散货码头铁路集疏运装卸设备监控系统开发开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

港口码头是水陆运输系统中一个非常关键的组成部分，是进口货物到来与出口货物离开的一个重要疏散之地。它是船舶与船舶之间相互联系的必要场所：港口为船舶的靠泊和离泊提供空间上的场所，也为货物的进出口及货物暂时的存储提供场所及相关服务^[1]。

我国港口码头货物吞吐量数量非常庞大，2011年，全国港口货物量100.41亿吨，比上年增长12.4%。其中，干散货吞吐量58.55亿吨，同比增长13.6%^[2]。如此庞大的货物需要从港口运输出去，铁路运输将是一个不错的选择。在全球物流发展的大背景下，运输服务一体化成了新的发展趋势，无论是重载运输还是快捷运输，都要求生产运作系统内部的匹配与外部协调，铁路部门不能仅仅满足于“运输”职能，而应将运输通道上游货源及下游的货流进行一体化组织和协调，实行集疏运一体化运输模式^[3]。

在当今社会，计算机技术，通信技术等发展非常迅速，传统的由调度员在现场进行观测调度已经不能够满足其发展需求，可通过远程监控方式，也就是人们常说的scada（superyisory control and data acquisition）系统^[4]对铁路站台股道列车进行远程监控，远程监控可以分为两种，一是现场设备监控终端系统只负责数据采集而不做处理，采集来的数据直接发送到远程终端系统，由远程终端系统负责处理，这类远程监控系统其实可以理解为一般现场监控系统的延伸；另一种是现场设备监控终端系统既要采集发送数据还要对数据进行必要的处理。此时，远程监控终端系统利用经过现场设备监控终端系统处理的数据，做一些统计分析，为相关人员提供各种决策支持^[5]。一般计算机监控系统有如下特点：实时性、可靠性、可维护性、数据自动采集处理、通信功能、自动运行与报警、管理功能等^[6]。能够实现远程监控的计算机软硬件系统称为远程监控系统[^7-8]。

2. 研究的基本内容与方案

设计开发一套服务于铁路公司、集团总调中心调监部门使用的股道信号及机车状态远程监控系统。

股道信号及机车状态监控：股道占用状态、信号灯状态、股道上停泊机车状态与车辆信息。

股道信号及机车状态监控系统总体分为显示模块，通信模块以及数据库三大部分，显示模块主要是以界面的形式显示信号灯状态，股道状态以及当前停在股道上的车辆状态；通信模块主要将采集到的数据通过串口通信的方式返回到本地数据库，然后通过本

地数据库来控制显示模块各种设备的状态。整个系统架构图如图1所示。

2.2研究目标

股道信号及机车状态监控系统主要实现铁路调度监控。借助监控系统功能，用户可动态掌握股道信号灯状态、股道占用状态以及车辆装车状态和车辆信息，方便调度人员调度时掌握相关信息资源。

2.2.1数据采集

车站的各种原始数据已由卡斯柯公司采集，并提供串口通行输出接口。本系统将采用串口通信方式通过卡斯柯公司股道监控系统提取数据，供本系统使用。

2.2.2本地数据库管理

建立本地数据库，用以保存从承建方获取的原始数据。数据分动态数据和历史数据两大类。动态数据提供各状态变量当前最新状态信息，所有动态数据按获取时间保存至历史数据表，供统计、查询、分析使用。

2.2.3数据动态显示

监控界面直观展现车站场景，动态显示整个车站状态，包括：股道占用情况、信号灯情况、机车状态及信息。调度人员可以在调度室清楚地观察到所需要的信息，根据该监控界面来采取相应的调度方案。在该监控界面中，具体功能如下：

（1）显示各信号灯状态

在该监控界面中，将显示出车站所有信号灯以及其当前状态。各信号灯状态将根据本地数据库动态数据表进行实时更新，完全同步再现车站各实物信号灯状态转换过程。通过该监控画面中信号灯的状态显示，调度员可直观观测车站各个信号灯状态信息。

（2）显示各股道状态

在该监控界面中，将显示出车站所有股道当前状态，即当前股道是否有车辆停靠。通过该监控画面中对各个股道的状态显示，调度员能很好地知道每条股道状态信息。

（3）显示股道上车辆状态

在该监控界面中，将显示出所有停靠在股道上车辆相关信息，这些信息包括火车编号、空车/已装载/正在装载，及最大载货量，当前载货量等。当某条股道上停靠有火车时，调度员通过点击界面上的火车图标，即弹出一个信息窗口，该窗口里面包含了当前火车的相关信息，通过该监控画面对火车信息实现监控，调度员能很好地知道车站各个火车的状态，便于实施调度方案。

2.2.4数据统计查询

（1）历史数据查询

选择时间区间、区域范围，查询数据变化详细情况。查询结果，可使用列表、变换曲线等形式展现。

（2）历史场景回放

选择时间区间、区域范围，根据数据变化过程，类似于视频回放功能，以图像化界面形式再现历史数据变化规律。

2.3拟采用的技术方案及措施

本系统主要包括两大模块，即显示模块与通信模块，其具体技术实现方案如图2所示。

2.3.1显示方案

2.3.1.1界面显示总体方案

该监控界面以图像化方式显示，效果如图3所示。通过该监控界面，调度员可以直观地看到当前车站信息，方便其实施调度。

该图基本上和车站布局场景一致，能够显示出车站每一个信号灯以及股道的状态，并以不同的颜色来区分不同的状态，这样更有利于用户直观地了解车站信息，同时，如果用户需要了解停在股道上的火车信息时，可点击图中的停靠在股道上的火车图符，即可弹出一个附有火车信息的窗口，用户通过实时监控这些信息，合理地规划调度方案。

界面显示主要由三部分组成，分别为信号灯状态，股道状态以及当前停在股道上的火车图符。信号灯状态主要有两种状态，即开、关两种，状态开代表当前信号灯亮，状态关代表当前信号灯灭。股道状态也主要有两种，即空闲和占用。空闲状态代表当前股道未被使用，可以停靠火车；占用状态代表当前股道已经被使用，已有火车停靠在该股道，该股道不能被其他火车停靠。当前停在股道上的火车状态主要用来显示该火车的一些属性，当用户点击该火车图符时，界面中将会在火车上方出现一个带有火车状态信息的窗口，比如当前火车编号，最大载货量，当前载货量等信息。下面将具体介绍这三部分如何清楚地在界面上表示出来。

2.3.1.2信号灯状态显示

在铁路调度系统中，每条股道都还有几种不同功能的信号灯，每一种功能可由一种颜色来区分，比如常用的红灯、绿灯、黄灯、白灯等。每种信号灯有两种状态，即信号灯开与信号灯关，信号灯开即在界面中点亮该种信号灯，表示该种功能启用；信号灯关（用灰色表示）即在界面中熄灭该种信号灯，表示该种功能未启用。

2.3.1.3股道状态显示

在一般的铁路调度系统中，将会有很多条股道可供使用，这些股道依次编号，每条股道也有两种状态，即空闲状态和占用状态。当某股道处于空闲状态（灰色）的时候，表示当前股道未被使用，可以停靠火车，在显示界面上该条股道显示灰色；当某股道处于占用状态的时候，表示当前股道已被占用，不能被其他火车停靠，在界面上面显示该条股道为红色，以表明该股道被使用，同时在该股道上面可以看到有火车停靠。效果图如图4所示。

2.3.1.4股道停泊机车状态显示

当某条股道有火车停靠时，在界面中，当用户点击该火车，界面中会弹出一个窗口用来显示当前火车的相关状态信息，比如当前火车编号，最大载货量，当前载货量等信息，这样可以保证用户可以很直观的看到火车的状态信息。效果图如图5所示。

2.3.2实现方案

2.3.2.1数据通信与工控网安全保障方案

通信模块主要用于连接承建方提供的原始数据与本地数据库，为保证工控网的安全，实现工控网与办公网的隔离与交互，拟采用串口通信的方式进行跨网通信。

在工控网络与办公网络通信过程中，通过串口方式连接其工控机采集数据，收集到的数据可以采用有线通信和无线通信两种方式传输到办公电脑。具体实现有三种方式。

2.3.2.2串口有线通信方式

利用串口RS-232/485有线通信方式连接工控机和办公电脑。RS-232通信速率尽快、双向双工，但传输距离较短；RS-485单向、半双工，但传输距离较远。根据实际情况，灵活选择组网，利用串口线将工控机和办公电脑连接，实现数据传输。其原理图如图6所示。

特点：RS-232/485应用范围广泛、价格便宜、编程容易并且可以比其它接口传输更远。

2.3.2.3串口转以太网有线通信方式

利用有线通信方式连接工控机和串口服务器，串口服务器再与办公电网中电脑互联。既实现了隔离保障安全，又方便组网，同时，可节省工控电脑上的串口资源。其原理图如图7所示。

特点：RS-232应用范围广泛、价格便宜、编程容易并且可以比其它接口使用更长的导线。但其传输速率较慢且传输距离较短。

2.3.2.4串口转数传电台无线通信方式

利用无线通信方式进行工控机和办公电脑之间进行连接，则需要在工控机和办公电脑之间加串口服务器、无线数传电台设备。工控机与数传电台之间直接通过串口线连接进行数据传输，实现了数据隔离保障安全。数传电台将数据以无线电波形式发送出去，办公电脑进行无线接收即可完成数据通信。其原理图如图8所示。

特点：成本廉价，施工简单，没有复杂的布线，数据传输速率较快且传输距离远。

在本系统中，由于对传输距离以及传输速率有一定要求，故采用无线通信方式，由于在工控机与办公电脑之间需要加设一台无线数传电台，经过综合分析，拟采用YJ-56M无线数传电台。

参数：

传输速率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps；

频段范围：231MHz-238MHz可串口修改；

通信距离：5-7公里。

2.3.3数据库设计

在该系统中，本地数据库中需要保存信号灯，股道以及火车的相关信息，故数据库设计如下：

2.3.3.1信号灯状态表

2.3.3.2信号灯历史记录表

2.3.3.3股道状态表

2.3.3.4股道历史记录表

2.3.3.5火车状态表

2.3.3.6股道火车历史记录表

3. 研究计划与安排

(1)1-2周：理解毕业设计要求，收集、查阅相关资料。

(2)3-5周：根据软件工程学的方法，进行系统分析和设计,提交系统总体设计方案。并完成英文资料的翻译。

(3)6-13周：熟悉开发环境和开发工具，实现系统功能设计，完成程序编码并上机调试通过。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 何丽君. 提高天津港装卸作业效率的方法研究[d].天津大学,2014.

[2] 孟文君. 中国港口干散货码头的发展现状及展望[j]. 中国港口,2012,10:28-30 37.

[3] 何永兵. 铁路货运通道集疏运技术研究[d].中南大学,2012.