機車綜合無線通信設備動態監測應用

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摘要：機車綜合無線通信設備（CIR）已有的檢測方式不能實時掌握設備工作狀態，為此，開發機車綜合無線通信設備動態監測系統。將數據采集單元裝配到動車組上，地面服務器獲得設備實時工作信息，通過用戶終端實現對CIR設備運行信息實時分析，通過無線網絡實現遠程動態監測。

關鍵詞：實時監測；智能分析；遠程控制；無線報警

目前，機車綜合無線通信設備（CIR）狀態監測，尚沒有結合列車本身數據和鐵路沿線基礎設施進行綜合實時分析的應用；沒有切實有效的手段對列車本身數據（如：里程、時間、速度等）和鐵路沿線基礎設施（如：橋梁、隧道、分相等）進行詳細分析和模塊化顯示；對于故障發生時間和地點信息，沒有快速獲取的辦法。國內外針對車載CIR及其通信狀態信息，大多采用先記錄數據，下車后再分析的方式進行監測，方式單一，流程繁瑣，不能做到對數據實時同步監測。傳統方式無法實現高速鐵路上對CIR的動態掌握和實時分析，更不能及時捕捉設備運行異常和報警異常信息。基于現場實際需求，當CIR狀態發生變化時，能及時掌握、及時反應、迅速處理，開發了CIR動態監測系統。

1系統組成

系統包括3部分：車載單元，地面服務器和用戶終端。將車載單元（數據采集模塊）裝配到每臺正常運行的動車組上，地面服務器實時獲得CIR的動態數據，利用既有列控設備動態監測系統（DMS），車載DMS-CIR設備間的數據接口，實現CIR運行狀態信息、功能號注冊信息、調度命令和進路預告信息的實時采集，并利用車載DMS既有的監測信息、車-地無線傳輸通道和地面服務器等相關設備，實現CIR的實時動態監測。系統結構如圖1所示。

1.1車載單元（數據采集模塊）

車載單元（數據采集模塊）安裝在動車組的DMS主機擴展單元內，通過RS422通信電纜采集CIR主機信息，由DMS設備提供工作電源和列車運行速度、位置、時間等信息。在列車運行中對CIR運行狀態、功能號注冊、調度命令和進路預告等信息進行實時采集及車載數據的無線下載。采集的信息通過GSM-R/GPRS網絡傳回地面服務器，使用有效的信息安全機制，保證數據傳輸的安全性和可靠性，采取安全防護措施后接入鐵路辦公網。

1.2地面服務器

地面服務器對采集到的數據進行處理、分析、統計后，通過互聯網或鐵路辦公網傳遞給各用戶終端。地面服務器接收到車載設備發送的CIR狀態數據信息后，對數據進行解析、分析、存儲、共享。地面服務器結合列車速度、里程、時間、線路基礎數據庫等信息對CIR的數據進行分析，查看數據時可對應相應的車號、車次、時間和地點。

1.3用戶終端

鐵路總公司監督終端、鐵路局管理終端、通信段運用終端及動車所數據終端通過鐵路辦公網瀏覽、下載、分析監測及檢測數據。可實現CIR檢測數據的實時查看、歷史回放、數據分析。

2技術要求

2.1硬件技術要求

2.1.1車載設備（1）供電電源：DC5V±10%；（2）電源功率：<1W；（3）環境溫度：-25～75℃；（4）相對濕度：40%～90%；（5）大氣壓力：86～106kpa（海拔2500m以下）；（6）絕緣阻抗：≥100MΩ，DC500V；（7）實時測試GSM-R上下行共42組頻率場強覆蓋數據；（8）采樣要求：4cm（速度：350km/h）。2.1.2地面服務器（1）供電電源：AC220V±10%，50Hz±20%；（2）電源功率：700W；（3）環境溫度：10～30℃；（4）相對濕度：當溫度為25℃時，相對濕度≤90%；（5）大氣壓力：86～106kpa（海拔2500m以下）；（6）服務器可靠性：MTBF≥100萬h。2.1.3用戶終端（1）供電電源：AC220V±10%，50Hz±20%；（2）電源功率：<500W；（3）環境溫度：0～45℃；（4）相對濕度：當溫度為25℃時，相對濕度≤90%。

2.2軟件技術要求

2.2.1車輛列表顯示顯示鐵路局轄區所有車輛和過路車輛，以車次、車號、線路方式進行分類。2.2.2報警信息查詢顯示報警信息分3類：2min沒有本機IP報警、CIR網絡狀態報警、CIR工作狀態報警。2.2.3實時跟蹤（1）顯示速度表盤、配屬局、ATP類型、車次、當前里程、當前時間、車站、基站、通信模式等基本信息。（2）顯示信息：ATP信息（里程、速度、時間等），調度命令信息，CIR司機操作信息，CIR主機綜合信息，調度通信信息實時查看。（3）在實時跟蹤模塊狀態下，可分別顯示：查看所有元素項、調度命令定位、過濾調度命令、查看詳細信息（調度命令、調度通信、司機操作、綜合信息）、司機操作信息定位、司機操作信息、查看單條調度命令信息、添加（取消）制動速度及限速、查看單條CIR主機綜合信息、查看基站信息、模式切換。（4）自動繪圖區域分為：速度（制動速度、限速）、調度命令顯示、場強及基站信息（站名、基站類型）、主機綜合信息。2.2.4數據回放ATP信息，CIR調度命令信息，CIR司機操作信息，CIR主機綜合信息，調度通信信息回放。包括：查看所有元素項、調度命令定位、過濾調度命 令、查看詳細信息（調度命令、調度通信、司機操作、綜合信息）、司機操作信息定位、查看司機操作信息、查看單條調度命令信息、添加（或取消）制動速度及限速、查看單條CIR主機綜合信息、查看基站信息、模式切換。2.2.5數據導出客戶端支持導出Excel格式文件，可導出的數據項包括：（1）報警、源數據（解析后的）；（2）調度命令；（3）調度通信信息；（4）司機操作信息；（5）主機綜合信息。

3實現功能

系統開發方案充分考慮模塊化和可擴展性，便于設備的安裝、維護；考慮設備穩定性、電磁兼容，以滿足動車組的實施需要；軟件模塊化，易于管理、維護。既能滿足在各鐵路局獨立應用，也能整合成全國鐵路應用系統。接口協議標準化，支持與第三方系統對接、支持擴容需求；軟件模塊化，易擴展。軟件界面簡潔、快捷、易于操作人員使用。（1）獲取車載CIR儀表數據，研發對應電路板，實現對關鍵信息的自動監測輸出。模塊電路板的設計和研發是技術關鍵，將電路板集成到既有的主機箱內，實現接口實時通信。利用RS422串行通信技術，獲取CIR狀態信息、通信信息，實現對CIR的監測。（2）模塊電路板集成到既有車載主機箱內，定義數據通信接口，實現對監測數據的實時轉發。利用既有車載主機設備接口單元，將設計的模塊電路板與主機內接口單元進行有效對接，達到對監測數據的實時轉發。（3）定義車載CIR數據與機車行駛數據整合機制，實現多方位監測設備運行狀態。將實時監測數據與既有的機車運行信息（時間、運行速度、里程、信號機、燈碼等）有效結合起來，詳細記錄實時監測信息，為分析設備狀態提供多方面數據，可實現隱患分析等。（4）模塊電路板數據與地面互通機制，定義數據通信通道和安全傳輸技術。車載單元（模塊電路板數據）通過GPRS、GSM-R無線傳輸技術將數據發送至地面，在用戶終端圖形化將列車時空數據實現有效結合直觀表達，利用數據庫存儲技術、TCP/IP網絡傳輸技術實現CIR狀態的實時查看、報警，以及歷史數據調取、分析功能。

4結束語

目前，該系統已應用在鄭州鐵路局CRH380AL-2601、2602、2604、2106、2607、2608、2616、2617、2618、2619共計10輛車上，以獲取實際運行數據，完成對CIR數據的實時采集、轉儲；完成與列車運行數據、地理位置、時間空間信息有效結合；安全傳輸至地面服務器；能夠實時動態查看CIR運行狀態，并對報警信息實時醒目顯示；查詢回放歷史數據，定位查詢調度通信信息、調度命令信息、司機操作信息，結合時間、空間位置將小區基站相結合；實現車-地，地-地之間數據安全轉儲；實現對CIR主機數據、調度通信數據等信息的實時檢測。從使用情況看，達到了設計和應用目標。可查看多條線路多列車設備運行狀態和通信數據，實現對設備的多方位分析，擴大了檢測范圍和能力，實現對車載CIR實時動態監測，具有一定的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

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[3]黃欣萍，蔣笑冰.列車無線調度通信[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

作者:于蒙 阮小飛 單位:鄭州鐵路局 中國鐵道科學研究院