動(dòng)車組車載信息無(wú)線傳輸系統(tǒng)應(yīng)用

王洪波

摘要：車載信息無(wú)線傳輸系統(tǒng)由車載主機(jī)、車載天線、多頻段合路器、天線延長(zhǎng)電纜構(gòu)成，對(duì)列車運(yùn)行狀態(tài)與報(bào)警信息進(jìn)行采集處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無(wú)線發(fā)送。高速動(dòng)車組運(yùn)行途中傳輸?shù)男畔⒖煞譃閯?dòng)態(tài)位置跟蹤信息、基本狀態(tài)信息和故障信息等。根據(jù)動(dòng)車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)工作原理，主要狀態(tài)與報(bào)警信息在列車WTB/MVB網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。因此，車載主機(jī)接入MVB網(wǎng)絡(luò)獲取有關(guān)牽引、制動(dòng)、軸溫、空調(diào)、門(mén)等子系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)GPS功能模塊獲取列車位置信息，通過(guò)GPRS發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，若終到車站或動(dòng)車運(yùn)用所具備WLAN無(wú)線覆蓋，則可通過(guò)WLAN實(shí)現(xiàn)過(guò)程記錄數(shù)據(jù)的無(wú)線下載。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；車載信息；無(wú)線傳輸系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著高速動(dòng)車組開(kāi)行，鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)面臨的安全壓力急劇增長(zhǎng)，通過(guò)高速動(dòng)車組遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸系統(tǒng)監(jiān)控列車運(yùn)行狀態(tài)保證行車安全變得尤為重要。CRH380B型動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)速度高達(dá)300km/h，一旦發(fā)生故障將會(huì)對(duì)運(yùn)行安全、運(yùn)輸秩序造成影響。地面檢修人員通過(guò)遠(yuǎn)程客戶端可以提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，協(xié)助乘務(wù)人員處理故障，提高故障處理效率，從而保證列車的運(yùn)行。

1動(dòng)車組無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1網(wǎng)絡(luò)接入功能

該系統(tǒng)可以利用運(yùn)營(yíng)商3G/4G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ脤拵ЬW(wǎng)絡(luò)接入公眾互聯(lián)網(wǎng)，以安全管理需要為基準(zhǔn)，建立列車局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間的VPN通道，以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)接入。

1.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與互通功能

一方面，車載無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)提供車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)內(nèi)用戶終端可共享車載無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)容服務(wù)；另一方面，該系統(tǒng)與客站或是車庫(kù)無(wú)線局域網(wǎng)互通，提供無(wú)線局域網(wǎng)互通接口，使得乘客利用客站、車庫(kù)內(nèi)無(wú)線局域網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)管理中心進(jìn)行信息交互。

1.3認(rèn)證鑒權(quán)功能

在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)可以對(duì)用戶身份進(jìn)行認(rèn)證，在用戶接入車載局域網(wǎng)時(shí)提供PORTAL服務(wù)，可導(dǎo)航到指定的頁(yè)面，并提供用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的鑒權(quán)功能，對(duì)用戶的身份、權(quán)限及訪問(wèn)內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)證。

1.4安全防護(hù)功能

在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)遵循互聯(lián)網(wǎng)安全防衛(wèi)要求進(jìn)行操作執(zhí)行，并在互聯(lián)網(wǎng)通道安裝防火墻，防止病毒入侵、黑客攻擊等惡意破壞行為，對(duì)用戶行為進(jìn)行記錄與追溯，用戶信息、用戶行為和故障報(bào)警等重要數(shù)據(jù)應(yīng)保存60天以上，阻斷和監(jiān)測(cè)非授權(quán)AP，并同時(shí)具備互聯(lián)網(wǎng)出口端口防護(hù)功能和黑白名單設(shè)置功能，安全防護(hù)等級(jí)高。

2數(shù)據(jù)采集方案

2.1設(shè)備接入

車載主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口接入列車MVB網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)，通過(guò)低壓電路進(jìn)行供電，在車頂安裝GPS、GPRS和WLAN天線，通過(guò)天線饋線和合路器，接入車載主機(jī)。

2.2列車運(yùn)行參數(shù)采集

車載主機(jī)通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)采集列車運(yùn)行參數(shù)。動(dòng)車組一般為8輛編組，分為兩個(gè)牽引單元，車載主機(jī)在每個(gè)牽引單元各安裝一個(gè)，通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)采集本單元的列車運(yùn)行參數(shù)，采樣周期約為0.1秒。采集到的列車參數(shù)分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括列車速度、高壓系統(tǒng)狀態(tài)、牽引系統(tǒng)狀態(tài)、制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)、關(guān)鍵部件溫度和司機(jī)操作動(dòng)作等。轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)則包括當(dāng)前牽引單元完整的MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

2.3列車故障數(shù)據(jù)采集

車載主機(jī)對(duì)列車故障數(shù)據(jù)的采集通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)完成。車載主機(jī)控制軟件直接讀取網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的列車診斷報(bào)文，根據(jù)報(bào)文內(nèi)容讀取并對(duì)應(yīng)列車故障數(shù)據(jù)。包括故障代碼、故障車號(hào)、故障狀態(tài)（發(fā)生或恢復(fù)）和故障時(shí)間等。

2.4列車位置信息采集

2.4.1概述

車載主機(jī)內(nèi)置了衛(wèi)星定位模塊，同時(shí)在車頂安裝了衛(wèi)星定位天線，從而能夠通過(guò)衛(wèi)星定位采集列車當(dāng)前位置和速度信息，同時(shí)還具備衛(wèi)星授時(shí)功能。

2.4.2衛(wèi)星定位系統(tǒng)

目前常用的衛(wèi)星系統(tǒng)包括GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)。

GPS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)成熟，衛(wèi)星數(shù)量多，覆蓋范圍廣。與GPS系統(tǒng)相比，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有下列優(yōu)勢(shì)：（1）同時(shí)具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持。（2）特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。（3）融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資源，因此也可利用GPS使之應(yīng)用更加豐富。（4）自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門(mén)應(yīng)用。

2.4.3設(shè)計(jì)方案

為了能夠兼顧GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，車載主機(jī)內(nèi)置的衛(wèi)星定位模塊及車頂天線，能支持北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)兩種定位機(jī)制。當(dāng)GPS系統(tǒng)可用時(shí)，車載主機(jī)從GPS系統(tǒng)讀取列車當(dāng)前位置、速度和時(shí)間參數(shù)；當(dāng)北斗系統(tǒng)可用時(shí)，車載主機(jī)從北斗系統(tǒng)讀取列車當(dāng)前位置、速度和時(shí)間參數(shù)。當(dāng)GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)均可用時(shí)，車載主機(jī)可優(yōu)先從北斗系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)。

3數(shù)據(jù)傳輸方案

3.1設(shè)備接入

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛娣?wù)器。對(duì)于列車關(guān)鍵參數(shù)，車載主機(jī)采用定時(shí)發(fā)送機(jī)制，發(fā)送周期一般為1分鐘，該周期可通過(guò)服務(wù)軟件進(jìn)行配置。對(duì)于列車故障信息，車載主機(jī)采用響應(yīng)式發(fā)送機(jī)制，檢測(cè)到故障信息后立即進(jìn)行發(fā)送。

3.2轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸

車載主機(jī)采集的轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)包括當(dāng)前牽引單元的完整MVB過(guò)程數(shù)據(jù)。由于轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大，采用WLAN方式進(jìn)行傳輸。車載主機(jī)內(nèi)置WLAN板卡，能夠連接配置好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

動(dòng)車運(yùn)用所如果部署符合約定的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則當(dāng)動(dòng)車組進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域后，車載主機(jī)能夠首先通過(guò)廣播方式搜索網(wǎng)內(nèi)可用的轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，如果存在可用服務(wù)器，車載主機(jī)將自動(dòng)連接該服務(wù)器，再通過(guò)FTP或其他方式將保存在本地的轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。

4地面系統(tǒng)方案

4.1概述

車載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集列車運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將上述數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)器，地面子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、處理、存儲(chǔ)列車數(shù)據(jù)，并以Web方式提供用戶接口，使用戶能夠隨時(shí)查詢列車當(dāng)前狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。

4.2子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程系統(tǒng)地面子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接收處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和用戶接口模塊組成，其中數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)接收車載設(shè)備發(fā)送的列車數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式對(duì)各類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)；用戶接口模塊能及時(shí)反映列車數(shù)據(jù)的變化情況，對(duì)各類數(shù)據(jù)的趨勢(shì)進(jìn)行歸納，具備較高的可讀性。

4.3關(guān)鍵技術(shù)

4.3.1列車故障數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢與導(dǎo)出

為了保證滿足目標(biāo)用戶需求，遠(yuǎn)程系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中采取了一系列手段。第一，車載子系統(tǒng)對(duì)列車故障數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)重傳，保證列車故障數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不會(huì)發(fā)生遺漏。第二，地面子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，使用列車故障數(shù)據(jù)的核心參數(shù)（即列車編號(hào)、故障代碼和故障時(shí)間等）生成針對(duì)每一條列車故障記錄的數(shù)據(jù)簽名，保證列車故障數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)中不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。第三，地面子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢模塊，通過(guò)有效組織查詢條件，保證列車故障數(shù)據(jù)的導(dǎo)出結(jié)果中與用戶查詢請(qǐng)求嚴(yán)格一致。

4.3.2用戶訪問(wèn)控制

為了在便于用戶使用的同時(shí)保證數(shù)據(jù)安全，地面子系統(tǒng)采用了嚴(yán)格的用戶訪問(wèn)控制機(jī)制。用戶賬戶不開(kāi)放注冊(cè)，采用實(shí)名制人工申請(qǐng)審核模式。在服務(wù)端維護(hù)用戶狀態(tài)列表，所有用戶請(qǐng)求均首先檢查用戶狀態(tài)，并隨時(shí)記錄用戶操作日志。

結(jié)論

車載信息無(wú)線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集車載數(shù)據(jù)并發(fā)送至地面服務(wù)器，該系統(tǒng)能夠?yàn)榈孛嬷笓]中心提供大量動(dòng)車組工作狀態(tài)信息。當(dāng)動(dòng)車組運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，地面指揮人員可借助該系統(tǒng)提供的信息，快捷并有效地發(fā)出各類應(yīng)急處理措施，為動(dòng)車組的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：北京鐵路集團(tuán)天津動(dòng)車客車段天津動(dòng)車所）