鐵路軌道檢測中大容量數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用

張平 上海鐵路局工務(wù)處

鐵路軌道檢測中大容量數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用

張平 上海鐵路局工務(wù)處

介紹軌道檢測中大容量數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的組成、功能、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新性、使用及如何利用該系統(tǒng)指導(dǎo)工務(wù)基層單位養(yǎng)護維修等。

軌檢車；檢測數(shù)據(jù)；發(fā)送；衛(wèi)星傳輸；接收

1 緒論

為了有效解決軌道檢查車檢測數(shù)據(jù)的實時傳輸問題，上海鐵路局與天宇通信集團有限公司合作，成功開發(fā)了軌道檢查車大容量數(shù)據(jù)的有效傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過充分的調(diào)研與論證，通過采用衛(wèi)星通信方式來解決大容量數(shù)據(jù)的有效傳輸問題。2011年5月，在我局軌檢車（WX999288）上安裝一套移動收發(fā)系統(tǒng)，在上海工務(wù)段的數(shù)據(jù)處理中心安裝一套地面收發(fā)系統(tǒng)，組成一套完整“車地”大容量數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，借助“動中通”通信衛(wèi)星，建立起軌檢車與地面中心間衛(wèi)星通信鏈路，從而實現(xiàn)軌檢車與數(shù)據(jù)分析處理中心之間的實時寬帶雙向通信。該系統(tǒng)能使軌檢車檢測數(shù)據(jù)實時、快速傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)中心，使相關(guān)人員能夠及時掌握現(xiàn)場信息，發(fā)現(xiàn)問題，辨識問題，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場養(yǎng)護工作（見圖1）。

圖1 安裝在軌檢車（WX999288）車頂?shù)摹皠又型ā蓖ㄐ判l(wèi)星圖

2 鐵路軌道檢測系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的介紹

2.1 系統(tǒng)組成

高速鐵路軌道檢測系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成，分別為移動系統(tǒng)和地面固定系統(tǒng)。系統(tǒng)組成見圖2。

（1）移動系統(tǒng)：安裝于軌道檢查車（WX999288）上，以支持列車在高速移動中，利用“動中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)經(jīng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳送給地面固定系統(tǒng)。移動系統(tǒng)主要包括“動中通”衛(wèi)星通信天線、功率放大器、調(diào)制解調(diào)器，以及與軌檢車檢測和分析系統(tǒng)相接的接口設(shè)備等。

（2）地面固定系統(tǒng)：地面固定系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)分析中心或調(diào)度指揮中心的組成部分，位于上海工務(wù)段內(nèi)。主要包括地面站衛(wèi)星天線、LNB、功率放大器、調(diào)制解調(diào)器，以及與地面系統(tǒng)相連的接口設(shè)備等。

圖2 系統(tǒng)組成示意圖

2.2 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置見表1。

表1 系統(tǒng)配置

2.3 系統(tǒng)功能

2.3.1 數(shù)據(jù)雙向傳輸功能

軌檢車檢測的各項數(shù)據(jù)（全部或有選擇性的）通過IP平臺傳送至地面的數(shù)據(jù)處理中心；相反，其處理結(jié)果也可依據(jù)需要，由數(shù)據(jù)處理中心反饋至軌檢車上。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)據(jù)交換功能

通過衛(wèi)星鏈路，軌檢車內(nèi)局域網(wǎng)與地面指揮中心的局域網(wǎng)及Internet進行連通，雙方可以交換、文件傳輸，車內(nèi)還可以通過地面的網(wǎng)絡(luò)來瀏覽互聯(lián)網(wǎng)等。

2.3.3 音視頻傳輸功能

在高速行進過程中，軌檢車對現(xiàn)場周圍的環(huán)境圖像進行采集后，實時通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳送至地面數(shù)據(jù)分析處理中心，直接提供直觀的現(xiàn)場圖像。

2.3.4 視頻會議傳輸功能

在軌檢車高速行駛過程中，車內(nèi)可與地面數(shù)據(jù)處理中心實時召開雙向視頻對話，實現(xiàn)前、后方人員之間“面對面”的交流和溝通。

2.3.5 衛(wèi)星電話功能

通過VoIP語音網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將固定電話延伸至軌檢車內(nèi)，車內(nèi)人員可以像使用固定電話一樣打電話、收發(fā)傳真等。2.3.6基于IP平臺的其他功能

如將GPS定位信息等通過IP平臺進行實時傳送和通過進一步的功能擴展，即可滿足有實時傳輸需求的其它業(yè)務(wù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新性

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）年該系統(tǒng)滿足電氣化鐵路系統(tǒng)對車輛及外加設(shè)備的總體限高、限寬要求，實現(xiàn)了在27kV高壓線路下、160km/h的運行車速情況時的實時通信。

（2）通過自主研發(fā)的與軌檢車數(shù)據(jù)系統(tǒng)相匹配的拆分/組合軟件，對實時寫入數(shù)據(jù)的讀取、拆分、打包，經(jīng)由“動中通”衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸，再對所接收到的數(shù)據(jù)進行拆包、校驗、錯包重傳、再檢驗、重新組合等過程，生成的數(shù)據(jù)與原文件完全一致。

（3）適合“動中通”衛(wèi)星傳輸特點的軟件，解決了當(dāng)遇到樹木、橋梁、隧道、山體等外界環(huán)境遮擋造成衛(wèi)星通信鏈路出現(xiàn)跳鎖、閃斷、短時或長時間中斷時對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確和完整。

3.2 創(chuàng)新性

（1）該項目在軌檢車上建立雙向通信系統(tǒng)，其工作原理是通過“動中通”衛(wèi)星天線在軌檢車和檢測數(shù)據(jù)處理中心之間建立IP通信平臺，實現(xiàn)了軌道檢測波形文件的實時傳輸。

（2）“動中通”衛(wèi)星系統(tǒng)與目前國內(nèi)的海事衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，兼顧了后兩者的特點，彌補了兩者的缺點，既能滿足覆蓋范圍廣，又能滿足高速下完成大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，發(fā)送速率：128kbps-4Mbps；接收速率：最高達(dá)15Mbps。

4 應(yīng)用情況

該系統(tǒng)于2011年5月在我局軌道檢查車（WX999288）上安裝并投入使用，地面數(shù)據(jù)分析處理中心設(shè)在上海工務(wù)段，并安裝了地面固定接收系統(tǒng)。經(jīng)過近兩年的實際應(yīng)用，速度由60km/h起步，最高試驗速度達(dá)160km/h，每20km/h為1個速度級，在測試數(shù)據(jù)正常條件下每個速度等級測試10min。測試的主要速度等級為60km/h、80km/h、100km/h、120km/h、160km/h，每個速度等級正反向各進行3次測試。

軌檢車檢測發(fā)現(xiàn)大病害時，通過屏幕記錄軟件錄制

Raysat天線控制器刷新信息和地面接收速率。具體如圖3。地面控制中心接收到信息后，能及時打開軌檢車檢測波形及數(shù)據(jù)。例如：軌道檢查車某次檢測到三角坑大偏差值，其具體里程、幅度、波形、列車速度、線型等見圖4、表3。

圖3 錄制Raysat天線控制器刷新信息和地面接收速率示意圖

圖4 超限大值的GEO波形圖

表3 超限大值報告表

軌檢車檢測人員即時將上述信息傳輸給地面中心，地面中心接到波形圖和超限報告表后，立即通知基層站段領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)工程技術(shù)人員，并及時將現(xiàn)場查找的情況上報且反饋到軌道檢查車。

現(xiàn)場病害查找情況反饋：道口第七塊大板水平-5，+4,大板有空吊。第十二塊大板水平-6，+5，大板有空吊。

通過現(xiàn)場功能實際測試與驗證，“動中通”通信衛(wèi)星構(gòu)建的大容量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，已成功實現(xiàn)軌檢車檢測數(shù)據(jù)與地面數(shù)據(jù)分析處理中心間數(shù)據(jù)的實時傳輸，數(shù)據(jù)分析處理中心能及時接收并立即分析出軌道狀態(tài)的各項參數(shù)，能及時對各級別的問題進行處置，有效地解決了軌檢車檢測數(shù)據(jù)與地面分析處理中心之間的實時大容量數(shù)據(jù)交互、傳輸?shù)碾y題，不僅大大提高了檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c時效性，而且能為檢測出的問題及時得到處置提供有效的保障。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)解決了軌檢車檢測數(shù)據(jù)與地面分析處理中心之間的實時數(shù)據(jù)交互，實時傳輸?shù)膫鬏斔俾矢?、系統(tǒng)穩(wěn)定，傳送的圖像穩(wěn)定、清晰。系統(tǒng)操作界面簡潔、友好，通過近兩年的運行，系統(tǒng)設(shè)備具有很好的可靠性、實用性。

責(zé)任編輯：宋飛

來稿時間：2014-11-13