北斗短報(bào)文技術(shù)在機(jī)車車載數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測及診斷專家系統(tǒng)中的應(yīng)用

（大連機(jī)車研究所公司電力電子事業(yè)部，大連 116000）

0 引言

1 機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)概述及總體架構(gòu)

該機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)分為3個(gè)子系統(tǒng)：車載綜合信息子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)以及地面綜合信息處理子系統(tǒng)[2]，系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。車載綜合子系統(tǒng)主要由車載終端、通信天線以及配套線纜組成，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車的在途狀態(tài)、故障信息以及安全信息的采集、存儲以及傳輸，完成不同系統(tǒng)之間的信息統(tǒng)一傳輸以及共享。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)分為有線和無線兩個(gè)部分，根據(jù)不同的傳輸需求，采取不同的傳輸策略。地面綜合信息處理子系統(tǒng)主要功能為處理數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，存入信息處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過后臺解析，在前臺形成圖像化界面，從而形成從車到地的立體展示平臺，實(shí)現(xiàn)包括專家診斷、數(shù)據(jù)管理、故障事件、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫等功能。

2 車地?cái)?shù)據(jù)傳輸方案

在機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)中，機(jī)車上的各個(gè)設(shè)備是整個(gè)系統(tǒng)的“神經(jīng)末梢”，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)車各設(shè)備所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)最后能夠存入信息處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)的車載綜合信息子系統(tǒng)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類別，采取不同的傳輸策略，將機(jī)車數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳送至地面綜合子系統(tǒng)[3]。

圖1 系統(tǒng)總體框架

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類別主要分為實(shí)時(shí)視頻信息、歷史視頻信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息、故障信息以及事件信息等，該子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2。因?yàn)槟壳耙阎能嚨貍鬏敿夹g(shù)如GSM-R、3G/4G、WLAN、北斗報(bào)文通信等均存在一定局限性，所以通過分析不同數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，選用不同的傳輸技術(shù)，這樣才能夠真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息互通和車地管理互動。例如，對于視頻數(shù)據(jù)，要確保其視頻的丟幀達(dá)到最小，使其對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾室约皝G包率要求比較嚴(yán)格，另外考慮到視頻的傳輸需要大量的流量需求，因此適合采用移動通信網(wǎng)絡(luò)。再比如WLAN網(wǎng)絡(luò)能夠在局域網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行大容量的數(shù)據(jù)存儲，對于實(shí)時(shí)性要求不高的故障數(shù)據(jù)以及事件信息，可以等在機(jī)車入段之后通過連接入合法的無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高速率、大寬帶傳輸以及零資費(fèi)。

此外，因?yàn)楸倍穲?bào)文短報(bào)文通信技術(shù)由于具有全天候、不受地形地貌以及自然災(zāi)害發(fā)生所造成移動信號中斷的影響，所以可以利用該技術(shù)，傳送機(jī)車關(guān)鍵狀態(tài)信息，并且發(fā)送北斗短報(bào)文的北斗通信模塊供電方式靈活，當(dāng)機(jī)車在斷電時(shí)，通過機(jī)車蓄電池，北斗通信模塊仍然能夠周期性發(fā)送機(jī)車關(guān)鍵信息，有助讓鐵路部門及時(shí)掌握機(jī)車的狀態(tài)，有利于恢復(fù)行車秩序。另外，北斗短報(bào)文信息在落地之后可以不經(jīng)過任何公網(wǎng)直接進(jìn)入地面數(shù)據(jù)中心，使用該技術(shù)也確保了時(shí)效性以及保密性。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)框架

3 北斗短報(bào)文發(fā)送信息內(nèi)容

由上節(jié)所述，在機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)中，為了防止在因自然災(zāi)害造成的機(jī)車電力中斷或移動信號中斷的情況，系統(tǒng)使用北斗短報(bào)文通信技術(shù)，通過機(jī)車供電或蓄電池供電方式，周期性發(fā)送的傳送關(guān)鍵信息至地面綜合子系統(tǒng)。北斗短報(bào)文發(fā)送信息包含以下幾種。

（1）機(jī)車型號信息。即在途機(jī)車的類型以及車號，表明機(jī)車身份，是分析機(jī)車狀態(tài)不可缺少的信息。

（2）時(shí)間信息。表示該北斗短報(bào)文發(fā)送的時(shí)間，該時(shí)間信息為車載綜合信息子系統(tǒng)的LDP機(jī)箱系統(tǒng)信息。

豬鏈球菌鏡檢呈圓形或橢圓形，常多個(gè)集聚呈鏈狀排列，鏈長短不一，革蘭氏染色陽性。鏈球菌細(xì)胞壁內(nèi)含多種氨基酸糖，根據(jù)其特異性抗原的不同共有19個(gè)血清型。引起豬鏈球菌的病原C群的獸疫鏈球菌占絕大多數(shù)，此次未能對分離的鏈球菌進(jìn)行血清型鑒定。豬鏈球菌病根據(jù)臨床表現(xiàn)可分為四種類型：敗血癥型、腦膜腦炎型、關(guān)節(jié)炎型、化膿性淋巴結(jié)炎（淋巴結(jié)膿腫）型。

（3）經(jīng)緯度信息。該信息為通過四顆北斗衛(wèi)星計(jì)算出的機(jī)車坐標(biāo)信息[4]。

（4）機(jī)車速度信息。該信息由車載LDP的GPS信息確定。

（5）機(jī)車海拔高度。該信息由車載LDP的GPS信息確定。

4 北斗短報(bào)文編碼

北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)的傳輸格式包括指令、長度、信息內(nèi)容以及校驗(yàn)和四部分組成，如圖3所示。

圖3 北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸格式

根據(jù)對北斗傳送信息分析，對短報(bào)文中的內(nèi)容信息格式進(jìn)行定義，如圖4所示。

圖4 信息內(nèi)容格式定義

為了使短報(bào)文中的信息內(nèi)容表達(dá)關(guān)鍵信息，舉例對經(jīng)緯度、海拔、速度等信息進(jìn)行編碼如下。

（1）源設(shè)備號。代表通信發(fā)送方設(shè)備編號，此編號與以太網(wǎng)通訊設(shè)備編號相對應(yīng)，用1個(gè)字節(jié)表示。

（2）宿設(shè)備號。代表通信接收方設(shè)備編號，此編號與以太網(wǎng)通信設(shè)備編號相對應(yīng)，用1個(gè)字節(jié)表示。

（3）機(jī)車型號。標(biāo)識發(fā)送北斗短報(bào)文的機(jī)車類型，用2個(gè)字節(jié)標(biāo)識。

（4）機(jī)車號。標(biāo)識發(fā)送北斗短報(bào)文的機(jī)車編號，用2個(gè)字節(jié)表示。

（5）時(shí)間。標(biāo)識北斗短報(bào)文的具體時(shí)間。包括年、月、日、時(shí)、分、秒，每個(gè)單位用一個(gè)字節(jié)表示，一共6個(gè)字節(jié)。

（6）經(jīng)度。標(biāo)識北斗短報(bào)文的東經(jīng)信息，由北斗衛(wèi)星確定，一共4個(gè)字節(jié)。

（7）緯度。標(biāo)識北斗短報(bào)文的北緯信息，由北斗衛(wèi)星確定，一共4個(gè)字節(jié)。

（8）速度。標(biāo)識北斗短報(bào)文的速度信息，由GPS確定，一共2個(gè)字節(jié)。

（9）海拔。標(biāo)識北斗短報(bào)文的高度信息，由GPS確定，一共2個(gè)字節(jié)。

（10）數(shù)據(jù)內(nèi)容。在機(jī)車蓄電池供電的情況下，該數(shù)據(jù)內(nèi)容為LDP廠家編號、北斗軟件版本信息、北斗軟件時(shí)間版本信息，一共10個(gè)字節(jié)。在機(jī)車正常供電的情況下，也為10個(gè)字節(jié)，但該字節(jié)段內(nèi)容為0x00。

通過編碼，短報(bào)文可以基本保證地面獲取關(guān)鍵信息，并且留有信息擴(kuò)展余地。

5 北斗短報(bào)文應(yīng)用

車載綜合信息子系統(tǒng)的LDP接收到機(jī)車各類原始數(shù)據(jù)之后，通過封包處理等手段將各類信息按照不同的傳輸策略發(fā)送至地面綜合子系統(tǒng)，其中機(jī)車的關(guān)鍵信息按照圖3、圖4進(jìn)行編碼，繼而傳送至地面，從而實(shí)現(xiàn)北斗短報(bào)文技術(shù)在機(jī)車車載遠(yuǎn)程監(jiān)測及專家診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用。

通過調(diào)試筆記本，可以查看到按照編碼規(guī)則進(jìn)行編碼后的北斗短報(bào)文，如圖5所示。

圖5 通過調(diào)試筆記本查看LDP發(fā)送的北斗短報(bào)文內(nèi)容

當(dāng)機(jī)車供電北斗短報(bào)文傳送至地面綜合子系統(tǒng)后臺，通過讀取短報(bào)文中信息類型字段，解析出短報(bào)文供電類型，再通過后臺運(yùn)算處理，將北斗短報(bào)文中關(guān)鍵信息通過前端顯示，如圖6、圖7所示。

圖6 地面綜合信息處理子系統(tǒng)接收到的機(jī)車供電時(shí)北斗短報(bào)文界面

圖7 地面綜合信息處理子系統(tǒng)接收到的蓄電池供電時(shí)北斗短報(bào)文界面

6 結(jié)束語

隨著我國鐵路信息化的逐步推進(jìn)，對機(jī)車載數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測及診斷功能顯得舉足輕重。北斗通信短報(bào)文技術(shù)為機(jī)車數(shù)據(jù)傳送提供了傳輸策略，將機(jī)車關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送至地面綜合子系統(tǒng)，為機(jī)車的日常維護(hù)提供了便利條件。