（交通信息工程及控制专业论文）编组站综合自动化车辆实时跟踪技术的研究.pdf

e 塞銮望丕堂亟堂位迨塞主塞擅星 中文摘要 摘要：针对编组站综合自动化车辆实时跟踪技术，介绍了车辆实时跟踪的系统结 构、主要功能及关键技术。详细阐述了车辆的跟踪方法及关键程序的实现思路。 本文在前人研究的基础上针对信息共享，作业实绩校核等问题进行了深入研究。 编组站车辆实时跟踪系统采用三层结构，在新一代编组站综合自动化环境中，通 过与综合管理信息系统、驼峰自动控制系统、无线调车机车信号和监控等系统接 口，实现了充分的信息共享。丰富的信息为车辆实时跟踪的准确、及时、可靠提 供了有力支持。将车号自动识别设备引入到编组站车辆实时跟踪中，在编组站内 部位进行车号信息采集，利用采集信息与综合管理信息系统的计划信息进行校核， 实现作业结果的自动检验，将作业结果自动反馈给综合管理信息系统，辅助作业 计划的调整和编制。研究中对车辆信息的存储采用了新的结构，在数据库中将车 辆固定信息和动态信息分别存储，修改动态信息时不会影响固定信息，通过跨表 查询得到车辆完整信息。车辆的动态信息，主要是车辆位置信息，通过车辆与股 道、机车的停靠关系体现，车辆移动过程中，改变车辆与股道、机车的关联关系 实现车辆( 数据) 的移动。为了保证车辆数据的准确可靠，对车辆停靠方向和顺 号做了严格的规定，保证车辆移动时车辆信息不会因为车辆位置的变化而产生混 乱。跟踪程序对编组站中各种接、发车、调车作业、机车移动分别设计了专门的 跟踪逻辑，确保跟踪的准确性。研究中解决了车辆实时跟踪的信息共享、作业实 绩校核等关键问题。 图2 7 张，表2 个，参考文献终篇 关键词：车辆实时跟踪、编组站、综合自动化、车号自动识别、数据库 分类号：u 2 8 4 6 7 韭哀銮垣盔堂亟主堂焦逾塞垦i 基! a b s t r a c t a b s t r a c t ：c o n c e r n e da b o u tr e a l t i m ev e h i c l et r a c k i n gt e c h n o l o g yi ns y n t h e t i c a u t o m a t i o no fm a r s h a l l i n gy a r d ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dar e a l - t i m ev e h i c l et r a c k i n g s y s t e ms t r u c t u r e ，f u n c t i o na n dk e yt e c h n o l o g i a s ，e x p a t i a t eo l lt h ek e yi d e a so ft h e r e a l i z a t i o no fv e h i c l et r a c k i n g i nt h i sp a p e r , i n d e p t hs t u d yw a sm a d eo ni n f o r m a t i o n s h a r i n ga n dt a s kc h e c k i n g 1 1 1 ev a r i e t yo fe x t e r n a ls y s t e mi n t e r f a c e sa n dt h er e a l i z a t i o n o ff u l li n f o r m a t i o ns h a r i n gp r o v i d e ds t r o n gs u p p o r tt ot h ea c c u r a t e n e s s ，r e a lt i m ea n d r e l i a b i l i t yo fr e a l - t i m ev e h i c l et r a c k i n g a u t o m a t i ct r a i ni d e n t i f i c a t i o ne q u i p m e n tw a s i n t r o d u c e dt ot h er e a l t i m ev e h i c l et r a c k i n gi nm a r s h a l l i n gy a r d t h ec o l l e c t e d i n f o r m a t i o ni su s e dt ov 矗母p l a na n da c h i e v eo p e r a t i n gr e s u l t sa n dt h er e s u l t so f v e r i f i c a t i o nw i l lb ea u t o m a t i c a l l yf e db a c kt ot h ei n t e g r a t e dm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m ss u p p o r t i n gt h ea d j u s t m e n ta n dt h ee s t a b l i s h m e n to fp l a l l t h er e s e a r c hr e s u l t s h a v eb e e na p p l i e di ne n g i n e e r i n g k e y w o r d s ：c a rt r a c k ，m a r s h a l l i n gy a r d ，s y n t h e t i ca u t o m a t i o n ，a e i ，d a t ab a s e c l a s s n o ：u 2 8 4 6 7 韭夏至望丕堂亟堂焦途塞 蕴壹 刖舌 本文阐述了新一代编组站综合自动化车辆实时跟踪技术的实现方法，对作者 完成的工作进行了详细介绍。新一代编组站综合自动化系统由铁道科学研究院通 信信号研究所研发，车辆实时跟踪技术是其中的重要组成部分。新一代编组站综 合自动化系统经历了多年的研究和开发，现正在西安新丰镇编组站进行工程实施， 车辆实时跟踪技术也随之一起投入到工程实施中，在项目的总体环境下实现科研 向工程的转化。本文详述了车辆实时跟踪技术的最新研究成果和关键技术思路。 我的研究工作和论文撰写得到了来自老师、同事和家人的充分理解与支持， 在此表示由衷的感谢。文中的疏漏和缺点在所难免，望读者批评指正。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：兰傻导师签名：彳免彩虽软 签字日期：如刁年，弘月缸日 签字日期：夕吵年肛月哕日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王健 签字日期：研年似月巧日 致谢 本论文的工作是在我的导师唐祯敏教授的悉心指导下完成的，唐祯敏教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 唐祯敏老师对我的关心和指导。 张书杰工程师悉心指导我们完成了科研工作，在工作、学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此表示衷心的谢意。 汤百华教授、张朴研究员对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见， 在此表示衷心的感谢。 在工作及撰写论文期间，蒋元华、刘青、甘露、王振宏等对我论文中的铁路 运输知识和软件研究等工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够专心完成我的学业。 j e塞銮通盔堂亟 堂焦 迨塞l i壹 1 引言 车辆实时跟踪的目的是实时获取车辆的位置信息。它的重点在于当车辆移动 时及时获取并更新其位置信息， 本文讨论的是针对铁路车辆进行的车辆跟踪。铁路车辆的移动特点是依轨道 走向行驶，车辆的目的地必定是某一条股道，这为判定车辆的位置提供了良好的 前提条件。 工作人员通过车辆实时跟踪可以了解路网运输的概貌，发生堵塞，及时采取 疏解措施：可以更好地管理车辆，提高其运用效率；可以实现货物查询，使货主 随时了解货物的所在位置。编组站是铁路车辆的主要集散地，编组站的车辆跟踪 是路两车辆跟踪的关键部位，对现车管理，车流推算，编制和优化解体、编组计 划至关重要；对改进编组站的经营管理，压缩中转时间，减员增效，改善劳动条 件，减轻劳动强度具有重要意义。 编组站是集中办理大量货物列车到达，解体、编组、出发等作业，并为此设 有专用设备的车站，其主要任务是根据列车编组计划的要求，大量办理货物列车 的解体和编组作业 m 】。编组站中的车辆跟踪是对进入编组站的所有车辆进行位置 跟踪的，实现解编作业和调车作业等现场作业实时信息的自动反馈，实现到达场 到达列车车辆数的实时统计，是完善编组站管理信息系统的关键。 为实现编组站车辆实时跟踪，铁路工作人员采取了多种方式，其中比较经典 的跟踪方法是计划跟踪。计划跟踪指按照编组站调车计划推算车辆的位置来实现 跟踪。编组站中所有车辆的移动都是按照计划进行的，车辆开始移动的时间是预 先计划好的。工作人员根据计划推算出车辆移动的情况，在计划开始执行一段时 间后( 约几分钟) ，假设车辆已经到达目的股道，此时进行车辆位置信息的更新完 成跟踪。这种跟踪方法的缺陷比较明显，工作人员根据经验推算车辆已达目的股 道，所以计划完成时间无法保证准确。编组站内作业情况复杂，作业按计划执行 难免出现偏差，当作业执行出错车辆驶入非目的股道时，工作人员无法及时得知 实际情况，仍然按照计划进行推算，必然导致车辆信息与现场实际不符，导致不 可预失珏的后果。当工作人员认识到此方法的局限性雨不再依靠它产生信息时，这 种跟踪方法就失去了应有意义。 先进的车辆跟踪方法应该实现计划完成自动报点，并对出入目的股道的车辆， 特别是车辆数目进行准确的辨认。这就要求在作业现场安排人员或安装传感设备 对车辆的移动情况进行记录。 在计划跟踪之后出现的跟踪方法从原理上解决了上述问题。上个世纪末，我 的导师唐祯敏教授在此领域的研究取得巨大成果。新型的车辆实时跟踪系统在编 组站各车场每股道两端或入口安装传感设备( 车轮传感器) ，车辆经过采集点时记 下车辆数目、时刻及运动方向，实现自动报告量数、报点的功能p 训。系统从列车 到达确报和驼峰系统等接收现车信息，可推导出车辆的车号，实时跟踪每辆车的 移动及每股道的车辆变化。这样构建的车辆实时跟踪系统能够从作业现场获得车 辆移动情况，准确把握车辆的实际位置，并根据车辆移动轨迹推算车辆详细信息。 系统从接车确报中获得车辆的详细信息，并从驼峰自动控制系统获得车辆移动的 情况，这些信息的共享使得跟踪结果更加详细可靠。新的车辆实时跟踪技术从原 理上和技术上远远超越了计划跟踪，徐州北编组站、向塘西编组站和阜阳北编组 站相继使用。但是该系统仍然存在缺陷，由于编组站内车辆运行状况复杂，在车 速不稳或有停车时、丢轴时，现场采集数据将不准确甚至丢失，虽然设备在软硬 件上已经采取了措施，但仍难避免错误的出现。该系统的逻辑推算具有记忆性， 即前次的错误将被记忆下来，如不及时纠正，错误的积累将使系统无法正常工作。 如何解决上述问题、进一步提高车辆实时跟踪的效率是车辆实时跟踪技术研究的 方向。 随着时代的发展，更加先进的技术被广泛引入到铁路领域。铁路车号自动识 别系统简称为a t i s ( a u t o m a t i ct r a i ni d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ) ，就是以用微波射频技 术为基础的全路性的车辆跟踪系统【5 。】。铁路车号自动识别系统是铁路运输信息化 的重要组成部分。系统的基本功能是在列车运行过程中，自动采集列车车号的基 本信息，如车辆的属性、车号、车种、车型、换长、制造厂、制造日期等。系统 设备分为车上标签和车下地面识别设备a e i ( a u t o m a t i ce q u i p m e n ti d e n t i f i c a t i o i l ) ， 即在每辆货车即机车的车体底部安装电子标签，在局分界口、编组站、大货运站、 小站安装地面识别设备a e i 。当列车经过地面识别设备a e i 时自动识别车辆电子 标签信息，通过c p s 即网络通道将采集的列车信息传到铁路局和铁道部，为铁路 运输指挥和货车管理提供实时、准确的列车车号信息。但编组站内的车辆实时跟 踪仍然是铁路车号自动识别系统的盲点。 更多有关车辆跟踪和车辆定位的技术正在被研究和应用。利用g p s 技术进行 车辆定位实现跟踪是一种常见的技术思路 8 4 0 。g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个商精度、全天候和 全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2 万多公里高 的由2 4 颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位及时间信号。地球上的任 何一个g p s 接收机，只要接收到四颗以上的卫星发出的信号，经过计算处理后， 就可报出g p s 接收机的位置( 经度、纬度、高度) 、时间和运动状态。g p s 提供 两种定位服务：精码定位和粗码定位。精码定位供美国军方使用，其定位精度为 j e 塞 窑重盔堂 亟主堂鱼迨塞i l壹 5 m ；粗码定位开放供民用，为了防止恐怖活动，在粗码定位中人为地加入了一些 误差，所以其定位精度只有1 0 0 m ，现在s a 政策已取消，粗码的定位精度可达1 5 m 。 民用g p s 服务提供的精度只有1 5 m ，为了提高精度，可采用差分g p s 技术，其基 本原理是利用基准站的精确坐标与卫星实测信号进行求差获得差分信息，再将这 个修正值发送给用户接收机，修正定位坐标。采用差分g p s 技术后，定位精度可 提高到1 m 一3 m 。 由于车辆经过岔区时要求定位的精度更高，必须满足警冲标安全距离，一般 会合线路间距不大于4 m ，采用差分g p s 技术后，定位精度还是不能满足要求。需 要其它辅助手段再次提高精度。g p s 定位信号的稳定性差，遇到气候变化，g p s 卫星切换等情况，会出现g p s 信号接收不稳定或断失的情况。而且g p s 是美国国 防部建立，旨在服务美国军事系统的导航定位系统，非特许用户受到美国政府g p s 政策等人为因素制约，特别是战时g p s 信号干扰或关断。 利用点式查询应答器设备( 应答器) 实现机车定位也是一种跟踪方法【1 l 】。应 答器是由车载查询器，车载感应器、地面无源应答器组成。在实际应用中，其工 作原理类似无接触只读型i c 卡，当车载感应器经过地面无源应答器时，通过车载 感应器的触发，应答器接收到能量，并利用该能量，将预先写在地面无源应答器 e p r o m 中的编码以无线信号的方式发出，由车载感应器接收并解读，从而得知机 车所处的位置。这种定位方法不具有连续性，识别精度为“区域”，即应答器划分 的区域，机车在区域中的定位存在盲点。对于一些大型或股道比较复杂的站场， 布放应答器的数量较多，往往导致系统整体的建设成本增高，维护工作量加大等 情况。点式应答器与g p s 技术结合可以提高定位性能，但也会遇到g p s 技术应用 问题。 此外，基于速度传感器的定位方法，基于地图匹配的列车定位方法等都在被 研究和应用【1 2 - ”i ，但都有未解决的问题，不能适应编组站对车辆跟踪的需求。相 比较而言，车号自动识别技术成熟、可靠性高，更适合编组站内车辆实时跟踪的 应用需求。 随着编组站综合自动化技术的发展，编组站内实现了多种信息的实时共享、 应用了多种高新技术【l q 。在新一代编组站综合自动化整体环境下，在前人研究的 基础上，利用车号自动识别技术，本文研究了编组站车辆实时跟踪技术的实现方 法，旨在结合编组站综合自动化的整体环境，解决前人研究中的遗留问题。 本文所介绍的编组站车辆实时跟踪技术的研究，是结合西安新丰镇编组站新 一代编组站综合自动化系统工程开展的。研究得到了来自新一代编组站综合自动 化项目的强大支持，利用了丰富的共享资源，在科研与工程的结合中检验了研究 成果。编组站车辆信息的实时准确跟踪是编制优质作业计划的前提，是编组站综 j e立銮垣盔 堂 亟主堂丝迨塞i言 合自动化系统的重要组成部分。 本文第二章介绍了编组站调车作业，及编组站车辆实时跟踪系统实现中使用 的软件工具。第三章介绍了编组站车辆实时跟踪系统的结构和功能需求及其实现 方案。第四章详述了车辆实时跟踪系统中关键程序的概要设计。第五章讲述了程 序中各功能的实现。第六章描述了程序在各种外部激励下的运行设计。第七章总 结全文，指出了研究取得的成果和有待解决的问题。 4 j e基套重盔堂亟主堂焦坌塞筮企 2 简介 2 1编组站及调车作业 2 1 1编组站 编组站是铁路网上集中办理大量货物列车到达、解体、编组出发、直通和其 它列车作业，并为此设有比较完善的调车作业设备的车站。 其主要任务是根据列车编组计划的要求，大量办理货物列车的解体和编组作 业。对货物列车中的车辆进行技术检修和货运检查整理工作，并且按照运行图规 定的时刻，正点接发列车。 铁路编组站是铁路枢纽的核心，是车流集散和列车解编的基地，常有“列车 工厂”之称。据统计，货车一次全周转时间中，在车站作业和停留的对间终占7 0 。 货车从装车到卸车，平均要进行5 - - 6 次调车作业，其中在编组站作业停留的时间 占3 0 以上。全路用于调车的机车台数，约占全部运用机车的五分之一。加速编 组站的现代化建设，对提高作业效率和缩短车辆周转时间有重大意义。 编组站的主要任务和作用可以归纳为：解编各种类型的货物列车：组织和取 送本地区的车流，即小运转列车；设在编组站的机务段还需供应列车动力，以及 整备、检修机车；设在编组站的车辆段及其下属单位( 站修所、列检所) 还要对 车辆进行日常维修和定期检修等。 铁路编组站主要是由列车到达场、编组场、出发场和直通场等组成的。根据 各车场配置数量和方式的不同，编组站可分为一级式、二级、三级式三种。一级 式有一级二场、一级三场等；二级式有二级三场、二级四场等；三级式有三级三 场、三级四场和三级六场等。各车场横列配置称横列式编组站，纵列配置称纵列 式编组站，既有纵列又有横列配置称混合式编组站。上下行列车到发按一个方向 设置的编组站，称为单向编组站，按两个方向设置时，称双向编组站。铁路编组 站按其性质和作用，也可分为三种：路网性编组站( 担任路网中远程列车的解编 任务) 、区域性编组站( 担任一定区域内列车的解编任务) 和地方性编组站( 负担 管内地方车流的解编作业) 。 编组站一般设有专用的到达、发车和调车场，以及驼峰调车设备、机车整备 和车辆检修设备。通常设在有3 条及以上的铁路交汇点，或有大量车流集散的工 矿企业、港口，大城市所在地区。位于工业区或港口附近并专为工业区或港口服 务的编组站，又称工业编组站或港湾编组站。中国现有编组站分为： 1 ) 路网性编组站。设置在有3 条及以上主要铁路干线的交汇点，编组2 个及 以上远程技术直达列车( 通过1 个以上编组站的列车) ，每昼夜编解6 0 0 0 辆及以上车辆。 2 ) 区域性编组始。设置在有3 条及以上铁路干线的交汇点，主要编组相邻编 组站直通列车，每昼夜编解4 0 0 0 辆及以上车辆。 3 ) 地方性编组站。设置在有3 条及以上铁路干、支线的交汇点，或工矿区、 港湾区、终端大城市地区附近，主要编组相邻编组站、区段站、工业站、 港湾站间的直通、区小运转列车，每昼夜编解2 0 0 0 辆及以上车辆。介绍 编组站的定义，编组站的分类，编组站的结构，主要功能等。 2 1 2调车作业 在铁路运输生产过程中，除列车在车站的到达、出发、通过以及在区间内运 行外，凡机车车辆进行一切有目的移动统称为调车【1 2 】。为解体，编组列车，摘挂、 转场、整场、调移、取送车辆以及机车的对位、转线、出入段等目的而使机车车 辆在站线或其他线路上移动的作业。它是铁路行车工作的基本内容之一。 调车按其目的可分为： 1 ) 解体调车。将车列或车组中的车辆按一定要求( 如重车按去向，空车按车 种，不良车按检修地点等) 分解到各指定线路内的调车。 2 1 编组调车。根据有关规定将车辆编成车列或车组。 3 】摘挂车辆的调车。为列车补轴、减轴、换挂车组或摘挂车辆。 4 ) 取送调车。为装卸货物或检修车辆等目的向作业地点取送车辆。此外，还 有车列和车组转场、货车的检衡、场内车辆整理等调车，以及在站线上放 行机车等。 调车按所用设备和作业方法，可分为牵出线调车和驼峰调车。 牵出线调车。利用牵出线进行调车，包括推送调车和溜放调车两种。推送调 车是用机车将车辆从一股道调送到另一股道，在行进中不摘车；溜放调车用机车 推送车列达到一定的速度，并在行进中将计划摘下的车组提钩，使摘下的车组溜 向指定地点。溜放调车又分单组溜放、连续溜放、多组溜放和惰力溜放等。 驼峰调车。利用驼峰分解车列，通常由四个环节组成。 1 1 挂车：机车去到达场或到发场连挂车列。当到达场或到发场与调车场处于 并列位置时，还包括将车列牵至峰前到达场或推峰线的牵出作业。 2 ) 推峰：机车将车列推至峰顶。在采用双推单溜作业方式时，还包括将车列 6 预推到峰前信号机的预推作业。 3 ) 溜放：机车连续推送车列，使摘下的车组越过蜂顶溜向调车场内的指定线 路。 4 ) 整理：连续分解几个车列之后，机车下峰整理调车场内线路上的车辆，为 驼峰继续溜放创造条件。根据驼峰设备条件和配属调车机车台数的不同， 驼峰调车有单推单溜、双推单溜、双推双溜等不同的作业组织方法。 驼峰分为：简易驼峰，是指在牵出线上修建起来的小型驼峰或称士驼峰，一 般峰高不大；非机械化驼峰，指二级式编组站的驼峰，不设减速设备，仍由人工 制动，也叫小能力驼峰；机械化驼峰，指设有车辆减速器( 缓行器) 设备的驼峰； 半自动和自动化驼峰，指设有测速、测重、测长和调速等设备实现车辆溜放速度 半自动化和自动控制的驼峰。 在一定的调车设备和调车作业方法下，调车所需时间，主要取决于调车间隔、 调车行程、调车最大容许速度、调动重量、作业性质及作业钩数等因素。 2 2c # 简介 c 样是一种最新的、面向对象的编程语言。它使得程序员可以快速地编写各种 基于m i c r o s o f t n e t 平台的应用程序，m i c r o s o f t n e t 提供了一系列的工具和服务 来最大程度地开发利用计算与通讯领域( 1 7 】。 正是由于c 拌面向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选无 论是高级的商业对象还是系统级的应用程序。使用简单的c 撑语言结构，这些组件 可以方便的转化为x m l 网络服务，从而使它们可以由任何语言在任何操作系统 上通过i n t e r n e t 进行调用。 最重要的是，c 群使得c + + 程序员可以高效的开发程序，而绝不损失c c + + 原 有的强大的功能。因为这种继承关系，c 拌与c c + + 具有极大的相似性，熟悉类似 语言的开发者可以很快的转向c ， 效率与安全性新兴的网络经济迫使商务企业必须更加迅速的应对竞争的威 胁。开发者必须不断缩短开发周期，不断推出应用程序的新版本，而不仅仅是开 发一个“标志性”的版本。 c # 在设计时就考虑了这些问题。它使开发者用更少的代码做更多的事，同时 也不易出错。 支持现有的网络编程新标准新的应用程序开发模型意味着越来越多地解决方 案依赖于新出现的网络标准，例如h t m l ，x m l ，s o a p 等。现存的开发工具往 往都是早于i n t e r n a 出现的，或者是在我们所熟知的网络还处于孕育期时出现的。 所以，它们一般无法很好地支持最新的网络技术。 c 祥程序员可以在m i c r o s o f t n e t 平台上事半功倍的构建应用程序的扩展框架。 c 撑包含了内置的特性，使任何组件可以轻松转化为x m l 网络服务，通过i n t c m e t 被任何操作系统上运行的任何程序调用。 更突出的是，x m l 网络服务框架可以使现有的x m l 网络服务对程序员来说 就和c # 对象一样。这样，程序员就可以方便地使用他们已有的面向对象的编程技 巧来开发利用现有的x m l 网络服务。 还有一些精细的特性，使得c 群成为一流的网络编程工具。例如，x m l 正逐渐 成为在网络上传输结构化数据的标准。这种数据集合往往非常小。为提高性能， c 撑允许把x m l 数据直接映射到s l r u c t 数据类型，而不是c l a s s 。这样对处理少量的 数据非常有效。 消除大量程序错误，即使是专家级的c + + 程序员也常会犯一些最简单的小错 误比如忘了初始化变量，但往往就是这些小错误带来了难以预料的问题，有 些甚至需要很长时间来寻找和解决。一旦一个程序作为产品来使用，就算最简单 的错误纠正起来也可能要付出极其昂贵的代价。 c 群的现代化设计能够消除很多常见的c + + 编程错误。例如： 1 ) 资源回收减轻了程序员内存管理的负担。 2 1c 群中变量由环境自动初始化。 3 ) 变量是类型安全的。 这样，程序员编写与维护那些解决复杂商业问题的程序就更方便了。对版本 的更新提供内在的支持降低了开发成本总体来说，这些特性使得开发程序项目的 后续版本的过程更加健壮，从而减少后续版本的开发成本。 商业过程和软件实现的更好对应企业的商业计划要付诸现实，必须在抽象的 商业过程和实际的软件实现之间建立紧密地对应。不过大多数语言都很难做到这 点。例如，如今的程序员们一般使用代码注释来注明哪个类对应于某个抽象的商 业对象。 c 撑语言允许类型定义的，扩展的元数据。这些元数据可以应用于任何对象。 项目构建者可以定义领域特有的属性并把他们应用于任何语言元素类，接口等等。 然后，开发人员可以编程检查每个元素的属性。这样，很多工作都变得方便多了， 比如编写一个小工具来自动检查每个类或接口是否被正确定义为某个抽象商业对 象的一部分，或者只是创建一份基于对象的领域特有属性的报表。定制的元数据 和程序代码之间的紧密对应有助于加强程序的预期行为和实际实现的之间的对应 关系。 扩展交互性作为一种自动管理的，类型安全的环境，c 群适合于大多数企业应 用程序。但实际的经验表明有些应用程序仍然需要一些底层的代码，要么是因为 基于性能的考虑，要么是因为要与现有的应用程序接口兼容。这些情况可能会迫 使开发者使用c + + ，即使他们本身宁愿使用更高效的开发环境。 c 采用以下对策来解决这一问题： 1 ) 内置对组建对象模型( c o m ) 和基于w i n d o w s 的a p i 的支持； 2 ) 允许有限制地使用纯指针( n a t i v ep o i n t e r ) 。 在c 舟中，每个对象都自动生成为一个c o m 对象。开发者不再需要显式的实 现i u n k n o w n 和其他c o m 接口这些功能都是内置的类似的，c 存可以调用现有 的c o m 对象，无论它是由什么语言编写的。 c 弹包含了一个特殊的功能，使程序可以调用任何纯a p i 。在一段特别标记的 代码中，开发者可以使用指针和传统c c + + 特性，如手工的内存管理和指针运算。 这是其相对于其它环境的极大优势。这意味着c 程序员可以在原有的c c 抖代码 的基础上编写程序，而不是彻底放弃那些代码。 无论是支持c o m 还是纯a p i 的调用，都是为了使开发者在钟环境中直接拥 有必要的强大功能。 c 掣是一种现代的面向对象语言。它使程序员快速便捷地创建基于 m i c r o s o f t n e t 平台的解决方案。这种框架使c 群组件可以方便地转化为x m l 网络 服务，从而使任何平台的应用程序都可以通过i n t e m e t 调用它。 c 稃增强了开发者的效率，同时也致力于消除编程中可能导致严重结果的错误。 c 撑使c c + + 程序员可以快速进行网络开发，同时也保持了开发者所需要的强大性 和灵活性 2 3o r a c l e 简介 ora 数据库系统是美国o r a c l e 公司提供的以分布式关系数据库为核心 的一组软件产品【硌】。作为一个通用的数据库系统，它具有较完整的数据管理功能； 作为一个关系数据库系统，它是一个十分优秀的完备关系产品；作为分布式数据 库系统，它实现了简单实用的分布式处理功能；作为一个应用开发环境，它提供 了一组界面友好、功能齐全的开发工具，使用户拥有一个良好的应用开发环境； 作为一个现代的软件产品，它又具有很好的开放性。 2 3 ，1具有完备的数据管理功能 数据库技术是随着计算机技术的发展，尤其是在数据处理领域中的广泛 9 应用而发展起来的，具有很强的实用性，它主要是为了解决应用中具有如下特征 的数据管理问题。 ( 1 ) 大量。应用中的许多问题通常都需要涉及大量的数据。数据是对系统 中各种对象的性质、持征、状态等的描述。将实物对象或具体概念对象抽象成一 系列的数据，是应用计算机技术的关键一步，数据的大量性是任何一个数据处理 问题，也可以说是大多数计算机应用问题的共同特征。 ( 2 ) 持久。持久的意思是数据要永久地保存。这是数据库中的数据处理有 别于一般的程序中的数据处理的重要区别所在。数据库是管理持久性数据的。 ( 3 ) 共享。即多用户、多程序需要共享一份数据存储。数据库是管理共享 信息的。共享有两个紧密相关的表现：一是多种用户要共享某数据，二是多个 用户要同时存取某一数据。 ( 4 ) 可靠。一个实际的系统对数据必须有其基本的安全可靠保证。数据库 系统必须提供对数据的可靠性的支持。 可以说，需要使用数据库来解决的实际问题应当是那些其数据具有明显 的大量、持久、共享和可靠特征的问题。数据库管理对象的特征在很大程度上也 决定了一个好的数据库系统所应具有的功能。 ( 1 ) 数据量大。要求数据库系统具有对外存储器上的数据的管理能力，包 括提供可选的、有效的文件存储结构以及对存储数据的有效存取路径，以保证系 统有较好的性能。 ( 2 ) 永久保存。要求系统能提供处理临时性数据的程序接口，包括将数据 库中的数据传给程序变量以及将存储在变量中的内存数据传到数据库中保存起来 使之永久化，以便为其他应用和用户使用。 ( 3 ) 多用户共享。数据库要提供对多用户并发数据存取的控制，保证操作 结果的合理性。 ( 4 ) 可靠。要求系统具有抗干扰、抗故障能力。 入们在长期的数据库研究与实践中已经总结出了管理大量、持久、共享、 可靠数据的系统所应具备的完整功能主要包括；外存数据的存储、存取功能：数 据对象的定义与操纵功能；并发控制；安全性控制；完整性控制；故院恢复；与 高级语言接口。 o r a c l e 数据库作为一个通用的数据库系统，可以说具有上述的全部功 能，是一个功能完整的数据库系统。 2 - 3 2优秀的超完备关系型产品 l o 些夏窑堡盔堂亟主堂焦缝塞篮 企 关系系统简单地说就是支持关系模型的系统，即支持关系模型的所有特 征。关系数据库系统的创始人e f c o d d 博士，曾提出衡量一个数据库是否为关 系型产品的十二条基本准则。o r a c l e 数据库系统尽管没有达到全部十二条准则 的要求，但是除了少数几条准则外，大多数的准则都能得到较好的满足。事实上， e f ，c o d d 在比较评价了最著名的几神d b m s 产品与关系模型的贴近度后，指出 o r a c l e 是对1 2 项基本准则贴近度最高的关系d b m s 产品。e 。f c o d d 的这一 权威性评价无疑是对o r a c l e 系统关系功能的最好的肯定。 现存的关系产品无一达到上述c o d d 标准，它只能算是一种理想境界( 我们称 为全关系系统) 。o r a c l e 不仅满足完备关系系统的全部要求，而且在许多方面还 大大超过了，是界于关系完备系统与全关系系统之间的关系产品，因此可称之为 超完备关系系统。 2 3 3实用的分布式数据库产品 o r a c l e 数据库自第5 版起就开始提供分布式处理功能，是世界上第一 个真正具有分布式处理功能的关系数据库产品。尽管一开始仅提供了分布式查询 能力，但在其后继的产品中己逐渐增强了这方面的功能，o r a c l e 第7 版已具有 较完善的分布式数据库功能。 分布式数据库除了具有通常的数据管理问题的一切特征外，还有以下两个显 著的特征： ( 1 ) 数据分布。系统要管理的数据是分布再不同的场地的，“分布”这个词 不同于分散，它有两层意思。一时物理上的分布，即数据在物理上是分散在计算 机网络的不同节点( 场地) 上的，一是逻辑上的集中，即数据在逻辑上相互有语 义上的联系，是属于一个系统的，而不仅仅是各场地的数据的集中。 ( 2 ) 共享。除了集中式系统的信息共享特征外，分布式系统中的信息共享 由于数据的分布又有一些新的特征：一是在共享数据的用户中有些是远地用户； 二是在同时存取同一数据的用户中有些是远地用户；三是在同一个应用中可能同 时涉及多个场地的信息( 即全局应用) ；四是某些应用又完全局限在个场地的信息 ( f l o 局部应用1 。 o r a c l e 分布式数据库系统通过采用一些较简单的技术手段实现了大部 分的分布式功能，是一个真正意义上的实用的分布式数据库系统。 2 3 4具有非常丰富的开发工具 数据库管理系统是管理数据的有效工具，它为我们的应用奠定了良好的 基础，大大提高了开发效率。例如s q l 是一种面向集合的描述性语言，构造一复 杂的的s q l 语句至多也不过是几分钟的事情，但若要用高级语言来完成同样一件 串可能需要几小时甚至更长的时间，其生产率的提高是极其显著的。但是s q l 语 言并不是一种计算完备的语盲，并不能完成全部的事情。 0 r a c l e 数据库应用开发环境应当具有如下特征： ( 1 ) o r a c l e 公司提供有非常丰富的应用开发工具，它主要包括四类软件： c a s e * 是面向系统分析设计人员的：s q l 是面向开发人员的：e a s y * 是面向初级 用户或最终用户的；p r o * 是对高级程序语言的接口。 除上述产品以外，由于o r a c l e 的广泛使用，第三方厂商或应用单位还 开发了许多适用于专业领域的应用生成工具或产品。可以说o r a c l e 有十分全面 的工具产品。 ( 2 ) 非过程性。o r a c l e 的全部工具都是非过程的。 ( 3 ) o r a c l e 工具大多易学易用。 ( 4 ) 开放性。o r a c l e 工具具有良好的开放性。 ( 5 ) 应用集成。o r a c l e 提供了s q l * m e n u 工具，能集成各种应用程序并 创作出应用系统的菜单驱动界面，集成应用比较方便。 可以说o r a c l e 数据库系统具有十分丰富的开发工具集，为用户提供了 功能全面、易学易用、风格统一的高级应用开发环境。 2 3 5具有优良的开放性 “开放性”是计算机与软件产业发展的大趋势，是人们为了摆脱软件开 发和移植困难的沉重包袱而采用的重要措施，其关键是求助于标准协议来改善软 件的开发与运行环境，可以说开放性的实质就是标准协议。 o r a c l e 产品十分注重标准化工作，尽量使自己的产品遵守国际标准， 这也是它广泛流行的重要原因。 ( 1 ) 采用s q l 语言。s q l 语言是国际标准数据库语言，现在几乎所有的关 系产品都支持s q l 语言。o r a c l e 数据库在它1 9 7 9 年推出的第一个商品化关系 型数据库时就采用了s q l 作为其数据语言。 ( 2 ) 可移植性高。应用开发人员面对应用环境发生变化时，最头痛的莫过 于是原来的应用程序是否可以重用，是否可以顺利地移植到新的硬件环境下的问 题。o r a c l e 早在“开放性”概念形成之前就深刻地认识到这个问题。在设计 o r a c l er d b m s 时便与机器有关的部分尽量地少，并采用移植性较好的c 语言 进行开发。这使得o r a c l e 数据库系统可以在很多的操作系统下运行，是目前世 界上唯一具有很宽范围的硬件和操作系统适应性的d b m s 。更重要的是无论是大 型机，还是小型机甚至微机，都采用了一致的用户界面，这使得用户应用程序的 移植十分方便。 ( 3 ) 开放式体系结构。s q l * s t a r 是o r a c l e 的开放的分布式体系结构， 按照这一体系结构，一个o r a c l e 分布式数据库由o r a c l er d b m s 、s q l * n e t 、 s q l * c o r m e c t 和其他非o r a c l e 的关系型产品构成。s q l * n e t 是独立于具体通信 协议的进程通信软件，s q l * c o n n e c t 是与非o r a c l e 数据库连接的通路( g a t e w a y ) 。 可见o r a c l e 系统具有优良的开放性。 j 夏至垣太堂亟堂焦丝塞缝控兰奄塞 3 结构与需求 本文旨在介绍车辆实时跟踪系统中现车信息处理服务器的软件技术。本章介 绍车辆实时跟踪系统的结构及功能需求，和现车信息处理软件的结构及功能。 3 1系统结构 根据车辆实时跟踪技术的功能需要，车辆实时跟踪系统采用三层结构：采集 层、转译层和信息处理层。最下层是现场采集设备，对经过采集点的车辆进行信 息采集：第二层是区域处理工作站，安装在各场信号楼内，对现场采集信息进行 整理和传递，现场采集信息经过区域处理工作站后，通过局域网传送至现车信息 处理服务器；第三层是信息处理层，设备是现车信息处理服务器和数据库，进行 外部信息接收、信息的存储、检索、信息处理和输出。系统结构如下图。 补酃缓瓣 信息缝理餮 l 靛熬洋 l 静驾接腑 ： 莲l 。，i g ，怒 18 谤鳓戳蝓- 毵宁铲魈输入i ，耀磬嚣 | 赫撵辫 | l x 域缝：。毛i 一 | x 魄套蹲 j 。i q 站l l誓楚 警争辛争争 上 上上l上 堍 凌 琏 蘩辘缓 燃 藏 蠖 场 黼” 扬 缡蕊 瀚 震、袋” 鬃袈鬣 、袋 鬟缓 缀 篷繁 鬃 设+浚蹬设2澄。跫 蕊鍪。舞 豁器 器 图3 1 跟踪系统结构 f i g u r e 3 1s y s t e ms t r u c t u r e 外部共享信息包括作业计划、驼峰过程控制系统作业信息、机车监控信 息、报点信息、接车确报信息等。作业结果指每一作业的完成质量和作业结 束后现场存车情况。现车信息处理服务器是系统的核心( 详见3 4 节) 。 1 4 j 立銮垣盘堂亟堂焦迨塞缝翅皇益塞 3 2系统功能需求 编组站车辆实时跟踪技术旨在实时准确地反馈编组站内机车车辆的位置等详 细信息，为作业人员提供准确可靠的现场作业数据，提高各岗位人员掌握现场作 业情况的能力，提高调车作业效率。基本功能如下： 1 编组站车辆实时跟踪技术应用在编组站生产过程中，连续实时地跟踪 站场内的机车和车辆，使指挥、作业人员及时掌握车辆位置和信息，增加作业 的准确性，降低劳动强度。 2 实时全面地展现站场内的车辆信息，用户可按需求查询车辆数据，包 括指定车辆在站场内的位置信息、车辆和货物的详细信息等。 3 将站场内的机车车辆信息进行存储，并根据现场作业执行情况进行实 时更新和保存，需要时可进行车辆移动的历史回放。 4 依据现场采集设备的采集信息，检验作业计划单的完成情况，将作业 计划执行结果实时反馈给综合管理信息系统，辅助作业计划的调整和编制。 为实现机车车辆信息的准确采集和反馈，编组站车辆实时跟踪技术需实现以 下主要子功能： 3 2 1车辆信息的采集 车辆是跟踪中的最小单位，车辆信息的准确性直接关系到跟踪结果。采 集详细准确的车辆信息是车辆实时跟踪技术的重点。 编组站中的车辆信息指进入编组站的车辆的详细信息，主要包括车辆的 始发站、目的地、车种、车型、车号、换长、车辆属性、制造信息、车辆停 靠位置、排列顺号等。 1 ) 始发站和目的地指明了车辆的始发站和终点站； 2 ) 车种和车型指明了车辆的种类和具体型号； 3 ) 车号是车辆的标识，每辆车都有一个车号作为辨认的标志； 4 ) 换长指明了车辆车身的长度； 5 ) 车辆属性指明了该车辆是路用车辆还是企业自备车辆； 6 ) 制造信息指明了车辆的制造长和制造年月； 7 ) 车辆的停靠位置和排列顺号指明了该车辆停靠于某一存车股内道或 连挂于某一机车上的具体顺位。 为了满足编组站综合自动化系统和系统用户的需求，车辆实时跟踪技术 需要向用户提供车辆的始发站、目的地、车种、车型、车号、换长、车辆停 1 5 靠的详细位置等信息。因此，车辆实时跟踪技术必须可靠地采集上述信息。 3 2 2机车信息的采集 机车同样是跟踪中的最小单位，其信息的准确性直接影响最终的跟踪结 果。编组站中的机车信息指进入编组站的本务机车和站内调车机车的详细信 息，主要包括机车型号、机车号、车次号、机车状态、双节车状态等。 1 1 机车型号指明了机车的型号； 2 ) 机车号是机车的标识，每辆机车都有一个机车号作为辨认的标志； 3 ) 车次号是车列的标识，每一车列都有一个车次号作为辨认的标志； 4 ) 机车状态指明了该机车是本务机或调车机； 5 ) 双节车状态指明了该机车为重连机车的a 节或b 节( 重连机车如韶山 3 b ) 。 同样，为了满足编组站综合自动化系统和系统用户的需求，车辆实时跟 踪技术需要向用户提供机车的机车型号、机车号、车次号、机车状态、双节 车状态等信息。因此，车辆实时跟踪技术必须可靠地采集上述信息。 3 2 3联锁信息的采集 联锁信息的采集主要指采集联锁系统的表示信息。在铁路现场复杂多变 的环境中，联锁系统的表示信息的可靠性远高于其它采集设备。联锁系统的 表示信息主要包括轨道电路占用状态，信号机状态等。根据联锁系统表示信 息，可以推知机车车辆的移动轨迹、出发股道和目的股道，准确地掌握机车 车辆的移动。根据轨道电路的