動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息無(wú)線傳輸及地面監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

陳才茂

近年來(lái)，我國(guó)動(dòng)車(chē)組規(guī)模與數(shù)量的提升，對(duì)于動(dòng)車(chē)組調(diào)度和檢修也提出了更高的要求，需要充分把握動(dòng)車(chē)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，通過(guò)合理的狀態(tài)維修等手段來(lái)緩解生產(chǎn)組織壓力。目前動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)落地，但是受限于網(wǎng)絡(luò)條件，只能將少部分故障信息和關(guān)鍵性運(yùn)行信息在篩選后向地面進(jìn)行傳輸，僅靠落地的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法詳盡分析動(dòng)車(chē)組狀態(tài)。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的人工下載方式效率較低，不能滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組運(yùn)維的需要。因此動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)下載及綜合運(yùn)用的需求十分急迫。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由車(chē)載信息無(wú)線傳輸裝置、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和地面監(jiān)控系統(tǒng)三部分組成。

（一）車(chē)載信息無(wú)線傳輸裝置

車(chē)載信息無(wú)線傳輸裝置，即安裝在動(dòng)車(chē)組頭車(chē)的動(dòng)車(chē)組無(wú)線傳輸裝置（WTD）。WTD能采集、分析和處理列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)信息的本地存儲(chǔ)，并將動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)信息及故障信息通過(guò)移動(dòng)通行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到地面；或通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線下載WTD本地?cái)?shù)據(jù)至筆記本電腦等存儲(chǔ)介質(zhì)；或通過(guò)WLAN自動(dòng)下載WTD本地?cái)?shù)據(jù)至地面服務(wù)器。我國(guó)各型動(dòng)車(chē)組均配置WTD系統(tǒng)，CRH1A、CRH6等動(dòng)車(chē)組的早期型號(hào)出廠時(shí)沒(méi)有配置的，后續(xù)在車(chē)組高級(jí)修時(shí)也進(jìn)行了加裝改造。

車(chē)載信息無(wú)線傳輸裝置主要是由裝置主機(jī)和天線系統(tǒng)組成。其中，裝置主機(jī)主要負(fù)責(zé)動(dòng)車(chē)組運(yùn)作狀態(tài)信息的采集和處理；WTD主機(jī)上設(shè)置有DI插件板可以采集車(chē)上的司乘人員操作信息；并根據(jù)地面的數(shù)據(jù)傳輸要求，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)控，根據(jù)傳輸策略對(duì)不同的數(shù)據(jù)采用不同的傳輸方式；同時(shí)，裝置本身具有GPS定位和授時(shí)功能。天線系統(tǒng)使用車(chē)載WLAN/GSM/GPS三合一天線，安裝在動(dòng)車(chē)組車(chē)頂，從而獲取定位信息。

（二）地面無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)

地面無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要作用是建立車(chē)載信息無(wú)線傳輸裝置與地面監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道。是一套由安裝在動(dòng)車(chē)所存車(chē)場(chǎng)的多個(gè)無(wú)線AP組成的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，承載動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，遵循802.11bg標(biāo)準(zhǔn)，頻段為2.4GHz，傳輸速率可達(dá)54Mbps。

（三）地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)通常由數(shù)據(jù)接收裝置、存儲(chǔ)服務(wù)器和用戶(hù)終端等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)接收裝置負(fù)責(zé)地面無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的管理，動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)的自動(dòng)下載、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)等。存儲(chǔ)服務(wù)器負(fù)責(zé)動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)的接收、解析、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)備份等。用戶(hù)終端負(fù)責(zé)通過(guò)鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)運(yùn)用所存儲(chǔ)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)文件的查詢(xún)、分析和應(yīng)用等功能。

二、動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息無(wú)線傳輸方案

（一）設(shè)備的接入

在動(dòng)車(chē)運(yùn)作過(guò)程中，數(shù)據(jù)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)向地面服務(wù)器傳輸，針對(duì)列車(chē)的重要參數(shù)，車(chē)載主機(jī)能夠利用定時(shí)發(fā)送的方式發(fā)送周期在1min左右的數(shù)據(jù)，周期長(zhǎng)度可以利用服務(wù)軟件調(diào)試。針對(duì)列車(chē)的故障信息和狀態(tài)信息等進(jìn)行傳輸。車(chē)載主機(jī)通過(guò)響應(yīng)式發(fā)送模式，在檢測(cè)到動(dòng)車(chē)存在故障后即刻傳輸信息。

（二）轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸

車(chē)載主機(jī)選擇的轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含牽引單元的MVB過(guò)程數(shù)據(jù)，通常情況下以WLAN傳輸模式為主。WLAN板卡可以與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接連接。在動(dòng)車(chē)組進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍時(shí)，車(chē)載主機(jī)可以查詢(xún)可用的轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)器并則自動(dòng)連接，之后利用FTP等方式為服務(wù)器傳輸信息。

動(dòng)車(chē)組在進(jìn)檢修庫(kù)作業(yè)前，會(huì)在存車(chē)場(chǎng)停留一段時(shí)間，此時(shí)在存車(chē)場(chǎng)搭建的地面無(wú)線AP即可自動(dòng)與車(chē)載WTD建立通訊，快速下載車(chē)載信息，并將車(chē)載信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)到運(yùn)用所本地服務(wù)器。由于在存車(chē)場(chǎng)需要開(kāi)展本務(wù)司機(jī)與地勤司機(jī)交接、安排進(jìn)出庫(kù)信號(hào)等作業(yè)，并且進(jìn)出檢修庫(kù)的過(guò)程中動(dòng)車(chē)組行進(jìn)速度較慢，因此供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下載車(chē)載信息的時(shí)間至少有15分鐘，足夠下載當(dāng)天的車(chē)載信息。以CRH380B型動(dòng)車(chē)組為例，全天的MVB數(shù)據(jù)約為300M左右，完全可以在15分鐘內(nèi)完成下載及存儲(chǔ)。

三、地面系統(tǒng)方案

車(chē)載子系統(tǒng)承擔(dān)著動(dòng)車(chē)運(yùn)作數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)采集的功能，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娣?wù)器，而地面子系統(tǒng)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并利用Web的形式提供給用戶(hù)，用于了解動(dòng)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)。

（一）地面監(jiān)控系統(tǒng)的部署

地面監(jiān)控系統(tǒng)部署在動(dòng)車(chē)組運(yùn)用所信息機(jī)房，安裝遠(yuǎn)程管理支持和服務(wù)器虛擬化軟件許可支持等軟件。數(shù)據(jù)接收裝置采用有線方式連接到地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線信道加密、無(wú)線AP的統(tǒng)一管理、動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)的自動(dòng)下載，數(shù)據(jù)的解壓縮，并將所下載數(shù)據(jù)存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)通過(guò)路局辦公網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到運(yùn)用所存儲(chǔ)服務(wù)器。數(shù)據(jù)接收裝置全部采用工業(yè)級(jí)部件制造，外部千兆/萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)接口。

存儲(chǔ)服務(wù)器負(fù)責(zé)全部動(dòng)車(chē)組數(shù)據(jù)的接收、解析和存儲(chǔ)，存儲(chǔ)能力一般需要支持1年以上。數(shù)據(jù)備份群集中的存儲(chǔ)容量針對(duì)不同車(chē)型按照標(biāo)準(zhǔn)列動(dòng)車(chē)組進(jìn)行估算，其中CRH1型、CRH2型、CRH6型按1T/年/標(biāo)準(zhǔn)列計(jì)算，CRH3型、CRH5型動(dòng)車(chē)組按3T/年/標(biāo)準(zhǔn)列計(jì)算，復(fù)興號(hào)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組按10T/年/標(biāo)準(zhǔn)列計(jì)算。并通過(guò)路局辦公網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)給用戶(hù)終端進(jìn)行分析運(yùn)用。

用戶(hù)終端是通過(guò)路局辦公網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)列控?cái)?shù)據(jù)文件的查詢(xún)、分析和應(yīng)用等。當(dāng)動(dòng)車(chē)組進(jìn)檢修庫(kù)檢修前，車(chē)載信息已經(jīng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)落地。地面監(jiān)控軟件將車(chē)載信息過(guò)程數(shù)據(jù)解壓、解碼，以統(tǒng)一格式存儲(chǔ)在服務(wù)器中，以供動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修使用，服務(wù)器存儲(chǔ)所轄各運(yùn)用所已下載數(shù)據(jù)索引及故障信息，相關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)用戶(hù)終端查看。在地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)非實(shí)時(shí)下載數(shù)據(jù)進(jìn)行回放和二次診斷，檢修人員可以獲取故障信息，也可以通過(guò)打印機(jī)輸出故障信息來(lái)進(jìn)行及時(shí)檢修。

（二）地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

為了減少障礙物對(duì)信號(hào)的遮擋，根據(jù)無(wú)線AP的帶寬大小和覆蓋范圍，將無(wú)線AP安裝在存車(chē)場(chǎng)的燈橋及輪對(duì)受電弓動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置等設(shè)施上，覆蓋動(dòng)車(chē)所存車(chē)場(chǎng)區(qū)域。以廣州動(dòng)車(chē)段為例，選擇單個(gè)無(wú)線AP網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)有效覆蓋面積約為80m*80m的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，1個(gè)AP點(diǎn)可以覆蓋4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組位，同時(shí)滿(mǎn)足4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)列動(dòng)車(chē)組同時(shí)下載數(shù)據(jù)的帶寬。因此在深圳北動(dòng)車(chē)所存車(chē)場(chǎng)的兩個(gè)燈橋上共安裝18個(gè)AP，覆蓋40條存車(chē)線、80個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組列位。將無(wú)線AP通過(guò)光纖收發(fā)器連接到運(yùn)用所服務(wù)器，構(gòu)建地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件環(huán)境。

（三）子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程系統(tǒng)地面子系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和接收模塊等結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)信息的接收，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。用戶(hù)接口模塊可以對(duì)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)及變化情況進(jìn)行反饋，也能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行歸納處理。

（四）關(guān)鍵技術(shù)分析

1.動(dòng)車(chē)故障數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查詢(xún)

為確保動(dòng)車(chē)的運(yùn)行質(zhì)量，遠(yuǎn)程系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)期間便應(yīng)用了以下設(shè)計(jì)：（1）車(chē)載子系統(tǒng)可以針對(duì)列車(chē)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，確保故障信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性，避免信息失真等問(wèn)題的產(chǎn)生；（2）地面子系統(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)車(chē)故障數(shù)據(jù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)列車(chē)故障記錄的數(shù)據(jù)簽名，使得每一條數(shù)據(jù)都具有不同的標(biāo)簽，確保故障數(shù)據(jù)的有序性；（3）地面子系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊設(shè)計(jì)，采用有效組織查詢(xún)條件，確保故障信息到處結(jié)果與查詢(xún)請(qǐng)求一致。

2.用戶(hù)訪問(wèn)權(quán)限控制

為提高數(shù)據(jù)調(diào)用的安全性，在地面子系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有用戶(hù)訪問(wèn)控制機(jī)制，賬戶(hù)注冊(cè)不開(kāi)放，賬戶(hù)注冊(cè)需要先進(jìn)行使命申報(bào)，之后經(jīng)由相關(guān)人員完成審核后才能完成注冊(cè)。此外，服務(wù)端中的用戶(hù)請(qǐng)求也需要進(jìn)行處理，先確認(rèn)當(dāng)前的賬戶(hù)狀態(tài)，確保賬戶(hù)安全后再對(duì)其操作和信息進(jìn)行記錄，保證用戶(hù)行為以及系統(tǒng)整體的安全性。

四、結(jié)語(yǔ)

動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息無(wú)線傳輸及地面監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)在動(dòng)車(chē)運(yùn)用所建設(shè)地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，升級(jí)動(dòng)車(chē)組WTDS車(chē)載無(wú)線設(shè)備，建立車(chē)-地WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，研究實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息的自動(dòng)下載和存儲(chǔ)技術(shù)。針對(duì)不同動(dòng)車(chē)組車(chē)型的車(chē)載數(shù)據(jù)，提出了規(guī)范化統(tǒng)一解析及管理技術(shù)，不同動(dòng)車(chē)組車(chē)型，開(kāi)發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)解析與管理軟件，完成對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)的解析與合理應(yīng)用，全面把握動(dòng)車(chē)組運(yùn)行狀態(tài)，提高了故障分析效率，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車(chē)組運(yùn)行狀態(tài)全面監(jiān)控，為動(dòng)車(chē)組檢修計(jì)劃的編制和調(diào)整提供支持，也提高了動(dòng)車(chē)組檢修效率。

作者單位： 中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司廣州動(dòng)車(chē)段