機(jī)車綜合無線通信設(shè)備動態(tài)監(jiān)測應(yīng)用

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摘要：機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（CIR）已有的檢測方式不能實時掌握設(shè)備工作狀態(tài)，為此，開發(fā)機(jī)車綜合無線通信設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。將數(shù)據(jù)采集單元裝配到動車組上，地面服務(wù)器獲得設(shè)備實時工作信息，通過用戶終端實現(xiàn)對CIR設(shè)備運行信息實時分析，通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：實時監(jiān)測；智能分析；遠(yuǎn)程控制；無線報警

目前，機(jī)車綜合無線通信設(shè)備（CIR）狀態(tài)監(jiān)測，尚沒有結(jié)合列車本身數(shù)據(jù)和鐵路沿線基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行綜合實時分析的應(yīng)用；沒有切實有效的手段對列車本身數(shù)據(jù)（如：里程、時間、速度等）和鐵路沿線基礎(chǔ)設(shè)施（如：橋梁、隧道、分相等）進(jìn)行詳細(xì)分析和模塊化顯示；對于故障發(fā)生時間和地點信息，沒有快速獲取的辦法。國內(nèi)外針對車載CIR及其通信狀態(tài)信息，大多采用先記錄數(shù)據(jù)，下車后再分析的方式進(jìn)行監(jiān)測，方式單一，流程繁瑣，不能做到對數(shù)據(jù)實時同步監(jiān)測。傳統(tǒng)方式無法實現(xiàn)高速鐵路上對CIR的動態(tài)掌握和實時分析，更不能及時捕捉設(shè)備運行異常和報警異常信息。基于現(xiàn)場實際需求，當(dāng)CIR狀態(tài)發(fā)生變化時，能及時掌握、及時反應(yīng)、迅速處理，開發(fā)了CIR動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括3部分：車載單元，地面服務(wù)器和用戶終端。將車載單元（數(shù)據(jù)采集模塊）裝配到每臺正常運行的動車組上，地面服務(wù)器實時獲得CIR的動態(tài)數(shù)據(jù)，利用既有列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（DMS），車載DMS-CIR設(shè)備間的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)CIR運行狀態(tài)信息、功能號注冊信息、調(diào)度命令和進(jìn)路預(yù)告信息的實時采集，并利用車載DMS既有的監(jiān)測信息、車-地?zé)o線傳輸通道和地面服務(wù)器等相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)CIR的實時動態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1車載單元（數(shù)據(jù)采集模塊）

車載單元（數(shù)據(jù)采集模塊）安裝在動車組的DMS主機(jī)擴(kuò)展單元內(nèi)，通過RS422通信電纜采集CIR主機(jī)信息，由DMS設(shè)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(tài)、功能號注冊、調(diào)度命令和進(jìn)路預(yù)告等信息進(jìn)行實時采集及車載數(shù)據(jù)的無線下載。采集的信息通過GSM-R/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳回地面服務(wù)器，使用有效的信息安全機(jī)制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，采取安全防護(hù)措施后接入鐵路辦公網(wǎng)。

1.2地面服務(wù)器

地面服務(wù)器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、統(tǒng)計后，通過互聯(lián)網(wǎng)或鐵路辦公網(wǎng)傳遞給各用戶終端。地面服務(wù)器接收到車載設(shè)備發(fā)送的CIR狀態(tài)數(shù)據(jù)信息后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、分析、存儲、共享。地面服務(wù)器結(jié)合列車速度、里程、時間、線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等信息對CIR的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查看數(shù)據(jù)時可對應(yīng)相應(yīng)的車號、車次、時間和地點。

1.3用戶終端

鐵路總公司監(jiān)督終端、鐵路局管理終端、通信段運用終端及動車所數(shù)據(jù)終端通過鐵路辦公網(wǎng)瀏覽、下載、分析監(jiān)測及檢測數(shù)據(jù)?？蓪崿F(xiàn)CIR檢測數(shù)據(jù)的實時查看、歷史回放、數(shù)據(jù)分析。

2技術(shù)要求

2.1硬件技術(shù)要求

2.1.1車載設(shè)備（1）供電電源：DC5V±10%；（2）電源功率：<1W；（3）環(huán)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(qiáng)覆蓋數(shù)據(jù)；（8）采樣要求：4cm（速度：350km/h）。2.1.2地面服務(wù)器（1）供電電源：AC220V±10%，50Hz±20%；（2）電源功率：700W；（3）環(huán)境溫度：10～30℃；（4）相對濕度：當(dāng)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(wù)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(huán)境溫度：0～45℃；（4）相對濕度：當(dāng)溫度為25℃時，相對濕度≤90%。

2.2軟件技術(shù)要求

2.2.1車輛列表顯示顯示鐵路局轄區(qū)所有車輛和過路車輛，以車次、車號、線路方式進(jìn)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(jī)IP報警、CIR網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)報警、CIR工作狀態(tài)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(dāng)前里程、當(dāng)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(diào)度命令信息，CIR司機(jī)操作信息，CIR主機(jī)綜合信息，調(diào)度通信信息實時查看。（3）在實時跟蹤模塊狀態(tài)下，可分別顯示：查看所有元素項、調(diào)度命令定位、過濾調(diào)度命令、查看詳細(xì)信息（調(diào)度命令、調(diào)度通信、司機(jī)操作、綜合信息）、司機(jī)操作信息定位、司機(jī)操作信息、查看單條調(diào)度命令信息、添加（取消）制動速度及限速、查看單條CIR主機(jī)綜合信息、查看基站信息、模式切換。（4）自動繪圖區(qū)域分為：速度（制動速度、限速）、調(diào)度命令顯示、場強(qiáng)及基站信息（站名、基站類型）、主機(jī)綜合信息。2.2.4數(shù)據(jù)回放ATP信息，CIR調(diào)度命令信息，CIR司機(jī)操作信息，CIR主機(jī)綜合信息，調(diào)度通信信息回放。包括：查看所有元素項、調(diào)度命令定位、過濾調(diào)度命 令、查看詳細(xì)信息（調(diào)度命令、調(diào)度通信、司機(jī)操作、綜合信息）、司機(jī)操作信息定位、查看司機(jī)操作信息、查看單條調(diào)度命令信息、添加（或取消）制動速度及限速、查看單條CIR主機(jī)綜合信息、查看基站信息、模式切換。2.2.5數(shù)據(jù)導(dǎo)出客戶端支持導(dǎo)出Excel格式文件，可導(dǎo)出的數(shù)據(jù)項包括：（1）報警、源數(shù)據(jù)（解析后的）；（2）調(diào)度命令；（3）調(diào)度通信信息；（4）司機(jī)操作信息；（5）主機(jī)綜合信息。

3實現(xiàn)功能

系統(tǒng)開發(fā)方案充分考慮模塊化和可擴(kuò)展性，便于設(shè)備的安裝、維護(hù)；考慮設(shè)備穩(wěn)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(hù)。既能滿足在各鐵路局獨立應(yīng)用，也能整合成全國鐵路應(yīng)用系統(tǒng)。接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，支持與第三方系統(tǒng)對接、支持?jǐn)U容需求；軟件模塊化，易擴(kuò)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(shù)據(jù)，研發(fā)對應(yīng)電路板，實現(xiàn)對關(guān)鍵信息的自動監(jiān)測輸出。模塊電路板的設(shè)計和研發(fā)是技術(shù)關(guān)鍵，將電路板集成到既有的主機(jī)箱內(nèi)，實現(xiàn)接口實時通信。利用RS422串行通信技術(shù)，獲取CIR狀態(tài)信息、通信信息，實現(xiàn)對CIR的監(jiān)測。（2）模塊電路板集成到既有車載主機(jī)箱內(nèi)，定義數(shù)據(jù)通信接口，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時轉(zhuǎn)發(fā)。利用既有車載主機(jī)設(shè)備接口單元，將設(shè)計的模塊電路板與主機(jī)內(nèi)接口單元進(jìn)行有效對接，達(dá)到對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時轉(zhuǎn)發(fā)。（3）定義車載CIR數(shù)據(jù)與機(jī)車行駛數(shù)據(jù)整合機(jī)制，實現(xiàn)多方位監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與既有的機(jī)車運行信息（時間、運行速度、里程、信號機(jī)、燈碼等）有效結(jié)合起來，詳細(xì)記錄實時監(jiān)測信息，為分析設(shè)備狀態(tài)提供多方面數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)隱患分析等。（4）模塊電路板數(shù)據(jù)與地面互通機(jī)制，定義數(shù)據(jù)通信通道和安全傳輸技術(shù)。車載單元（模塊電路板數(shù)據(jù)）通過GPRS、GSM-R無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至地面，在用戶終端圖形化將列車時空數(shù)據(jù)實現(xiàn)有效結(jié)合直觀表達(dá)，利用數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實現(xiàn)CIR狀態(tài)的實時查看、報警，以及歷史數(shù)據(jù)調(diào)取、分析功能。

4結(jié)束語

目前，該系統(tǒng)已應(yīng)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(shù)據(jù)，完成對CIR數(shù)據(jù)的實時采集、轉(zhuǎn)儲；完成與列車運行數(shù)據(jù)、地理位置、時間空間信息有效結(jié)合；安全傳輸至地面服務(wù)器；能夠?qū)崟r動態(tài)查看CIR運行狀態(tài)，并對報警信息實時醒目顯示；查詢回放歷史數(shù)據(jù)，定位查詢調(diào)度通信信息、調(diào)度命令信息、司機(jī)操作信息，結(jié)合時間、空間位置將小區(qū)基站相結(jié)合；實現(xiàn)車-地，地-地之間數(shù)據(jù)安全轉(zhuǎn)儲；實現(xiàn)對CIR主機(jī)數(shù)據(jù)、調(diào)度通信數(shù)據(jù)等信息的實時檢測。從使用情況看，達(dá)到了設(shè)計和應(yīng)用目標(biāo)?？刹榭炊鄺l線路多列車設(shè)備運行狀態(tài)和通信數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備的多方位分析，擴(kuò)大了檢測范圍和能力，實現(xiàn)對車載CIR實時動態(tài)監(jiān)測，具有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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[3]黃欣萍，蔣笑冰.列車無線調(diào)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(xué)研究院