机车综合无线通信设备动态监测应用论文
摘要：机车综合无线通信设备（CIR）已有的检测方式不能实时掌握设备工作状态，为此，开发机车综合无线通信设备动态监测系统。将数据采集单元装配到动车组上，地面服务器获得设备实时工作信息，通过用户终端实现对CIR设备运行信息实时分析，通过无线网络实现远程动态监测。
关键词：实时监测；智能分析；远程控制；无线报警
目前，机车综合无线通信设备（CIR）状态监测，尚没有结合列车本身数据和铁路沿线基础设施进行综合实时分析的应用；没有切实有效的手段对列车本身数据（如：里程、时间、速度等）和铁路沿线基础设施（如：桥梁、隧道、分相等）进行详细分析和模块化显示；对于故障发生时间和地点信息，没有快速获取的办法。国内外针对车载CIR及其通信状态信息，大多采用先记录数据，下车后再分析的方式进行监测，方式单一，流程繁琐，不能做到对数据实时同步监测。传统方式无法实现高速铁路上对CIR的动态掌握和实时分析，更不能及时捕捉设备运行异常和报警异常信息。基于现场实际需求，当CIR状态发生变化时，能及时掌握、及时反应、迅速处理，开发了CIR动态监测系统。
1系统组成
系统包括3部分：车载单元，地面服务器和用户终端。将车载单元（数据采集模块）装配到每台正常运行的动车组上，地面服务器实时获得CIR的动态数据，利用既有列控设备动态监测系统（DMS），车载DMS-CIR设备间的数据接口，实现CIR运行状态信息、功能号注册信息、调度命令和进路预告发布信息的实时采集，并利用车载DMS既有的监测信息、车-地无线传输通道和地面服务器等相关设备，实现CIR的实时动态监测。系统结构如图1所示。
1.1车载单元（数据采集模块）
车载单元（数据采集模块）安装在动车组的DMS主机扩展单元内，通过RS422通信电缆采集CIR主机信息，由DMS设备提供工作电源和列车运行速度、位置、时间等信息。在列车运行中对CIR运行状态、功能号注册、调度命令和进路预告发布等信息进行实时采集及车载数据的无线下载。采集的信息通过GSM-R/GPRS网络传回地面服务器，使用有效的信息安全机制，保证数据传输的安全性和可靠性，采取安全防护措施后接入铁路办公网。
1.2地面服务器
地面服务器对采集到的数据进行处理、分析、统计后，通过互联网或铁路办公网传递给各用户终端。地面服务器接收到车载设备发送的`CIR状态数据信息后，对数据进行解析、分析、存储、共享。地面服务器结合列车速度、里程、时间、线路基础数据库等信息对CIR的数据进行分析，查看数据时可对应相应的车号、车次、时间和地点。
1.3用户终端
铁路总公司监督终端、铁路局管理终端、通信段运用终端及动车所数据终端通过铁路办公网浏览、下载、分析监测及检测数据。可实现CIR检测数据的实时查看、历史回放、数据分析。
2技术要求
2.1硬件技术要求
2.1.1车载设备（1）供电电源：DC5V±10%；（2）电源功率：<1W；（3）环境温度：-25～75℃；（4）相对湿度：40%～90%；（5）大气压力：86～106kpa（海拔2500m以下）；（6）绝缘阻抗：≥100M，DC500V；（7）实时测试GSM-R上下行共42组频率场强覆盖数据；（8）采样要求：4cm（速度：350km/h）。2.1.2地面服务器（1）供电电源：AC220V±10%，50Hz±20%；（2）电源功率：700W；（3）环境温度：10～30℃；（4）相对湿度：当温度为25℃时，相对湿度≤90%；（5）大气压力：86～106kpa（海拔2500m以下）；（6）服务器可靠性：MTBF≥100万h。2.1.3用户终端（1）供电电源：AC220V±10%，50Hz±20%；（2）电源功率：<500W；（3）环境温度：0～45℃；（4）相对湿度：当温度为25℃时，相对湿度≤90%。
2.2软件技术要求
2.2.1车辆列表显示显示铁路局辖区所有车辆和过路车辆，以车次、车号、线路方式进行分类。2.2.2报警信息查询显示报警信息分3类：2min没有本机IP报警、CIR网络状态报警、CIR工作状态报警。2.2.3实时跟踪（1）显示速度表盘、配属局、ATP类型、车次、当前里程、当前时间、车站、基站、通信模式等基本信息。（2）显示信息：ATP信息（里程、速度、时间等），调度命令信息，CIR司机操作信息，CIR主机综合信息，调度通信信息实时查看。（3）在实时跟踪模块状态下，可分别显示：查看所有元素项、调度命令定位、过滤调度命令、查看详细信息（调度命令、调度通信、司机操作、综合信息）、司机操作信息定位、司机操作信息、查看单条调度命令信息、添加（取消）制动速度及限速、查看单条CIR主机综合信息、查看基站信息、模式切换。（4）自动绘图区域分为：速度（制动速度、限速）、调度命令显示、场强及基站信息（站名、基站类型）、主机综合信息。2.2.4数据回放ATP信息，CIR调度命令信息，CIR司机操作信息，CIR主机综合信息，调度通信信息回放。包括：查看所有元素项、调度命令定位、过滤调度命令、查看详细信息（调度命令、调度通信、司机操作、综合信息）、司机操作信息定位、查看司机操作信息、查看单条调度命令信息、添加（或取消）制动速度及限速、查看单条CIR主机综合信息、查看基站信息、模式切换。2.2.5数据导出客户端支持导出Excel格式文件，可导出的数据项包括：（1）报警、源数据（解析后的）；（2）调度命令；（3）调度通信信息；（4）司机操作信息；（5）主机综合信息。
3实现功能
系统开发方案充分考虑模块化和可扩展性，便于设备的安装、维护；考虑设备稳定性、电磁兼容，以满足动车组的实施需要；软件模块化，易于管理、维护。既能满足在各铁路局独立应用，也能整合成全国铁路应用系统。接口协议标准化，支持与第三方系统对接、支持扩容需求；软件模块化，易扩展。软件界面简洁、快捷、易于操作人员使用。
（1）获取车载CIR仪表数据，研发对应电路板，实现对关键信息的自动监测输出。模块电路板的设计和研发是技术关键，将电路板集成到既有的主机箱内，实现接口实时通信。利用RS422串行通信技术，获取CIR状态信息、通信信息，实现对CIR的监测。
（2）模块电路板集成到既有车载主机箱内，定义数据通信接口，实现对监测数据的实时转发。利用既有车载主机设备接口单元，将设计的模块电路板与主机内接口单元进行有效对接，达到对监测数据的实时转发。
（3）定义车载CIR数据与机车行驶数据整合机制，实现多方位监测设备运行状态。将实时监测数据与既有的机车运行信息（时间、运行速度、里程、信号机、灯码等）有效结合起来，详细记录实时监测信息，为分析设备状态提供多方面数据，可实现隐患分析等。
（4）模块电路板数据与地面互通机制，定义数据通信通道和安全传输技术。车载单元（模块电路板数据）通过GPRS、GSM-R无线传输技术将数据发送至地面，在用户终端图形化将列车时空数据实现有效结合直观表达，利用数据库存储技术、TCP/IP网络传输技术实现CIR状态的实时查看、报警，以及历史数据调取、分析功能。
4结束语
目前，该系统已应用在郑州铁路局CRH380AL-2601、2602、2604、2106、2607、2608、2616、2617、2618、2619共计10辆车上，以获取实际运行数据，完成对CIR数据的实时采集、转储；完成与列车运行数据、地理位置、时间空间信息有效结合；安全传输至地面服务器；能够实时动态查看CIR运行状态，并对报警信息实时醒目显示；查询回放历史数据，定位查询调度通信信息、调度命令信息、司机操作信息，结合时间、空间位置将小区基站相结合；实现车-地，地-地之间数据安全转储；实现对CIR主机数据、调度通信数据等信息的实时检测。从使用情况看，达到了设计和应用目标。可查看多条线路多列车设备运行状态和通信数据，实现对设备的多方位分析，扩大了检测范围和能力，实现对车载CIR实时动态监测，具有一定的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]钟章队.铁路GSM-R数字移动通信系统[M].北京：中国铁道出版社，2016.
[2]中国铁路总公司.铁路通信维护规则[M].北京：中国铁道出版社，2014.
[3]黄欣萍，蒋笑冰.列车无线调度通信[M].北京：中国铁道出版社，2011.
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