動車組車載信息無線傳輸系統(tǒng)應(yīng)用

李強(qiáng)

摘 要：文章描述了動車組車載信息無線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成，介紹了無線傳輸數(shù)據(jù)的類別，詳細(xì)描述了車載信息無線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案、數(shù)據(jù)傳輸方案以及地面系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：無線傳輸系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號：U285 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0164-02

Abstract： This paper describes the constitution of the vehicle information wireless transmission system for EMU， introduces the categories of wireless data transmission， and describes in detail the data acquisition scheme， data transmission scheme and ground system scheme of the vehicle information wireless transmission system.

Keywords： wireless transmission system； data acquisition； data transmission

1 概述

車載信息無線傳輸系統(tǒng)由車載主機(jī)、車載天線、多頻段合路器、天線延長電纜構(gòu)成，對列車運(yùn)行狀態(tài)與報(bào)警信息進(jìn)行采集處理、數(shù)據(jù)存儲和無線發(fā)送。

高速動車組運(yùn)行途中傳輸?shù)男畔⒖煞譃閯討B(tài)位置跟蹤信息、基本狀態(tài)信息和故障信息等。

根據(jù)動車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)工作原理，主要狀態(tài)與報(bào)警信息在列車WTB/MVB網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。因此，車載主機(jī)接入MVB網(wǎng)絡(luò)獲取有關(guān)牽引、制動、軸溫、空調(diào)、門等子系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過GPS功能模塊獲取列車位置信息，通過GPRS發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)，若終到車站或動車運(yùn)用所具備WLAN無線覆蓋，則可通過WLAN實(shí)現(xiàn)過程記錄數(shù)據(jù)的無線下載。

車載信息無線傳輸系統(tǒng)內(nèi)部原理及對外接口原理詳見圖1。

本文詳細(xì)介紹了車載信息無線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方案、數(shù)據(jù)傳輸方案以及地面系統(tǒng)方案。

2 數(shù)據(jù)采集方案

2.1 設(shè)備接入

車載主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口接入列車 MVB網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)，通過低壓電路進(jìn)行供電，在車頂安裝GPS、GPRS和WLAN天線，通過天線饋線和合路器，接入車載主機(jī)。

2.2 列車運(yùn)行參數(shù)采集

車載主機(jī)通過MVB網(wǎng)絡(luò)采集列車運(yùn)行參數(shù)。動車組一般為8輛編組，分為兩個牽引單元，車載主機(jī)在每個牽引單元各安裝一個，通過MVB網(wǎng)絡(luò)采集本單元的列車運(yùn)行參數(shù)，采樣周期約為0.1秒。采集到的列車參數(shù)分為實(shí)時數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)。實(shí)時數(shù)據(jù)包括列車速度、高壓系統(tǒng)狀態(tài)、牽引系統(tǒng)狀態(tài)、制動系統(tǒng)狀態(tài)、關(guān)鍵部件溫度和司機(jī)操作動作等。轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)則包括當(dāng)前牽引單元完整的MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

2.3 列車故障數(shù)據(jù)采集

車載主機(jī)對列車故障數(shù)據(jù)的采集通過MVB網(wǎng)絡(luò)完成。車載主機(jī)控制軟件直接讀取網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的列車診斷報(bào)文，根據(jù)報(bào)文內(nèi)容讀取并對應(yīng)列車故障數(shù)據(jù)。包括故障代碼、故障車號、故障狀態(tài)（發(fā)生或恢復(fù)）和故障時間等。

2.4 列車位置信息采集

2.4.1 概述

車載主機(jī)內(nèi)置了衛(wèi)星定位模塊，同時在車頂安裝了衛(wèi)星定位天線，從而能夠通過衛(wèi)星定位采集列車當(dāng)前位置和速度信息，同時還具備衛(wèi)星授時功能。

2.4.2 衛(wèi)星定位系統(tǒng)

目前常用的衛(wèi)星系統(tǒng)包括GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)。

GPS系統(tǒng)的優(yōu)勢是系統(tǒng)成熟，衛(wèi)星數(shù)量多，覆蓋范圍廣。與GPS系統(tǒng)相比，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有下列優(yōu)勢：

（1）同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統(tǒng)支持。

（2）特別適合于集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。

（3）融合北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)和衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)兩大資

源，因此也可利用GPS使之應(yīng)用更加豐富。

（4）自主系統(tǒng)，安全、可靠、穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。

2.4.3 設(shè)計(jì)方案

為了能夠兼顧GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢，車載主機(jī)內(nèi)置的衛(wèi)星定位模塊及車頂天線，能支持北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)兩種定位機(jī)制。

當(dāng)GPS系統(tǒng)可用時，車載主機(jī)從GPS系統(tǒng)讀取列車當(dāng)前位置、速度和時間參數(shù)；當(dāng)北斗系統(tǒng)可用時，車載主機(jī)從北斗系統(tǒng)讀取列車當(dāng)前位置、速度和時間參數(shù)。當(dāng)GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)均可用時，車載主機(jī)可優(yōu)先從北斗系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)傳輸方案

3.1 設(shè)備接入

實(shí)時數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛娣?wù)器。對于列車關(guān)鍵參數(shù)，車載主機(jī)采用定時發(fā)送機(jī)制，發(fā)送周期一般為1分鐘，該周期可通過服務(wù)軟件進(jìn)行配置。對于列車故障信息，車載主機(jī)采用響應(yīng)式發(fā)送機(jī)制，檢測到故障信息后立即進(jìn)行發(fā)送。

3.2 轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)傳輸

車載主機(jī)采集的轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)包括當(dāng)前牽引單元的完整MVB過程數(shù)據(jù)。由于轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量較大，采用WLAN方式進(jìn)行傳輸。車載主機(jī)內(nèi)置WLAN板卡，能夠連接配置好的無線網(wǎng)絡(luò)。

動車運(yùn)用所如果部署符合約定的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則當(dāng)動車組進(jìn)入無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域后，車載主機(jī)能夠首先通過廣播方式搜索網(wǎng)內(nèi)可用的轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，如果存在可用服務(wù)器，車載主機(jī)將自動連接該服務(wù)器，再通過FTP或其他方式將保存在本地的轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。

4 地面系統(tǒng)方案

4.1 概述

車載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集列車運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將上述數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)器，地面子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、處理、存儲列車數(shù)據(jù)，并以Web方式提供用戶接口，使用戶能夠隨時查詢列車當(dāng)前狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。

4.2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程系統(tǒng)地面子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)接收處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和用戶接口模塊組成，其中數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)接收車載設(shè)備發(fā)送的列車數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲模塊使用數(shù)據(jù)庫的形式對各類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲；用戶接口模塊能及時反映列車數(shù)據(jù)的變化情況，對各類數(shù)據(jù)的趨勢進(jìn)行歸納，具備較高的可讀性。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

4.3.1 列車故障數(shù)據(jù)的存儲、查詢與導(dǎo)出

為了保證滿足目標(biāo)用戶需求，遠(yuǎn)程系統(tǒng)在開發(fā)過程中采取了一系列手段。第一，車載子系統(tǒng)對列車故障數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯重傳，保證列車故障數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會發(fā)生遺漏。第二，地面子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲模塊，使用列車故障數(shù)據(jù)的核心參數(shù)（即列車編號、故障代碼和故障時間等）生成針對每一條列車故障記錄的數(shù)據(jù)簽名，保證列車故障數(shù)據(jù)在存儲中不會出現(xiàn)重復(fù)。第三，地面子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢模塊，通過有效組織查詢條件，保證列車故障數(shù)據(jù)的導(dǎo)出結(jié)果中與用戶查詢請求嚴(yán)格一致。

4.3.2 用戶訪問控制

為了在便于用戶使用的同時保證數(shù)據(jù)安全，地面子系統(tǒng)采用了嚴(yán)格的用戶訪問控制機(jī)制。用戶賬戶不開放注冊，采用實(shí)名制人工申請審核模式。在服務(wù)端維護(hù)用戶狀態(tài)列表，所有用戶請求均首先檢查用戶狀態(tài)，并隨時記錄用戶操作日志。

5 結(jié)束語

車載信息無線傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集車載數(shù)據(jù)并發(fā)送至地面服務(wù)器，該系統(tǒng)能夠?yàn)榈孛嬷笓]中心提供大量動車組工作狀態(tài)信息。當(dāng)動車組運(yùn)行發(fā)生故障時，地面指揮人員可借助該系統(tǒng)提供的信息，快捷并有效地發(fā)出各類應(yīng)急處理措施，為動車組的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

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