基于TRDP實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

馮鎖磊

摘 要：高速列車的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展都是民生項(xiàng)目，與人們的日常生活和日常學(xué)習(xí)都息息相關(guān)。我國(guó)這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用處于世界先列地位，并且與鄰國(guó)之間展開(kāi)了戰(zhàn)略合作，這為我國(guó)高速列車與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展應(yīng)用提供了支持。文章以基于TRDP實(shí)時(shí)協(xié)議以太網(wǎng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用為主要論點(diǎn)展開(kāi)研究，以期能夠?yàn)槲覈?guó)的軌道交通行業(yè)中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用研究作出一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：TRDP實(shí)時(shí)以太網(wǎng);火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);高速列車

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0039-02

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速列車已經(jīng)為我國(guó)人民的生活帶來(lái)了很大的便利，人們利用高速列車改善了自身的生活形式，而且我國(guó)高速列車技術(shù)的研發(fā)運(yùn)營(yíng)水平處于世界領(lǐng)先地位。但我國(guó)的高速列車在運(yùn)行過(guò)程中也還有很多矛盾需要調(diào)和，例如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。本篇文章利用基于TRDP協(xié)議實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的功能來(lái)對(duì)高速列車上的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效研究，希望能夠?yàn)檐壍澜煌ㄖ谢馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展提供支持。

1 高速列車火災(zāi)的主要特點(diǎn)

如何更高效地進(jìn)行高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究，就必須明確高速列車火災(zāi)的特點(diǎn)，才能夠根據(jù)高速列車上火災(zāi)的特點(diǎn)作出反應(yīng)，研究出適應(yīng)高速列車防火的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

第一，高速列車的行駛速度快。一旦列車上發(fā)生火災(zāi)，在風(fēng)的作用影響下火勢(shì)就會(huì)迅速蔓延，對(duì)乘客和車輛的安全造成嚴(yán)重影響。

第二，高速列車的火災(zāi)控制難度大。主要因?yàn)閮牲c(diǎn)原因，一是高速列車上人員比較密集，發(fā)生火災(zāi)時(shí)乘客在慌張的情況下難以有正確的心理狀態(tài)來(lái)逃離火災(zāi)，這是造成高速列車一旦發(fā)生火災(zāi)難以逃生的主要原因;二是外界救助比較困難，高速列車是在軌道上運(yùn)行，大部分運(yùn)行區(qū)間都是遠(yuǎn)離城市，如果高速列車在運(yùn)行途中發(fā)生火災(zāi)，申請(qǐng)外界救助的難度比較大。

基于以上兩種原因，高速列車發(fā)生火災(zāi)造成的后果比普通火災(zāi)造成的后果要嚴(yán)重很多，而且救助很困難，所以我們就必須大力開(kāi)展高速列車中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究，學(xué)會(huì)防患于未然，才能真正防止火災(zāi)對(duì)乘客們?cè)斐蓚?，才能將高速列車的安全指?shù)提升到最高。

2 基于TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的研究

TRDP（Train Real-time Data Protocol）協(xié)議，適用于列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN中的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)ECN，由IEC61375-2-3規(guī)定其標(biāo)準(zhǔn)。法國(guó)阿爾斯通、德國(guó)西門子、日本三菱等國(guó)外鐵路設(shè)備企業(yè)，已對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大力推廣。此標(biāo)準(zhǔn)制定的主要原因是目前列車通訊的數(shù)據(jù)量劇增，而傳統(tǒng)列車總線MVB越來(lái)越無(wú)法滿足大數(shù)據(jù)量傳輸，所以采用以太網(wǎng)通訊，可以滿足數(shù)據(jù)的傳輸要求。由于其在價(jià)格相對(duì)MVB通訊網(wǎng)卡，較低廉，速度快，數(shù)據(jù)量大等優(yōu)點(diǎn)，使之成為未來(lái)TCMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

TRDP協(xié)議位于TCP/UDP傳輸層之上。TRDP主要用于過(guò)程數(shù)據(jù)（Process Data）和消息數(shù)據(jù)（MessageData）的傳輸。過(guò)程數(shù)據(jù)主要用于列車控制，傳遞命令和狀態(tài)消息，數(shù)據(jù)量大，要求高可靠性、實(shí)時(shí)性和確定性，一般周期性傳送。消息數(shù)據(jù)主要用于故障和診斷信息，數(shù)據(jù)量長(zhǎng)短不一，一般按需傳送，需要一定的實(shí)時(shí)性?；赥RDP的應(yīng)用無(wú)論在終端設(shè)備、編組或者列車內(nèi)部或者外部，都可以彼此之間以透明的方式通信。

PD和MD通信基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，包含push和pull操作。PD消息一般由發(fā)布者（publisher）發(fā)布PD消息，訂閱用戶（subscriber）接收此PD消息。MD消息通常由請(qǐng)求者（caller）發(fā)出請(qǐng)求，已監(jiān)聽(tīng)的應(yīng)答者（replier）作出回復(fù)，請(qǐng)求者再確認(rèn)收到應(yīng)答。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，列車上的很多管理工作都必須利用數(shù)據(jù)傳輸工作來(lái)完成，所以實(shí)時(shí)以太網(wǎng)便可以運(yùn)用于這一系列的數(shù)據(jù)傳輸工作。目前，我國(guó)對(duì)列車的數(shù)據(jù)傳輸工作的要求已經(jīng)越來(lái)越高，在這種高要求、高標(biāo)準(zhǔn)之下，基于TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的研究也越來(lái)越透徹。

3 TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 國(guó)內(nèi)高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與車輛網(wǎng)絡(luò)的主要通訊方式

中國(guó)高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與車輛網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互方式主要有以下幾種方式：以中車長(zhǎng)客股份生產(chǎn)的CRH5型動(dòng)車組為代表的I/O觸點(diǎn)式火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);以中車四方股份生產(chǎn)的CRH2型動(dòng)車組為代表的電流環(huán)串行總線接口火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);以350公里中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車組為代表的基于列車總線MVB通訊接口的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

3.2 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于列車上需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來(lái)越大，實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，以往通訊方式的弊端日趨顯現(xiàn)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員對(duì)系統(tǒng)的整體性能提升，并且將以太網(wǎng)運(yùn)用到了新研制高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中去。在250公里中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車組中的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已配備了TRDP實(shí)時(shí)以太網(wǎng)卡，現(xiàn)階段也實(shí)現(xiàn)了消息數(shù)據(jù)的上傳但還未進(jìn)行用于列車控制的過(guò)程數(shù)據(jù)傳遞。

列車實(shí)時(shí)以太網(wǎng)按使用功能劃分為：控制功能和維護(hù)功能，控制數(shù)據(jù)的傳輸可靠性通過(guò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級(jí)來(lái)保證。列車實(shí)時(shí)以太網(wǎng)按使用范圍分為兩級(jí)：車輛級(jí)和列車級(jí)。車輛級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由一臺(tái)火災(zāi)報(bào)警控制器和若干只火災(zāi)探測(cè)器組成，安裝在火災(zāi)報(bào)警控制器內(nèi)部的以太網(wǎng)卡有固定分配的IP地址，并分配有全球唯一的MAC地址。車輛級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)ECN交換機(jī)與列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備ETBN路由器組成列車級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。列車級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由8臺(tái)或16臺(tái)車輛級(jí)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)組成。

實(shí)時(shí)以太網(wǎng)卡對(duì)外接口使用雙網(wǎng)口時(shí)：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)維護(hù)使用和控制使用可分別使用不同的IP地址，維護(hù)功能可登錄ETBN對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、軟件升級(jí)、數(shù)據(jù)查詢等功能操作。實(shí)時(shí)以太網(wǎng)卡對(duì)外接口使用單網(wǎng)口時(shí)：系統(tǒng)控制功能使用TRDP協(xié)議的PD模式的過(guò)程數(shù)據(jù)，系統(tǒng)維護(hù)功能使用TRDP協(xié)議的MD模式的消息數(shù)據(jù)。TRDP協(xié)議見(jiàn)表1。

基于TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)在高速列車報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用具體流程如下：

首先，啟動(dòng)列車之后，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和其它各個(gè)車載子系統(tǒng)完成初始化后，基于TRDP協(xié)議的ComID便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作。

其次，安裝在列車客車室內(nèi)各個(gè)部位的火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)到火情的發(fā)生，便會(huì)通過(guò)火災(zāi)報(bào)警控制器內(nèi)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行災(zāi)情信息的傳輸。車載無(wú)線傳輸設(shè)備將信息傳送至地面數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。

最后，數(shù)據(jù)處理中心便會(huì)對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，得到分析結(jié)果之后，便會(huì)將相關(guān)的信息傳輸給車廂管理人員以及消防部門與醫(yī)院，再由具體的情況進(jìn)行相關(guān)事務(wù)的處理。

使用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的列車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸有傳輸速度快、容量大、兼容性好等特性，使用列車實(shí)時(shí)通信協(xié)議TRDP保證網(wǎng)絡(luò)通信的完整與實(shí)時(shí)性，包括存儲(chǔ)、發(fā)送/接收、可選擇的排序、通信量的形成。適用于在ETBN上的TCN過(guò)程數(shù)據(jù)或者消息數(shù)據(jù)的交換，TRDP的執(zhí)行是在TRDP底層，TCP/UDP的上層。在總線上的所有TRDP數(shù)據(jù)作為大開(kāi)端和字節(jié)隊(duì)端被定義。在命令TRDP服務(wù)原語(yǔ)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，應(yīng)用層將會(huì)讓明確的服務(wù)原語(yǔ)安排用戶數(shù)據(jù)的排序。

3.3 高速列車中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)結(jié)合發(fā)展的方向

建立車載預(yù)測(cè)及健康管理平臺(tái)PHM。通過(guò)火災(zāi)報(bào)警控制器內(nèi)部件級(jí)以太網(wǎng)PHM模塊實(shí)時(shí)的將安裝在車輛各部位的火災(zāi)探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的煙霧值、溫度值等數(shù)據(jù)通過(guò)列車級(jí)PHM進(jìn)行信息傳輸，地面大數(shù)據(jù)綜合PHM系統(tǒng)能夠?qū)Ω咚倭熊嚿匣馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、故障分析與預(yù)測(cè)、健康評(píng)估，可提高列車運(yùn)行安全性、系統(tǒng)可靠性、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)性。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的高速列車在世界上安全系數(shù)排名位居世界前列，但列車產(chǎn)生火災(zāi)的情況也時(shí)有發(fā)生。目前，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高速列車的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了一定的嫁接，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到了高速列車的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究中去，最大限度的降低火災(zāi)對(duì)行車安全和人生安全造成的影響。文章以基于TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)在高速列車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的運(yùn)用作為研究對(duì)象，以期通過(guò)TRDP協(xié)議的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用來(lái)不斷更新互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速列車火車報(bào)警系統(tǒng)里的應(yīng)用，從而取得較大的科學(xué)進(jìn)步。希望本人的研究只是拋磚引玉，能夠帶動(dòng)在研究界的泰斗積極發(fā)表自己的意見(jiàn)，來(lái)促進(jìn)學(xué)科的發(fā)展，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 程艷麗，尤新，喬長(zhǎng)亮.TRDP協(xié)議在列車控制管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通訊世界，2017（23）：338-339.

[2] 張家良.基于T-MPLS的分組傳送網(wǎng)中以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[3] 翟雅萌，李超，田麗.基于列車實(shí)時(shí)以太網(wǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)通信研究的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（02）：8-9+13.

[4] 符偉杰，劉志剛，吳娟，等.基于工業(yè)以太網(wǎng)的高速列車通信網(wǎng)絡(luò)仿真研究分析[J].城市軌道交通研究，2012，15（12）：69-73.

[5] 李濤.CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)，CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.