車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)研究與設計*

祁苗苗，蔣 薈，史曉磊，王華偉，肖 齊

（1 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081；2 中國鐵道科學研究院集團有限公司 機車車輛研究所，北京 100081）

機車運行安全是鐵路運輸安全生產(chǎn)的重要組成部分，當前鐵路機車安全監(jiān)控主要依托于鐵路機車遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（簡稱CMD系統(tǒng)）和機車車載安全防護系統(tǒng)（簡稱6A系統(tǒng)），利用車載設備監(jiān)測數(shù)據(jù)對機車運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。車輛運行安全監(jiān)測設備（含THDS、TPDS、TADS客貨兼容設備）以地對車的監(jiān)控方式，利用軸溫探測、力學檢測、聲學診斷、車號識別等技術對通過機車、車輛進行多方位監(jiān)測，目前已建成覆蓋動車組、客車、貨車的車輛運行安全監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱5T系統(tǒng)），多年來在保障車輛運行安全，指導車輛運用檢修發(fā)揮了不可替代的作用［1-3］。

為了更充分有效地利用既有資源，實現(xiàn)鐵路機車車輛運行安全監(jiān)控設備資源共用、信息共享的融合應用，迫切需要開展5T系統(tǒng)對機車運行安全監(jiān)控的應用系統(tǒng)研究與建設，充分利用5T設備種類多、數(shù)量大、分布廣等特點，補強機車安全運行地面監(jiān)測手段，以機車運行安全在線監(jiān)測為切入點，融合CMD系統(tǒng)相關檢測監(jiān)測信息，按照規(guī)范的信息處置流程，實現(xiàn)監(jiān)測報警信息、處置信息在機車檢修、運用、監(jiān)控等作業(yè)環(huán)節(jié)、管理環(huán)節(jié)間受控流轉，使機務管理人員、現(xiàn)場作業(yè)人員及相關人員全面掌握機車運用質量，及時發(fā)現(xiàn)檢修、運用及安全監(jiān)控與安全管理中存在的問題，進一步保障機車安全穩(wěn)定的運行。

1 建設目標及內容

1.1 建設目標

依托物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、系統(tǒng)整合與數(shù)據(jù)集成等信息技術，建立架構先進、功能完善、性能卓越的鐵路車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)。實時采集客貨兼容THDS、TPDS、TADS設備探測機車信息，接入機車配屬信息，建立機車輪對狀態(tài)預警模型，實現(xiàn)機車運行狀態(tài)分散檢測、智能報警、網(wǎng)絡監(jiān)測和信息共享；根據(jù)機車運用要求，建立兩級部署、三級聯(lián)網(wǎng)、四級應用的信息系統(tǒng)，為各級機車檢修及管理人員提供集監(jiān)測控制、安全管理、維修決策分析為一體的機車運行安全監(jiān)控及管理服務，補強鐵路機車安全監(jiān)控信息化手段，保障機車運行安全。

1.2 建設內容

（1）國鐵集團、鐵路局、機務段建立三級安全監(jiān)控中心，整合既有資源復用或部分增配系統(tǒng)硬件設備，實現(xiàn)對監(jiān)測故障機車的實時監(jiān)控、核實處理以及閉環(huán)管理。

（2）制定與5T系統(tǒng)、CMD系統(tǒng)、機務閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)接口標準，為實現(xiàn)5T系統(tǒng)探測機車綜合應用以及與機務專業(yè)系統(tǒng)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)集成和信息共享奠定基礎。

（3）依托既有車輛運行安全監(jiān)控技術架構、傳輸通道及數(shù)據(jù)服務，分別在國鐵集團、鐵路局集團公司部署應用軟件及數(shù)據(jù)庫，支撐國鐵集團、鐵路局集團公司、機務段、整備場（檢修車間）的鐵路機車運行安全監(jiān)控與管理的四級聯(lián)網(wǎng)應用。

（4）研發(fā)車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)軟件，支持機車運行安全監(jiān)測信息的綜合應用，并且在應用中不斷完善與優(yōu)化機車運行安全監(jiān)控與管理應用。

（5）利用資源共享、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘和綜合分析等關鍵技術，建立面向監(jiān)測預警、維修處理、設備管理等主題數(shù)據(jù)集市，建立機車綜合報警評判、安全風險管控、考核評價模型等，為機車管理部門提供管理依據(jù)和輔助決策支持。

2 技術方案

2.1 總體架構

車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、系統(tǒng)整合與數(shù)據(jù)集成等信息技術，依托鐵路綜合信息網(wǎng)建立國鐵集團、鐵路局集團公司、機務段三級機車運行安全監(jiān)控中心，實現(xiàn)國鐵集團、鐵路局、機務段、整備場四級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控與管理應用。在國鐵集團、鐵路局依托既有車輛運行安全監(jiān)控系統(tǒng)服務器部署應用軟件及數(shù)據(jù)庫，建立完整的機車安全監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、處理、分析與應用環(huán)境，為各級用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)及應用服務；機務段、整備場利用計算機終端訪問系統(tǒng)，實現(xiàn)對配屬機車的狀態(tài)監(jiān)控及故障處置反饋。總體架構如圖1所示。

圖1 車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)總體應用說明：

（1）國鐵集團匯總全路車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車監(jiān)測及報警數(shù)據(jù)，對全路機車運行狀態(tài)實時監(jiān)控；接入CMD系統(tǒng)機車支配/配屬信息、機車6A監(jiān)測報警信息以及機務閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)機車進入整備場位置信息，以路局、機務段、整備場為單位，匯總配屬機車的監(jiān)測及報警信息，并推送至即將到達的整備場和配屬/支配單位處理反饋；分析故障規(guī)律，制定機車標準檢修規(guī)程、運用管理辦法等。

（2）鐵路局對局管內THDS、TPDS、TADS探測機車信息進行入庫處理和報警智能評判，并將機車監(jiān)測及報警信息實時上傳國鐵集團；接收國鐵集團下發(fā)的本局配屬/支配機車、外局整備機車在全路5T、6A系統(tǒng)的監(jiān)測及報警信息，實時監(jiān)控配屬/支配機車運行狀態(tài)，對管內機車故障處理反饋進行監(jiān)督管理；分析機車故障規(guī)律，為機車運用管理提供輔助決策支持。

（3）機務段對本段配屬/支配或外局入場機車報警信息進行實時監(jiān)控，通知檢修車間/折返段/整備場對故障機車進行處理，并將相關處理信息逐級上報至鐵路局、國鐵集團。

（4）檢修車間/折返段/整備場利用計算機終端訪問系統(tǒng)，查詢配屬/支配機車報警信息，對比分析其他機務相關信息系統(tǒng)預報情況，按要求處置報警機車并將處置結果反饋至系統(tǒng)。

2.2 網(wǎng)絡架構

車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的網(wǎng)絡需覆蓋國鐵集團、18個鐵路局集團公司、機務段以及系統(tǒng)運用涉及的檢修車間（整備場）等，通過鐵路綜合信息網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)控中心與監(jiān)測設備以及監(jiān)控中心與鐵路局集團公司、國鐵集團間的聯(lián)網(wǎng)，接入THDS、TPDS、TADS探測機車監(jiān)測信息和報警信息等。系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖2所示。

圖2 車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)網(wǎng)絡架構示意圖

3 系統(tǒng)設計

3.1 業(yè)務流程設計

（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與自動報警

THDS、TPDS、TADS探測站設備采集通過機車的地面安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，上傳至所屬鐵路局級5T服務器進行入庫處理級報警評判，并最終將監(jiān)測及報警數(shù)據(jù)上傳至國鐵集團5T系統(tǒng)服務器進行集中存儲和綜合應用。國鐵集團5T系統(tǒng)服務器定時與CMD系統(tǒng)交換全路機車配屬、6A報警、機務閘樓AEI信息，將THDS、TPDS、TADS探測機車監(jiān)測報警信息自動推送到配屬/支配局、整備局5T系統(tǒng)服務器，從而實現(xiàn)對車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車的聯(lián)網(wǎng)綜合報警。

圖3 報警機車故障核實處理流程

（2）入場檢修處理

由機務段監(jiān)控值班員、質量分析中心數(shù)據(jù)分析員按規(guī)定通知整備場值班員進行報警機車檢查。

機車回庫后，整備場作業(yè)場值班員根據(jù)機車報警信息生成庫檢作業(yè)檢查單，通知作業(yè)班組。

由行修作業(yè)班組（檢車工長、檢車員）對報警故障進行檢查確認，并反饋檢查確認情況。

（3）核實反饋

機務段值班員核對系統(tǒng)預報機車故障信息及檢車員記錄的故障確認及處置情況，并將報警機車的故障處理結果回填至系統(tǒng)中。

（4）閉環(huán)監(jiān)督管理

對報警機車實行“預警→核實→處理”閉環(huán)控制機制，檢修車間/折返段/整備場利用手持終端或監(jiān)控終端向系統(tǒng)反饋報警機車處置結果，國鐵集團、鐵路局集團公司、機務段監(jiān)控值班員分別對報警機車及其處理情況進行監(jiān)督，實現(xiàn)問題車閉環(huán)管理。

3.2 系統(tǒng)功能設計

車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)的功能主要由：實時監(jiān)控、處理反饋、機車追蹤、輪位追蹤、信息查詢、統(tǒng)計分析、用戶管理、后臺處置等8個功能模塊構成，功能框架如圖4所示。

圖4 車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)功能框架

（1）實時監(jiān)控

實時監(jiān)控全路機車通過THDS、TPDS、TADS探測站的監(jiān)測信息，對監(jiān)測報警車輛進行預警提示；提供對各鐵路局配屬/支配機車在全路范圍內THDS、TPDS、TADS探測軌跡進行跟蹤與監(jiān)控；提供對各局配屬機車被THDS、TPDS、TADS探測的列車信息進行監(jiān)控。

（2）處理反饋

提供對各鐵路局配屬機車經(jīng)過THDS、TPDS、TADS預報故障的核實反饋情況進行回填、查詢與匯總。

（3）機車追蹤監(jiān)控

提供對指定機車在全路范圍內THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測信息的軌跡進行跟蹤與監(jiān)控。

（4）機車輪位追蹤監(jiān)控

提供對指定機車指定輪位在全路范圍內THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測、報警信息的軌跡進行跟蹤與監(jiān)控。

（5）信息查詢

提供對全路各局配屬機車通過THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測及報警信息、報警機車其核實處理情況進行查詢等功能。

（6）統(tǒng)計分析

提供機車通過THDS探測站軸溫與6A系統(tǒng)軸溫狀態(tài)趨勢分析；提供THDS、TPDS、TADS探測機車報警趨勢分析。

（7）用戶管理

提供對系統(tǒng)各類用戶基本信息、用戶角色及用戶功能權限進行維護與管理。

（8）后臺處理

提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理、數(shù)據(jù)入庫與校驗、數(shù)據(jù)組織與集成處理、數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控管理。

3.3 數(shù)據(jù)接口設計

信息接口是車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入的基礎和關鍵，是實現(xiàn)信息共享和信息綜合利用的基礎。車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)的信息接口主要包括：采集信息接口和外部系統(tǒng)信息接口。

（1）采集信息接口

車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)文件方式共享客貨通用THDS、TPDS、TADS設備探測機車數(shù)據(jù)，其共享數(shù)據(jù)主要內容見表1。

表1 客貨通用THDS、TPDS、TADS設備探測機車信息接口的主要內容

（2）外部系統(tǒng)信息接口

外部系統(tǒng)信息接口主要包括：與CMD系統(tǒng)、機務管理等外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口。其數(shù)據(jù)交換的內容見表2、表3。

表2 與CMD系統(tǒng)信息接口的主要內容

表3 與機務閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)信息接口的主要內容

4 結束語

車輛運行安全監(jiān)測設備探測機車聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，將加快推進機車、車輛信息化和檢測監(jiān)測資源共享，最大限度地挖掘了車輛運行安全監(jiān)測設備投資價值，進一步提高了鐵路機車信息化管理水平和技術水平。今后，要結合業(yè)務需要，進一步加強5T系統(tǒng)與CMD、6A系統(tǒng)的信息共享與融合，深入分析機車報警規(guī)律，完善系統(tǒng)報警模型，提高預報準確率，保障機車運行安全。