1概述

物联网（Internet of Things）是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

莱钢运输部通过应用物联网技术，以物联网概念为支撑，利用先进的数字通信、计算机、自动控制、射频识别等技术，实现对铁路运输的实时控制与智能化管理。通过对现有技术资源的整合和优化，创建了“铁路信号微机联锁系统+车号自动识别系统+铁路运输管理信息系统+机车移动终端系统+企业内部局域网”的铁路运输物联网模式。其中的机车移动终端系统能及时确定机车、车辆的具体位置和运行状态，以及线路的空闲或占用状态，从而指导调车作业计划的安排和执行，指导机车乘务人员的操作和安全预控，实现对机车、车辆的快速调度。

2机车移动终端系统的设计与实现

2.1技术方案

2.1.1系统功能及总体结构

机车移动终端系统设计主要实现以下功能：（1）确定机车、车辆的具体位置和工作状态，以及线路的空闲或占用状态，并在机车上设置信息终端予以显示；（2）将机车车辆移动的目标位置、时间、状态等信息在各级铁路运输监控中心共享；（3）列车运行所在区域的信号平面示意图在机车上显示，实现动态跟踪显示；（4）实现防冒进信号语音警示；（5）实现机车运行速度超过限制速度时语音提示和报警；（6）实现列车进入小于指定的安全距离和有车股道时，进行语音报警提示；（7）实现车上自动接收和打印调车作业计划单。

为实现系统设计功能，在机车上安装了信息终端，并实现信号楼与机车间的无线通信。系统结构见图1。


2.1.2系统层次结构和数据流向

根据物联网概念体系有关理论，将铁路运输物联网系统按照物联网结构层次，划分为物体全面感知层、信息采集传输层、综合应用管理层3个层面进行系统规划，并设计各层面关系（见图2）。


图3为综合应用管理层各系统之间的数据信息交换原理。


2.1.3系统应用

机车移动终端系统是联系铁路信号微机联锁系统和铁路运输管理系统的纽带，分为地面中央处理系统和车载移动信息终端两部分，通过动态采集轨道电路、信号机、地面应答器等设备的数据信息，经过处理和运算，实现对机车及列车的实时跟踪、监控和预警，并在机车上设置信息终端以实现乘务员与本物联网之间的交互。

地面中央处理系统主要包括双机热备系统、UPS电源、串口切换盒、地面采集系统、数传电台及天线等。地面中央处理系统是数据集合和分析的枢纽，也是地面与机车建立无线通信的网络核心（见图4）。


车载移动信息终端由车载主机、电子标签阅读器、数传电台、车载数传电台接收器、机车工况数据采集仪、液晶显示屏、操作用小键盘、微型热敏打印机、录音话筒等主要设备组成（见图5）。


2.2功能实现

2.2.1

机车及列车动态跟踪、定位和监控

结合地面应答器，采用无线射频技术辅助机车位置定位。当机车越过安装在轨道中心的某一地面应答器时，会收到应答器发出的射频信息，以此信息在应答器、联锁区段位置、信号机对应关系表中查找到对应的轨道区段和信号机，并结合机车工况、联锁区段状态、区段长度、信号机、调车作业计划等数据信息，利用创建的机车及列车动态跟踪和定位算法，确定机车在站场中的精确位置，进一步校准机车及列车在站场上的定位。

2.2.2车载显示器上动态显示信号平面示意图

通过无线传输方式接收地面中央处理系统发送的站场画面、进路排列、信号机状态、轨道电路、电动转辙机等动态信息，经过处理后在车载显示器上显示出来。站场动态画面中红色圆点代表当前机车及列车行驶方向的头部，黄色粗线代表机车所挂车辆的长度，与区段长度成比例。为适应系统控制需要，设计站场画面随当前机车的移动进行动态地移动（见图6）。


2.2.3机车调车作业安全警示

通过无线通信，车载移动终端系统自动获取列车行进方向信号机的状态信息，并进行动态显示和语音提示。当发生列车越过站场规定的停车点（一度停车位、分区点、站界等），运行速度超过电动转辙机、线路、特殊车辆等允许的最高速度，以及连挂作业时超过连挂作业允许的最高速度等情况时，自动发出语音预警提示乘务人员。