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原文传递铁路防路伤报警系统的安全协议设计

论文题名：	铁路防路伤报警系统的安全协议设计
关键词：	铁路线路;防路伤报警系统;安全协议;模块设计
摘要：	随着铁路事业的不断发展，防止发生路外伤亡成为目前一项重要工作，这对于具有桥梁多、隧道多、道口多等特点的铁路线就更显得重要。传统的防范方法只有局部地段采用隔离网进行封闭，重要路口设置栏杆。但随着地方经济的发展和铁路的不断提速，也开始采取铁路公路立交、下穿式隧道、过街天桥等措施，这些措施不且投资巨大，而且工程浩大、工期较长。为此设计一套在列车到达路伤重点区域前发出警报信号，达到警告在该地段的行人远离铁路，确保列车安全通过的智能、可靠、实时的报警系统显得具有良好的实际应用价值。　　本文中的报警系统结构主要由发射装置、接收装置和服务器三部分组成。发射装置利用GPS定位模块对列车的当前坐标和车速进行采集，并将采集信息自动通过GPRS通信模块上传至服务器。服务器根据预设的路伤重点区域的坐标列表进行实时比对，当达到警戒区域时（一般距离路伤重点区域两公里，可调整），服务器发射装置自动通过GPRS通讯模块，将报警信息通过无线信道同时传递给接收装置和发射装置。接收装置和发送装置收到报警信息后对信息包进行解码和内容校验，确认信息无误的情况下立即向服务器返回确认信息，并通过喇叭播放预设的警示语音报警，接收装置还会启用警报灯。这套系统通过网络通信将列车上的定位系统与道口的终端报警系统紧密的结合在一起，三部分互相合作、互相反馈，从而保证了系统的高度集中性，有利于系统的可靠性和稳定性。而在实现上三部分分开独立设计并测试，将问题抽象简化，隔离了故障的传播。　　从系统的总体结构来看，系统的可靠、高效的通信是整个系统能够成功应用于实际铁路运输线路上的一个关键因素。然而近几年火车速度不断提升，这种高速移动的环境对协议安全提出了更高的要求，而且火车线路绵延数千里，穿越城市和山区，导致通信情况复杂多变，因此实现一套安全协议具有较大的难度和明确的意义。本文针对这种特殊的环境情况和应用需求，设计并实现了协议解决方案。该协议采用分层协议模型的思想设计了用于网络传输的网络协议和用于控制终端的控制协议。两层之间相互独立具有较好的灵活性，结构上可以分割开从而易于实现和维护，并且能够促进标准化工作，具有一定的可扩展性。而且协议中包含用于报警提前预测的相关信息，既可以在数据有效时进行辅助测试，也可以在数据失效时进行自动推算预警信息，从而保证系统的可靠通信。　　由于系统对可靠性的高度要求，以及为了对系统行为的更全面深入的研究，本文利用Petri网这一种重要工具对系统可靠性进行研究。Petri网着眼于系统的状态描述和动态变化，因而广泛应用于复杂系统的设计和分析中。铁路防路伤报警系统中可能产生的通信故障是一种典型的动态行为过程，而Petri网用于故障诊断具有结构表达图形化、推理搜索的快速化以及诊断过程的数学化等优点。因此本文中利用Petri网来描述和分析铁路报警系统的动态行为过程，从而对系统的安全通信协议进行验证并给出分析报告，为实现高可靠性的协议提供基础和保证。　　最后，本文给出了该系统在实际铁路线上应用的通信数据分析报告，结果表明该系统取得了良好的性能。
作者：	李华增
专业：	计算机技术
导师：	吴百锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	复旦大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文