鐵路運輸是我國各種運輸方式中的主力，實現(xiàn)鐵路列車在途信息實時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行中內(nèi)部的各種信息，如列車車廂運行狀態(tài)、列車溫度、載重程度、列車濕度等。鐵路運輸具有分布地域廣、實時性信息要求精確度高等特點。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時性、準確性，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
列車運行時無法與車站控制臺實現(xiàn)實時通信，車站控制臺不能得到列車運行時的信息，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，可以記錄列車運行時的信息，并通過GPRS網(wǎng)絡傳輸，將信息發(fā)送至車站控制臺，從而實現(xiàn)實時通信，提高控制臺的管理能力。巡檢智能管理系統(tǒng)的結構如圖1，檢測設備對列車進行定時檢測，并將檢測結果傳輸至巡更系統(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)結構
2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 檢測設備
檢測設備由重量傳感器、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計。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，外有保護套，使用方便。將2種不同材料的導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的2個執(zhí)著點I和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個電流，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個下電極與濕敏材料、上電極構成2個電容串聯(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：當環(huán)境相對濕度增大時，濕敏電容隨之增大；反之減小。傳感器轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓變化，對應于相對濕度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：在機車車軸上安裝激光發(fā)射及感應裝置，在輪對相應的位置上安裝反射鏡，通過計算列車運行時車輪每秒轉次W，從而根據(jù)V=W·2π·R 計算出列車運行速度，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。在每個巡更點設置一個信息鈕扣，信息鈕扣中存儲了該點的檢測設備的檢測信息；巡更員手持不銹鋼巡更棒，到達巡更點時只需用巡更棒接觸嵌在車上的信息鈕扣，就可以把到達該巡更點的時間、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、到達每個巡更點的時間和名稱及漏查的巡更點，并按照要求生成巡更報告。
2．2．1 信息鈕扣
信息鈕扣是一個直徑為16 mm左右的微型計算機晶片，具有雙向通信功能，數(shù)據(jù)傳輸使用獨特的單總線協(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126 kb／s。在信息鈕扣晶片上刻有8位數(shù)字，為其獨一無二的編號，使用激光工藝，可永久保留，并加保護層，使其不可更改、偽造。信息鈕扣的關鍵部件硅晶片被封裝在不銹鋼防護殼中，這使它具有超強的抗沖擊、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行記錄和管理的工具。采用嵌入式技術，可存儲2 000條巡更記錄，內(nèi)置實時時鐘和個人身份信息。該巡更棒像普通手持電筒，在握把處設計了2個按鈕，顏色分別為紅、綠2種標準色。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時鐘芯片作為系統(tǒng)時鐘。該芯片通過程序設定和提供年、月、日、時、分、秒、星期等時間參數(shù)，有2個電源，一主一備，備用電源可接鋰電池，對電池進行充電。當主電源斷開時，可自動切換備用電源而保證時間數(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。當輸入端LM降至513 V時，輸出端仍有5 V，其性能遠優(yōu)于LM7805。巡更棒的信息最終要傳給列車長專用PC進行管理。由于列車長專用PC采用RS232協(xié)議，在此設計了通訊座，將RS232電平轉換成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
通信座實現(xiàn)巡更棒和列車長專用PC的互連，進行各種設置操作和數(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)，設置巡更棒的內(nèi)部時問和設置巡更棒讀取同一信息鈕扣的最小時間間隔等。通信座還可以實現(xiàn)巡更棒的電量測量，提示用戶及時充電或更換電池。通信座在通電、通訊和測電狀態(tài)下均有LED燈進行狀態(tài)指示。和通信座配套的還有一個36 V交流到5 V直流的電源轉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RS232串口：第1個RS232串口連接通信座，實現(xiàn)巡更棒與PC之問的數(shù)據(jù)傳輸；第2個RS232串口與無線上網(wǎng)模塊(該模塊具有斷點續(xù)傳功能)相連，通過移動公司GPRS網(wǎng)絡，將信息傳輸至移動公司中的服務器。
2．3 控制臺系統(tǒng)
控制臺系統(tǒng)由GPRS服務器和車站控制臺2部分組成。
2．3．1 GPRS服務器：該服務器安放在移動公司中，接收由GPRS網(wǎng)絡傳輸過來的信息，在服務器中保存并通過鐵路專用網(wǎng)傳輸至車站控制臺，功能是實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡與鐵路專用網(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，同時也可查閱列車長此前發(fā)出的信息。
3 系統(tǒng)軟件設計
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
該版本主要特點是接受巡更棒傳輸?shù)男畔ⅲㄟ^GPRS模塊將該信息傳輸出去。系統(tǒng)讀取巡更棒中信息后，將各項信息顯示在主界面中，如圖2。界面中還設置“應急報告”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“應急報告”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信息，所以缺少圖2中“發(fā)送”、“取消”及“重新錄入”3個功能鍵，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 結束語
科學技術的發(fā)展，已使鐵路再次成為朝陽工業(yè)。以高技術武裝起來的新一代鐵路技術，可以實現(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)提供了信息技術支持。
作者簡介：戶國(1983-) 林松原人，蘭州交通大學自動化與電氣工程學院 碩士研究生，主要從事交通信息工程及控制研究
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