患記錄在該板塊，最后連同其他信息一同發(fā)送至控制臺。該版本除“應(yīng)急報(bào)告”版塊為手寫輸入外，其余信息均來自巡更棒，不可改動．
圖2 列車巡檢智能管理系統(tǒng)系統(tǒng)界面(列車長版本)
3．2 控制臺版本
該版本與列車長版本界面基本相似，但由于其功能僅是查詢各項(xiàng)信息，所以缺少圖2中“發(fā)送”、“取消”及“重新錄入”3個(gè)功能鍵，并將“發(fā)送”功能鍵改為“查詢”功能鍵。該版本中的“車次”、“列車長”可手寫輸入，方便查詢。
4 結(jié)束語
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已使鐵路再次成為朝陽工業(yè)。以高技術(shù)武裝起來的新一代鐵路技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高速度、高效率、高可靠性和低成本。將巡更系統(tǒng)與GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸融為一體的在途巡檢系統(tǒng)，為鐵路管理系統(tǒng)提供了信息技術(shù)支持。
作者簡介：戶國(1983-) 林松原人，蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院 碩士研究生，主要從事交通信息工程及控制研究
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