李天贺，郑伟平

（1.黑龙江省大庆实验中学，大庆 163316；2.广州海格通信集团股份有限公司，广州 510663）

基于北斗的铁路运输监控系统

李天贺1，郑伟平2

（1.黑龙江省大庆实验中学，大庆 163316；2.广州海格通信集团股份有限公司，广州 510663）

1　引言

当前全球范围内铁路服务需求的增加，给现有的铁路运输能力和基础设施带来前所未有的压力。目前，我国铁路完成的货物周转量、换算周转量居世界第一位。

然而，日益增加的货物运输量需求与传统的业务流程（人工为主）之间的矛盾越来越突出。目前铁路货物运输急需解决的几个方面主要表现为：货物监控难，丢失严重，响应时间长；物流跟踪定位难；现有设备、车辆改造难；物流信息化程度低。

2　总体方案设计

基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台是以现代电子计算机软、硬件技术为支撑，以北斗卫星通信技术、无线通信网络技术为基础，并依托地方交通运输行业运输调度网络，构建的铁路高附加值货物运输位置服务平台。

图1　基于北斗导航的高附加值货物运输全程定位追踪系统架构图

2.1系统架构图

2.2综合监管层

通过公共服务层的应用展示，铁道部货运调度管理部门对管辖范围内的物资运输业务情况进行实时监管、统一指挥与评估研判，对各级单位开展业务指导与监督检查。铁道部货运调度、各路局货运调度处对所辖范围内的物资运输情况进行实时监管与调度指挥，发生突发事件时立即上报相关机构，同时启动应急响应机制。其他相关授权部门及用户，通过访问获取铁路物资运输业务的相关信息，为铁路高附加值货物管理机构提供必要的支持，提升铁路高附加值货物管理运行效率，保障铁路高附加值货物运输安全、稳定、可视。

2.3公共服务层

公共服务层主要包括决策人员、管理人员、押运人员和授权人员。通过业务应用层提供的各项数据与服务，对铁路高附加值货物运输质量进行定性与定量化分析，辅助相关押运人员开展运输、装备管理等业务，相关授权人员通过信息接口访问所需资源，实现决策人员和管理人员对铁路高附加值货物运输的监管与指挥，最终建立“需求导向、协同规划”的公共服务机制。

2.4业务应用层

业务应用层针对铁路高附加值货物运输监控需求，基于应用软件支撑层、硬件支撑层提供的技术基础，形成基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台。

在铁道部、各铁路局部署基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪服务平台和应用平台，平台建设包括铁路高附加值货物运输定位追踪服务系统、铁路高附加值货物运输定位追踪管理系统及其它与铁路相关信息系统接口，如电子确报、电子货票、保价与事故处理等，应用软件与其数据交换系统，包括部分软件的升级。系统结合软硬件开发技术、系统集成技术，实现各个系统技术、业务的深入整合，建成基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台，实现各级指挥监控中心对铁路高附加值货物运输安全态势的整体把控，并对押运过程中事件的及时处置和风险防范，提高铁路高附加值货物运输效率和安全保障能力。

2.5应用软件支撑层

应用软件支撑层主要由各种标准软件和定制应用系统构成，通过数据集成整合技术，满足基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台所需的各类软件技术。具体包括：

（1）大型数据库

根据基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台的业务特征和容量需求，建立在铁道部货运调度中心总指挥中心、各路局货运调度处指挥监控分中心，选用具有性能高、数据安全性强、运行速度快等特点的大型数据库，以满足铁道部和各路局海量数据存储需要。

（2）存储检索引擎

存储检索引擎是基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台存储机制和检索机制的独立实现。依据基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台的业务处理模型和基础数据，基于联机业务处理技术与数据挖掘技术，根据货运物资运输的具体数据特征，存储检索引擎对存储数据与检索引擎进行管理，提升存储和检索效率，针对海量业务数据进行分析，数据分析软件生成多维度统计信息，从而动态显示各路局运行情况，辅助管理人员制定决策。

（3）北斗位置服务

基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台所需要的位置服务应是适应全天候、室内外、野外等多种环境下的综合位置服务，应采用自主安全可控的定位技术。

系统提供的位置服务是以北斗位置服务为基础，结合GPS和GPRS基站定位等位置服务数据，为基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台和各系统提供统一的位置服务。

（4）数字地图

数字地图技术通过建立全国铁路货运运输数据与地理信息数据库，直观、形象地展示各地区铁路物资运输过程动态信息，实现铁路高附加值货物运输管理、指挥监控数字化运营的目标。

（5）智能报表系统

智能报表系统根据业务报表生成规则和数据分中心的业务数据，提供多种格式报表的生成、打印和导出。

（6）权限管理

采用支持细粒度数据流管控的系列安全软件实现平台和服务的权限管理。根据基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台用户特征，划分为三类权限体系，分别为系统业务管理操作权限、行政管理操作权限和系统运维权限，并保持三种权限体系相互独立。

（7）加密解密

加解密技术是保证铁路高附加值货物运输指挥网络、信息安全的核心技术，是一种主动的信息安全防范措施。基于北斗/GPS/GPRS通信智能加密技术和无线传感网络数据传输对称密钥加密技术，将明文转换成不可理解的密文，阻止非法用户获取和理解原始数据，通过无线网络传输，由解密软件将密文转换成明文到达用户，从而确保数据的保密性。

2.6硬件支撑层

铁路货物运输业务需要在复杂的地理、业务环境下进行，为了保证传递过程中无线传感设备采集到的数据实时准确快速交互，需要研发安全性高、稳定性强的硬件设备。针对基于卫星的高附加值货物运输全程定位追踪平台建设要求，结合各个位置服务中心的建设需求，业务的运行需要硬件设备作为支撑，具体包括感知类硬件和应用类硬件两部分。主要特点如下所示：

（1）感知类硬件

感知类硬件具有智能感知铁路物资及周边环境的功能，主要包括Mesh监控节点、北斗智能终端及多功能手持设备。

Mesh监控模块节点主要一方面用于对不规则物资绑定后的状态信息进行运输实时监控；另一方面用于在车厢间建立无线多跳自组网，保证不规则物资的状态信息可以实时传输至北斗智能终端。

车载北斗智能终端主要用于铁路物资运输，具有定位、位置监控、收发短信、报警求救等功能、用于接收Mesh监控节点及多功能手持设备收集采集的监控信息，并通过北斗卫星上报到监控中心。

多功能手持设备设备用于押运人员对运输货物的实时状态感知及应急通信。

（2）应用类硬件

应用类硬件主要包括服务器、操作终端、显示屏等硬件设备。其中数据分中心的服务器主要分为文件服务器、数据服务器和应用服务器，通过与计算机操作终端等设备的结合运用，实现对网络传输信息的筛选、计算、分析与处理，以及海量数据的存储。各数据分中心分别设置大屏幕显示墙，实时显示所辖区域的业务运营情况。

2.7基础设施层

基础设施层主要包括内部网络、业务信息采集点、移动通信网络和北斗卫星导航网络，提供平台运行所必需的基础设施环境与条件，支撑和保证应用模型及架构正常运转和管理。

基于无线传感器与智能加密技术，信息采集点通过北斗短报文或GPRS通信网络，将感知与采集的铁路高附加值货物押送业务数据传输至内部网络，从而为后续业务提供数据基础。内部网络主要实现内网各服务器、操作终端的数据交换，同时设置预留接口，为Web Service接口与资源寻址提供服务基础，同时提高系统的扩展性。

3　结束语

为此，本项目提出，建成以北斗卫星位置和通信服务为基础的铁路高附加值货物智能跟踪定位综合服务平台（北斗高附加值货物跟踪服务平台）。系统基于自主知识产品的北斗芯片、安全物联网络协议等技术，实现对铁路高附加值货物进行实时监控、智能跟踪与定位，保障高附加值货物在途安全和信息交互安全，提高我国高附加值货物运输能力和管理水平。能够满足重要货物较高信息敏感度的安全要求。

Railway Cargo Transfer based on BDS Navigation

Li Tianhe1， Zheng Weiping2
（1.Daqing Shiyan High School， Daqing， Hei Longjiang， 163316； 2.Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Co.， Guangzhou， 510663）