徐刚 朱书娟 王强 宁岑岑
唐山道和电气设备有限公司，河北省唐山市 063000
摘 要：传统导航监控平台在数据传输方面存在着诸多限制，由于GPS监控平台的位置信息是通过GPRS实现传输的，如在基站信号覆盖弱的地方，或者无基站信号的地方，会出现通信成功率低、甚至位置信息无法上报，由于铁路车辆运行环境多为野外，基础设施建设薄弱及多山等地形情况，建议采用北斗+短报文 的方式实现轨道车辆定位功能。数据通信采用卫星传输，实时显示车辆位置。实现铁路车辆的导航和监控。
关键词：北斗导航系统；定位；短报文；铁路；
1概述
随着计算机技术、网络技术、卫星通信技术的飞速发展,使得导航定位技术有了长足进步，同时由于成本的降低，使得导航定位设备的应用变得比较普遍，客观上又促进了导航定位技术的应用。
传统导航监控平台在数据传输方面存在着诸多限制，由于传统的GPS监控平台的位置信息是通过GPRS实现传输的，如在基站信号覆盖弱的地方，或者无基站信号的地方，会出现通信成功率低、甚至位置信息无法上报，无法指挥调度等问题，将影响监控系统的使用。
为了实现对铁路车辆的导航监控，建立一套基于北斗卫星导航系统（BDS）,考虑到一些国家基础设施建设及地形情况，建议采用北斗卫星导航系统（BDS）+区域短报文通信（RSMC） 的方式实现轨道车辆定位功能。数据通信采用卫星传输，实时显示车 "北斗铁路车辆定位解决方案"是一个完整的系统，对系统的数据处理能力、通信能力、位置数据传输能力及可靠性、安全性方面要求很高。
2、系统组成
2.1系统架构
北斗导航定位系统用于实现铁路车辆的定位以及实时位置显示等功能。车载终端与监控中心间的车辆定位数据的传输采用北斗卫星通信，通过卫星回传位置数据。将位置数据回传至北斗指挥机内，再通过与指挥机相连的服务器对数据进行分析处理，最后实现位置及运动轨迹等显示功能。
设备组成主要包括：
（1）北斗定位终端。北斗定位终端安装于各个轨道车辆中，定位终端通过与北斗卫星通讯实时采集车辆的位置信息，并通过卫星回传位置数据；
（2）北斗指挥机、北斗指挥机可同时接收多个定位终端回传的位置数据，再向数据接收服务器集群传输接收到的数据；
（3）数据接收服务器集群。数据接收服务器集群可大量接收北斗指挥机发送来的数据，进行结构化处理后做持久化存储，多个服务器集群可承载海量数据并进行热备份；
（4）中心服务器系统。中心服务器系统接受用户终端的查询、修改等请求，在数据接收服务器集群优化后的结构化数据中进行快速检索、更新，并将结果以请求的格式反馈给用户终端；
（5）PC端管理系统。PC端管理系统属于用户终端中的管理者，通过PC端管理系统可对系统中的数据进行维护操作，提供高权限的管理界面；
（6）指挥调度监控中心。指挥调度监控中心属于用户终端中的使用者，通过指挥调度监控中心的显示系统，可实时监控各车辆的位置信息，提供图形化的使用界面；
2.2软件组成
（1）数据接收服务器处理软件
数据接收服务器处理软件在与北斗指挥机的通讯信道中接收数据并进行处理，将接收到的数据进行结构化处理并在数据库中进行持久化存储，这种处理和存储的过程必须为根据数据形式优化后的方法，以使系统能够高效地处理海量数据。数据接收服务器处理软件对中心服务器系统开放接口，接受中心服务器的请求命令并进行反馈，其中与数据有关的请求将通过数据库操作完成。
（2）中心服务器系统软件
中心服务器系统软件与用户终端软件形成C/S架构，相当于架构中的Server，中心服务器系统软件具有开放的用户请求接口，能够实时大量处理并发的请求数据。中心服务器系统软件具有地理信息系统（GIS）功能，通过与数据接收服务器间通讯，实时分析处理各在线车辆的位置数据，形成可视化的地理信息提供给各用户终端使用。
（3）PC端管理系统软件
PC端管理系统软件属于用户终端软件的一种，相当于C/S架构中的Client，PC端管理系统软件具有高级的管理权限，提供给系统管理人员各种管理操作的人机界面。
（4）指挥调度监控中心系统软件
指挥调度监控中心系统软件属于用户终端软件的一种，相当于C/S架构中的Client，指挥调度监控中心系统软件提供图形化的显示界面，可投放到大屏显示设备上，在地图上实时显示在线车辆的位置信息等内容，以提供多人监控任务。指挥终端同时提供语音、文字的消息终端通讯功能。
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2.3软件功能
地理信息系统（GIS）是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是北斗轨道车辆定位软件的核心，通过采集与获取数据（北斗导航数据）、结构化存储数据（数据接收服务器集群）、分析与处理数据（中心服务器系统）、最终数据显示（指挥调度监控中心），形成一整套地理信息系统解决方案。
本系统实现以下功能：
（1）在线车辆定位。通过采集、获取、存储、分析、处理北斗导航数据，实时掌握多个在线车辆的位置信息，形成多车辆位置在线数据库。
（2）多车辆同时在线显示。通过地理信息系统（GIS）实时绘制多个在线车辆的位置信息图形，将图形化显示界面投放到大屏显示设备上，提供多人监控任务。
（3）多车辆运行轨迹监控、预警。通过对多个在线车辆位置数据的分析汇总，实时监控各车辆的运行轨迹，对运行轨迹发生偏离的车辆进行预警、报警提示，提醒管理人员及时处理异常情况，避免运行事故的发生。
（4）多车辆运行状态查询。通过本系统可查询各车辆的实时或历史运行轨迹，可对已发生的异常情况进行历史追溯，以及时纠正发现的问题。
结语：本系统为北斗导航系统在铁路系统的应用，可实现不依赖电信网络实现铁路车辆定位导航功能。对于铁路系统运行且基础电信网络比较差的的环境有较强的适用性，且具有运行使用可靠，运营成本低等优点，具有比较广阔的应用前景。
参考文献：
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[2] 田建波, 陈刚. 北斗导航定位技术及其应用[M].中国地质大学出版社.2017
[3] 谭述森。 卫星导航定位工程[M].2版。北京：国防工业出版社。2010
[4] 北斗卫星导航系统地基增强服务接口控制文件1.0版[J].2020