TVDS探測站通道故障診斷系統(tǒng)的研制

陳 冬 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司車輛部

1 概述

鐵路客車故障軌旁圖像檢測系統(tǒng)（TVDS）在保障行車安全方面發(fā)揮了重要作用，取得了良好效果。TVDS系統(tǒng)由沿線軌旁探測站設(shè)備、調(diào)度監(jiān)測中心及網(wǎng)絡(luò)傳輸通道等組成，現(xiàn)場軌旁探測站設(shè)備由車輛部門維護(hù)，探測站至調(diào)度監(jiān)測中心的網(wǎng)絡(luò)通道由電務(wù)通信部門維護(hù)。

在日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，由于缺少網(wǎng)絡(luò)傳輸通道末端的有效監(jiān)控手段，增加了TVDS系統(tǒng)故障處理難度，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場告警，無法準(zhǔn)確判斷障礙是通信設(shè)備原因還是網(wǎng)絡(luò)通道的原因，導(dǎo)致車輛及通信維護(hù)部門需要花費(fèi)較大工作量開展障礙分析定位及現(xiàn)場排查處理工作，在某種程度上也給列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了一定的隱患。

大量的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，當(dāng)設(shè)備漸進(jìn)性功能失效時(shí)，前期會出現(xiàn)通信質(zhì)量變差的情況，表現(xiàn)為信噪比降低，通信延時(shí)加大，丟包率增加等。此時(shí)設(shè)備雖然可用，但已處于故障的邊緣，對于使用者而言此時(shí)需要密切關(guān)注。

根據(jù)要求，需按周、月等時(shí)間節(jié)點(diǎn)對TVDS系統(tǒng)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并要求對故障原因進(jìn)行具體分析，而目前維護(hù)人員只能通過人工方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，工作量大，影響了工作效率。

2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)TVDS探測站通道實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障自動定位、通道質(zhì)量監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)通道故障及時(shí)報(bào)警、故障遠(yuǎn)程維護(hù)、故障分析統(tǒng)計(jì)，完成TVDS通道智能化運(yùn)維，有效提高運(yùn)維效率，節(jié)約運(yùn)維成本。

3 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)運(yùn)行基于TVDS通道實(shí)時(shí)狀態(tài)獲取，當(dāng)系統(tǒng)獲取到TVDS通道的異常狀態(tài)時(shí)，即啟用系統(tǒng)的通道故障診斷功能，由此項(xiàng)功能完成對通道異常狀態(tài)進(jìn)行智能診斷及故障點(diǎn)判定，并將通道的故障信息與實(shí)時(shí)狀態(tài)一同展示在監(jiān)測平臺上，完成系統(tǒng)的通道實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障定位，并依據(jù)故障信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警、分析、統(tǒng)計(jì)等功能。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作流程

3.1 數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)接收監(jiān)測設(shè)備上傳的監(jiān)測信息，根據(jù)約定的協(xié)議格式對報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。報(bào)文解析完成后，組裝發(fā)送響應(yīng)報(bào)文給監(jiān)測設(shè)備。如果監(jiān)測設(shè)備上報(bào)的狀態(tài)數(shù)據(jù)中有一個(gè)或多個(gè)設(shè)備狀態(tài)為異常，則將狀態(tài)指示燈設(shè)置為“閃爍”。若能夠收到監(jiān)測設(shè)備的上報(bào)數(shù)據(jù)，則認(rèn)為整個(gè)通信通道都是正常的，因此為了保證狀態(tài)的實(shí)時(shí)性，需及時(shí)將該通信通道上設(shè)備的狀態(tài)都設(shè)置成“正常”。

為了能夠在通信通道發(fā)生故障的時(shí)候能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并迅速判斷故障原因，設(shè)計(jì)了監(jiān)測數(shù)據(jù)輪詢判斷模塊。流程如圖2所示。

圖2 獲取網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)流程示意圖

為了能夠更加及時(shí)準(zhǔn)確地提供通道通信質(zhì)量信息，為維護(hù)人員提供更早、更精確的預(yù)警信息，需要獲取更多的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)。

3.2 故障診斷

定時(shí)診斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量，檢查網(wǎng)絡(luò)是否通暢，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，定位故障點(diǎn)。利用ICMP協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能，可以追蹤探測站通信設(shè)備到調(diào)度中心之間的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量狀況（如時(shí)延、丟包率等）。通過分析這些信息，可以診斷出發(fā)生故障的網(wǎng)段。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸

定時(shí)上傳TVDS通道狀態(tài)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)通道質(zhì)量信息、以及通道故障原因。如果傳輸網(wǎng)路斷開，系統(tǒng)會保持正常采集并緩存數(shù)據(jù)，直到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，將所緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，最大可能的保證系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境異常時(shí)，數(shù)據(jù)采集不受影響。

4 系統(tǒng)功能

4.1 實(shí)時(shí)診斷

實(shí)時(shí)監(jiān)測TVDS通道主機(jī)和鏈路設(shè)備的狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)通道質(zhì)量參數(shù)（包括丟包率、時(shí)延、流量、上下行信噪比等），當(dāng)通道出現(xiàn)故障時(shí)自動診斷故障原因。

系統(tǒng)利用ICMP協(xié)議判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能否到達(dá)，對于支持SNMP協(xié)議的設(shè)備，通過SNMP協(xié)議獲取并判斷設(shè)備工作狀態(tài)。系統(tǒng)利用SNMP協(xié)議，從網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備獲取與之連接的鏈路狀態(tài)，并以此判斷網(wǎng)絡(luò)鏈路的通斷；如設(shè)備不支持SNMP協(xié)議而支持WEB管理頁面，系統(tǒng)則通過HTTP協(xié)議，從設(shè)備上獲取相應(yīng)的狀態(tài)。

4.2 故障報(bào)警

當(dāng)診斷到通道發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)處理。

首先監(jiān)測平臺會有聲音報(bào)警提示，界面右下角自動彈出報(bào)警消息提醒框。點(diǎn)擊報(bào)警消息提醒欄中任意一條異常報(bào)警信息，界面跳轉(zhuǎn)至報(bào)警展示界面，顯示通道異常詳細(xì)信息，定位故障點(diǎn)。

報(bào)警展示頁面以列表形式統(tǒng)計(jì)當(dāng)前正在報(bào)警的通道，詳細(xì)展示故障原因，以便定位可能的故障點(diǎn)。

頁面右上角消息提醒會顯示報(bào)警個(gè)數(shù)，點(diǎn)擊消息提醒按鈕，可以重新打開消息提醒框，顯示詳細(xì)報(bào)警信息。

4.3 遠(yuǎn)程維護(hù)

通過智能電源實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程重啟TVDS探測站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。智能電源有網(wǎng)口、CPU、多路繼電器組成，當(dāng)系統(tǒng)診斷到通訊設(shè)備異常時(shí)，由網(wǎng)管或監(jiān)測設(shè)備下發(fā)重啟設(shè)備的指令，CPU通過網(wǎng)口接收信號，判斷開啟或關(guān)閉某路繼電器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程重啟設(shè)備的功能。

當(dāng)用戶操作遠(yuǎn)程手動重啟通信設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)會自動記錄重啟方式、重啟時(shí)間以及重啟結(jié)果等記錄上傳至監(jiān)測平臺，并存儲至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

5 應(yīng)用前景

TVDS探測站通道故障診斷系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)以及嵌入式開發(fā)技術(shù)，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮算法、故障定位分析算法、實(shí)現(xiàn)TVDS系統(tǒng)通道的實(shí)時(shí)監(jiān)測、及時(shí)報(bào)警、準(zhǔn)確定位故障、系統(tǒng)故障分析、遠(yuǎn)程維護(hù)通信設(shè)備等功能，為故障排查和故障分析統(tǒng)計(jì)提供強(qiáng)有力的手段，實(shí)現(xiàn)了TVDS系統(tǒng)通道運(yùn)維的自動化和智能化，有效提高了通道運(yùn)維的效率和管理水平，大大節(jié)約了通道運(yùn)維的人力成本與投入，為TVDS設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。