动车组车载信息无线传输及地面监控系统的应用
陈才茂
近年来，我国动车组规模与数量的提升，对于动车组调度和检修也提出了更高的要求，需要充分把握动车组的运行数据信息，通过合理的状态维修等手段来缓解生产组织压力。目前动车组车载信息实时数据已经实现落地，但是受限于网络条件，只能将少部分故障信息和关键性运行信息在筛选后向地面进行传输，仅靠落地的实时数据无法详尽分析动车组状态。另一方面传统的人工下载方式效率较低，不能满足动车组运维的需要。因此动车组车载信息非实时数据下载及综合运用的需求十分急迫。
一、系统构成
系统由车载信息无线传输装置、无线通信网络和地面监控系统三部分组成。
（一）车载信息无线传输装置
车载信息无线传输装置，即安装在动车组头车的动车组无线传输装置（WTD）。WTD能采集、分析和处理列车网络控制系统的数据信息，实现信息的本地存储，并将动车组关键运行状态信息及故障信息通过移动通行网络实时发送到地面；
或通过以太网数据线下载WTD本地数据至笔记本电脑等存储介质；
或通过WLAN自动下载WTD本地数据至地面服务器。我国各型动车组均配置WTD系统，CRH1A、CRH6等动车组的早期型号出厂时没有配置的，后续在车组高级修时也进行了加装改造。
车载信息无线传输装置主要是由装置主机和天线系统组成。其中，装置主机主要负责动车组运作状态信息的采集和处理；
WTD主机上设置有DI插件板可以采集车上的司乘人员操作信息；
并根据地面的数据传输要求，可以实现无线数据传输的调控，根据传输策略对不同的数据采用不同的传输方式；
同时，装置本身具有GPS定位和授时功能。天线系统使用车载WLAN/GSM/GPS三合一天线，安装在动车组车顶，从而获取定位信息。
（二）地面无线传输网络
地面无线传输网络，主要作用是建立车载信息无线传输装置与地面监控系统的数据传输通道。是一套由安装在动车所存车场的多个无线AP组成的无线局域网络，承载动车组数据无线传输，遵循802.11bg标准，频段为2.4GHz，传输速率可达54Mbps。
（三）地面监控系统
地面监控系统通常由数据接收装置、存储服务器和用户终端等结构构成。其中数据接收装置负责地面无线通信网络的管理，动车组数据的自动下载、转发、存储等。存储服务器负责动车组数据的接收、解析、存储和数据备份等。用户终端负责通过铁路内部网络访问运用所存储服务器，实现动车组数据文件的查询、分析和应用等功能。
二、动车组车载信息无线传输方案
（一）设备的接入
在动车运作过程中，数据利用GPRS网络向地面服务器传输，针对列车的重要参数，车载主机能够利用定时发送的方式发送周期在1min左右的数据，周期长度可以利用服务软件调试。针对列车的故障信息和状态信息等进行传输。车载主机通过响应式发送模式，在检测到动车存在故障后即刻传输信息。
（二）转储数据传输
车载主机选择的转储数据包含牵引单元的MVB过程数据，通常情况下以WLAN传输模式为主。WLAN板卡可以与无线网络直接连接。在动车组进入无线网络覆盖范围时，车载主机可以查询可用的转储数据服务器并则自动连接，之后利用FTP等方式为服务器传输信息。
动车组在进检修库作业前，会在存车场停留一段时间，此时在存车场搭建的地面无线AP即可自动与车载WTD建立通讯，快速下载车载信息，并将车载信息通过光纤网络存储到运用所本地服务器。由于在存车场需要开展本务司机与地勤司机交接、安排进出库信号等作业，并且进出检修库的过程中动车组行进速度较慢，因此供无线网络下载车载信息的时间至少有15分钟，足够下载当天的车载信息。以CRH380B型动车组为例，全天的MVB数据约为300M左右，完全可以在15分钟内完成下载及存储。
三、地面系统方案
车载子系统承担着动车运作数据与故障数据采集的功能，利用GPRS网络将数据传输到地面服务器，而地面子系统则进行数据的接收，并利用Web的形式提供给用户，用于了解动车的运行状态与历史数据。
（一）地面监控系统的部署
地面监控系统部署在动车组运用所信息机房，安装远程管理支持和服务器虚拟化软件许可支持等软件。数据接收装置采用有线方式连接到地面无线网络中，负责对无线信道加密、无线AP的统一管理、动车组数据的自动下载，数据的解压缩，并将所下载数据存入临时数据库，同时通过路局办公网络将数据转存到运用所存储服务器。数据接收装置全部采用工业级部件制造，外部千兆/万兆网络接口。
存储服务器负责全部动车组数据的接收、解析和存储，存储能力一般需要支持1年以上。数据备份群集中的存储容量针对不同车型按照标准列动车组进行估算，其中CRH1型、CRH2型、CRH6型按1T/年/标准列计算，CRH3型、CRH5型动车组按3T/年/标准列计算，复兴号标准动车组按10T/年/标准列计算。并通过路局办公网络提供数据给用户终端进行分析运用。
用户终端是通过路局办公网连接到数据存储服务器实现列控数据文件的查询、分析和应用等。当动车组进检修库检修前，车载信息已经通过无线网络实现落地。地面监控软件将车载信息过程数据解压、解码，以统一格式存储在服务器中，以供动车组运用维修使用，服务器存储所辖各运用所已下载数据索引及故障信息，相关技术人员可以通过用户终端查看。在地面监控系统对非实时下载数据进行回放和二次诊断，检修人員可以获取故障信息，也可以通过打印机输出故障信息来进行及时检修。
（二）地面传输网络的优化
为了减少障碍物对信号的遮挡，根据无线AP的带宽大小和覆盖范围，将无线AP安装在存车场的灯桥及轮对受电弓动态检测装置等设施上，覆盖动车所存车场区域。以广州动车段为例，选择单个无线AP网络点有效覆盖面积约为80m*80m的网络设备，1个AP点可以覆盖4个标准动车组位，同时满足4个标准列动车组同时下载数据的带宽。因此在深圳北动车所存车场的两个灯桥上共安装18个AP，覆盖40条存车线、80个标准动车组列位。将无线AP通过光纤收发器连接到运用所服务器，构建地面无线网络设备硬件环境。
（三）子系统的设计
远程系统地面子系统一般包括数据存储模块和接收模块等结构，数据处理模块负责信息的接收，数据存储模块则负责数据的储存。用户接口模块可以对动车的运行状态及变化情况进行反馈，也能够对数据信息进行归纳处理。
（四）关键技术分析
1.动车故障数据的存储与查询
为确保动车的运行质量，远程系统在开发期间便应用了以下设计：（1）车载子系统可以针对列车的故障数据进行错误检查，确保故障信息传输的稳定性和完整性，避免信息失真等问题的产生；
（2）地面子系统可以根据动车故障数据的关键数据，产生对应列车故障记录的数据签名，使得每一条数据都具有不同的标签，确保故障数据的有序性；
（3）地面子系统数据查询模块设计，采用有效组织查询条件，确保故障信息到处结果与查询请求一致。
2.用户访问权限控制
为提高数据调用的安全性，在地面子系统中设计有用户访问控制机制，账户注册不开放，账户注册需要先进行使命申报，之后经由相关人员完成审核后才能完成注册。此外，服务端中的用户请求也需要进行处理，先确认当前的账户状态，确保账户安全后再对其操作和信息进行记录，保证用户行为以及系统整体的安全性。
四、结语
动车组车载信息无线传输及地面监控系统，通过在动车运用所建设地面无线网络设备，升级动车组WTDS车载无线设备，建立车-地WLAN无线网络连接，研究实现了动车组车载信息的自动下载和存储技术。针对不同动车组车型的车载数据，提出了规范化统一解析及管理技术，不同动车组车型，开发相应数据解析与管理软件，完成对车载数据的解析与合理应用，全面把握动车组运行状态，提高了故障分析效率，实现了动车组运行状态全面监控，为动车组检修计划的编制和调整提供支持，也提高了动车组检修效率。
作者单位：
中国铁路广州局集团有限公司广州动车段