利用GSM-R建設(shè)列車運行狀態(tài)信息系統(tǒng)

劉靜波 趙海萍 趙文斌

劉靜波:青藏鐵路公司電務(wù)部 助理工程師 810007 西寧

趙海萍:青藏鐵路公司電務(wù)部 工程師 810007 西寧

趙文斌:青藏鐵路公司西寧電務(wù)段 高級工程師 810007 西寧

2004年全路六大干線開始建設(shè)和推廣使用列車運行狀態(tài)信息系統(tǒng)(以下簡稱LAIS)以來，各路局已建成和運用的LAIS都是基于移動公網(wǎng)，即利用移動或聯(lián)通GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車-地之間的數(shù)據(jù)遠程傳輸。由于GSM/GPRS用于民用，在鐵路沿線和山區(qū)存在信號盲區(qū)，隧道等特殊環(huán)境完全沒有信號，從路局使用效果來看，不可避免地存在掉線及數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題，從而造成信息的短時中斷和不穩(wěn)定情況，影響數(shù)據(jù)的實時性和連續(xù)性，導(dǎo)致運用效果不夠理想。同時，使用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，每年會產(chǎn)生幾十萬元甚至更高的GPRS流量資費，增加了鐵路的運輸成本。

鑒于以上問題，青藏鐵路公司在設(shè)計建設(shè)LAIS系統(tǒng)時，結(jié)合青藏鐵路已全線覆蓋GSM-R鐵路專用網(wǎng)絡(luò)的實際，率先采用GSM-R鐵路專網(wǎng)實現(xiàn)車-地之間的數(shù)據(jù)遠程傳輸，重新設(shè)計組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件，實現(xiàn)了列車運行數(shù)據(jù)遠程穩(wěn)定、快速傳輸和機車入庫自動下載LKJ記錄文件的功能。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)由車載采集系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)、GSM-R鐵路專網(wǎng)、WLAN無線局域網(wǎng)4部分組成。

1．車載采集系統(tǒng):由TSC1無線傳輸裝置通過CAN總線向LKJ實時獲取設(shè)備信息、運行實時信息、記錄文件。采用UDP協(xié)議與GSM-R鐵路專網(wǎng)中的M-GRIS服務(wù)器進行連接，實現(xiàn)車載設(shè)備的遠程接入與數(shù)據(jù)交互。

2．地面應(yīng)用系統(tǒng):在原有系統(tǒng)上新增GSM-R接口服務(wù)器，采用TCP協(xié)議與M-GRIS服務(wù)器進行數(shù)據(jù)實時交互，實現(xiàn)鐵路生產(chǎn)網(wǎng)與GSM-R鐵路專網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)化改進了通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的軟件。

3．WLAN無線局域網(wǎng):在西寧、格爾木機務(wù)段庫內(nèi)建設(shè)2.4 G的無線局域網(wǎng)絡(luò)，重新設(shè)計開發(fā)了WLAN無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器軟件，實現(xiàn)了機車入庫后自動下載LKJ記錄文件。

4．GSM-R鐵路專網(wǎng):青藏公司根據(jù)本地實際情況建設(shè)運營的無線移動鐵路專網(wǎng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，較好地實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)的傳輸。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

青藏鐵路公司在設(shè)計建設(shè)LAIS系統(tǒng)時，采用先進的AP無線級聯(lián)技術(shù)，解決AP間的快速路由，實現(xiàn)AP之間的互聯(lián)，如圖2所示。圖中AP(根)相當(dāng)于根天線，AP和天線構(gòu)成了一定范圍的WLAN無線覆蓋區(qū)域。安裝有LAIS車載設(shè)備的機車進入WLAN范圍后，車-地自動建立無線連接，經(jīng)服務(wù)器認證后，車載數(shù)據(jù)通過無線AP下載到地面。AP使用2.4 GHz的射頻信號用于WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，使用5.8 GHz的射頻信號用于AP與AP之間的數(shù)據(jù)回傳。

圖2 WLAN無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流

系統(tǒng)通過GSM-R鐵路移動專網(wǎng)實現(xiàn)了對在途列車運行狀態(tài)的遠程實時監(jiān)測和運行記錄的回傳下載;通過WLAN無線局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機車入庫WLAN無線自動下載LKJ記錄文件，可替代以往人工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲的工作。不僅對行車安全提供了保障，而且提高了整體運輸效率。

2.1 遠程數(shù)據(jù)流處理

按照數(shù)據(jù)流向，列車運行實時信息數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3所示。它包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用三部分。

1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸部分，包括車載數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)車-地傳輸層、地面?zhèn)鬏攲?。其中車載數(shù)據(jù)采集層通過車載無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的各種通信接口如以太網(wǎng)、CAN、RS485、RS422、RS232等，從其他行車設(shè)備獲取數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)車-地傳輸層主要依托GSM-R鐵路專網(wǎng)實現(xiàn)在途機車的遠程數(shù)據(jù)傳輸，機車入段后利用2.4G無線局域網(wǎng)，將機車車載設(shè)備的全程記錄信息通過無線下載到WLAN通信服務(wù)器;地面?zhèn)鬏攲又饕獮橛芯€網(wǎng)絡(luò)，通過MQ中間件的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，完成數(shù)據(jù)信息傳遞。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理部分，主要完成數(shù)據(jù)的解析，對數(shù)據(jù)進行邏輯分析，判斷設(shè)備狀態(tài)，并將結(jié)果存入ORACLE數(shù)據(jù)庫。

3．?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用部分，主要為系統(tǒng)提供各種應(yīng)用服務(wù)，如機車追蹤、機車分布、故障報警等功能。

2.2 WLAN無線轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)流處理

機車回段入庫后，列車運行監(jiān)控全程記錄文件和機車檢測全程記錄文件，通過WLAN無線局域網(wǎng)自動下載到地面服務(wù)器。機務(wù)段、電務(wù)段各相關(guān)業(yè)務(wù)部門可以通過相應(yīng)的處理終端對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進行調(diào)用以及分析處理。全程記錄文件也可以通過鐵路辦公網(wǎng)絡(luò)傳送到公司等業(yè)務(wù)主管部門，對其進行分析、查詢。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲信息流程如圖4。

圖3 列車運行實時信息數(shù)據(jù)傳輸流程圖

圖4 WLAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲信息流程

3 使用效果

青藏鐵路公司LAIS經(jīng)過半年的運用，達到了以下效果。

1．利用GSM-R鐵路專網(wǎng)建成的LAIS系統(tǒng)運用質(zhì)量較移動公網(wǎng)建設(shè)的系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，在高原、山區(qū)和隧道中實現(xiàn)了全線無盲區(qū)，傳輸?shù)艟€情況極少發(fā)生，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和連續(xù)性良好，遠程下載LKJ運行記錄文件速度快、下載穩(wěn)定。目前GSM-R遠程文件下載一次性成功率大于98%，記錄文件遠程下載100KB約為5 min。而利用移動公網(wǎng)的GPRS傳輸，100KB字節(jié)的文件需耗時30 min，數(shù)據(jù)傳輸速度有了較大提高。同時，使用GSM-R鐵路專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，每年可以節(jié)省幾十萬元甚至更高的通信費用。

2．青藏鐵路公司在西寧機務(wù)段、格爾木機務(wù)段庫內(nèi)建設(shè)了全覆蓋的高速、高可靠性的WLAN網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的實測速率達到20 Mb/s，機車入庫可快速自動下載LKJ運行記錄文件，并發(fā)送到相應(yīng)處理系統(tǒng)，節(jié)省了轉(zhuǎn)儲設(shè)備，減少了人員的工作量。

3．利用新建的LAIS系統(tǒng)，可以實時跟蹤、對比LKJ數(shù)據(jù)版本的更新情況，掌握LKJ數(shù)據(jù)的換裝工作并保證換裝的及時性和準(zhǔn)確性。

4．LAIS車載主機應(yīng)用軟件的無線自動升級功能，節(jié)省了人工逐臺升級的繁重工作量。

4 結(jié)論

青藏鐵路公司首次利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開發(fā)的LAIS系統(tǒng)，現(xiàn)場運用和驗證都取得了良好的效果，達到了預(yù)期目標(biāo)，提升了列車運行安全信息化管理質(zhì)量，為鐵路行車安全和應(yīng)急處置提供了快捷的信息渠道，提高了運輸效率和管理能力。同時，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建成的LAIS系統(tǒng)的傳輸平臺和WLAN無線局域網(wǎng)可以傳輸更多種類的列車信息，因此，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的LAIS系統(tǒng)，具有廣泛推廣運用的價值和前景。