動車組DMS與LAIS系統(tǒng)設備融合方案探討

張明星

(中國鐵路呼和浩特局集團有限公司工務部，呼和浩特 010050)

《鐵路技術管理規(guī)程（高速鐵路部分）》第106條，《鐵路技術管理規(guī)程（普速鐵路部分）》第109條規(guī)定，裝備CTCS-2級列控車載設備的動車組應裝設LKJ設備。為便于實時掌握動車組列控車載設備（ATP）及LKJ設備實時運用狀態(tài)和動車組運行速度、位置等信息，動車組上一般都安裝了用于監(jiān)測ATP運用狀態(tài)的動車組列控設備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）以及用于監(jiān)測LKJ設備運用狀態(tài)的列車運行狀態(tài)信息系統(tǒng)（LAIS）。而現(xiàn)場運用過程中，由于動車組需要在既有線改造200 km/h區(qū)段及其以下區(qū)段運行，ATP設備與LKJ設備的工作轉換經(jīng)常發(fā)生，且在時速250 km及以下客運專線運行發(fā)生ATP故障時，也需轉換至LKJ控車運行.而現(xiàn)有狀況下，DMS與LAIS設備為2套獨立的設備，且地面分析、監(jiān)測軟件使用不同的平臺和分析方式，造成現(xiàn)場監(jiān)測與分析的不便。DMS設備和LAIS設備同時有諸多功能存在一定的相似和重合，探索使用1套設備實現(xiàn)對LKJ和ATP設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測非常必要。

1 DMS及LAIS系統(tǒng)設備介紹

DMS用于實現(xiàn)CTCS-2（簡稱C2）區(qū)段ATP狀態(tài)及行車實時監(jiān)測，在CTCS-0（簡稱C0）區(qū)段，動車組行車狀態(tài)及LKJ車載設備實時工作狀態(tài)需要通過LAIS車載設備實時獲取。

1.1 LAIS系統(tǒng)設備簡要介紹

LAIS是在2004年投建的6大干線提速安全標準線建設工程中的“客運機車走行部檢測及調(diào)度查詢系統(tǒng)”的基礎上發(fā)展而來，可在鐵路綜合IT網(wǎng)實現(xiàn)對列車當前運行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)視，能夠針對列車實現(xiàn)運行速度、位置、操縱狀態(tài)的跟蹤監(jiān)視，能夠?qū)崿F(xiàn)LKJ設備的遠程診斷、報警、實時狀態(tài)監(jiān)測。系統(tǒng)由車載子系統(tǒng)、通信傳輸、數(shù)據(jù)處理及服務子系統(tǒng)和應用子系統(tǒng)4個部分組成。

1.2 DMS系統(tǒng)設備簡要介紹

DMS是在動車組運行過程中完成對ATP運用狀態(tài)、應答器位置及報文、軌道電路傳輸特性等信息的采集，通過無線方式傳回地面數(shù)據(jù)中心，經(jīng)處理、分析、統(tǒng)計后，通過鐵路綜合IT網(wǎng)傳給各數(shù)據(jù)查詢終端，從而實現(xiàn)動車組運行過程中，對涉及行車安全和效率的信號設備ATP、應答器、軌道電路等內(nèi)容進行實時監(jiān)測和分析。主要由列控設備動態(tài)監(jiān)測裝置、地面數(shù)據(jù)中心及列控設備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)瀏覽端軟件(簡稱DMS查詢終端)3個部分組成。

2 DMS與LAIS系統(tǒng)設備構成及功能分析

DMS設備與LAIS設備均為實時監(jiān)測機車（動車組）列車運行監(jiān)控裝備運行狀態(tài)的監(jiān)測設備，通過比較兩者在系統(tǒng)架構、設備構成，以及功能方面的特點，提出設備融合的合理方案。

2.1 系統(tǒng)架構分析

對比DMS系統(tǒng)設備與LAIS系統(tǒng)設備，雖然在個別地方存在差別，總體上均由車載設備部分、網(wǎng)絡通信傳輸部分、服務器及數(shù)據(jù)處理部分、以及應用部分組成，重合度較高。下面對系統(tǒng)架構的不同部分進行簡要分析。

網(wǎng)絡通信傳輸部分：DMS系統(tǒng)支持公網(wǎng)GPRS/Internet、鐵路移動通信網(wǎng)絡GSM-R傳輸，支持GPS授時、定位。而LAIS同樣支持公網(wǎng)3G/GPRS/Internet、GSM-R網(wǎng)絡通信傳輸，還支持BDS/GPS雙衛(wèi)星系統(tǒng)授時、定位。

服務器及數(shù)據(jù)處理部分：DMS系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理及服務器部分分為兩層，即中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）數(shù)據(jù)中心和鐵路局數(shù)據(jù)中心兩個部分。而LAIS系統(tǒng)目前服務器及數(shù)據(jù)處理中心少部分部署于各鐵路局集團公司，大部分部署于生產(chǎn)廠家或租用云服務器。

應用部分：DMS系統(tǒng)設備主要為C/S架構，LAIS對B/S，C/S架構均支持。

2.2 主要設備構成及系統(tǒng)功能分析

DMS系統(tǒng)設備與LAIS系統(tǒng)設備一般都由車載設備和地面設備組成，下面就車載設備及地面設備構成及功能進行分析。

2.2.1 車載設備構成分析

DMS車載設備由DMS主機、車載天線及相關連接線纜組成。DMS主機主要由POWER插件、GPRS插件、GPS插件、CPU插件、CIR插件、TCR插件、GSM-R插件、以及與ATP設備通信的插件組成。不同ATP設備對應的與ATP設備通信的插件不同，其中ATP-H用于與200H/300H設備通信，ATP-C用于與200C設備通信，MVB插件和C2插件用于與300S設備通信。DMS主機結構如圖1所示，圖中DMS主機為適用于200H/300H型ATP車載設備，其他主機結構根據(jù)ATP型號不同，將圖中ATP-H插件置換為相應型號的功能插件即可。

圖1 DMS主機結構Fig.1 DMS host structure

LAIS車載設備由TSC2主機、車載天線和相關連接線纜組成。TSC2主機一般由電源、主控、通信接口、數(shù)據(jù)采集、無線通信（包括定位、WLAN）等功能單元（插件）組成。

通過分析DMS車載設備及LAIS車載設備構成，發(fā)現(xiàn)兩者在構成上重合度較高，兩者均由電源、主控、通信接口、數(shù)據(jù)采集、無線通信模塊組成，其中DMS車載主機通信接口、數(shù)據(jù)采集模塊由ATP-H、CIR、TCR插件組成，LAIS車載設備為通信接口與數(shù)據(jù)采集模塊；DMS車載設備無線通信模塊由GPRS、GPS、GSM-R插件組成，而LAIS車載設備集成將無線通信模塊集成化。

2.2.2 地面設備構成分析

DMS及LAIS地面設備均由服務器及用戶終端構成。服務器方面，DMS系統(tǒng)分為兩層，即在國鐵集團和鐵路局分別部署服務器，構成兩級服務器，數(shù)據(jù)傳輸至國鐵集團服務器，經(jīng)處理后分發(fā)至各鐵路局服務器。而LAIS系統(tǒng)目前服務器少部分部署于各鐵路局集團公司，大部分部署于生產(chǎn)廠家或租用云服務器。用戶終端方面，兩者訪問方式上存在一定差別，DMS用戶終端通過鐵路綜合辦公網(wǎng)完成訪問，而LAIS用戶終端通過互聯(lián)網(wǎng)完成訪問。

2.2.3 系統(tǒng)功能分析

DMS系統(tǒng)功能主要為：1）動車組及電務車載設備信息及狀態(tài)實時查詢；2）動車組運行信息實時跟蹤；3）歷史數(shù)據(jù)回放；4）異常信息實時報警；5）電子地圖定位跟蹤；6）動車組運行跟蹤示意；7）統(tǒng)計分析。

LAIS系統(tǒng)主要功能為：1）LKJ系統(tǒng)設備狀態(tài)實時監(jiān)測；2）列車運行狀態(tài)監(jiān)測，包括實時狀態(tài)查詢、列車運行曲線復示以及機車、動車組定位；3）LKJ軟件和數(shù)據(jù)版本監(jiān)測；4）LKJ記錄文件遠程下載分析；5）檢測作業(yè)實時分析；6）LKJ數(shù)據(jù)遠程換裝過程及結果監(jiān)測；7）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 DMS設備與LAIS設備融合方案

動車組DMS系統(tǒng)設備與LAIS系統(tǒng)設備融合主要分為車載設備融合及地面設備融合。

3.1 車載設備融合方案

DMS與LAIS車載設備電源、無線通信單元、CPU可以實現(xiàn)共用，數(shù)據(jù)采集方面根據(jù)采集信息不同，利用擴展單元實現(xiàn)對LKJ、CIR、ATP以及動車組車輛信息的采集。由于DMS主機箱擴展單元冗余較多，可在設計時利用DMS主機箱，將LAIS設備的功能插件集成到DMS車載設備中，以達到減少動車組安裝設備的目的。車載設備融合后的組成結構如圖2所示。

圖2 車載設備融合后的組成結構框Fig.2 Structure of onboard equipment composition after integration

融合后的系統(tǒng)設備暫稱為“動車組列控設備監(jiān)測系統(tǒng)”，通過增加C0通信插件、以及C0采集單元，用來實現(xiàn)“動車組列控設備監(jiān)測系統(tǒng)”車載設備與LKJ、TAX裝置之間的通信以及數(shù)據(jù)采集。“動車組列控設備監(jiān)測系統(tǒng)” 原理如圖3所示。

圖3 “動車組列控設備監(jiān)測系統(tǒng)”原理Fig.3 Principe of EMU train control equipment monitoring system

CPU核心算法需要重新設計，需要在現(xiàn)有DMS核心算法基礎上兼容對LKJ設備信息數(shù)據(jù)的采集和處理。算法邏輯修改如圖4所示。

圖4 “動車組列控設備監(jiān)測系統(tǒng)”主控邏輯流程Fig.4 Main control logic flow chart of EMU train control equipment monitoring system

3.2 地面設備服務器及終端軟件的融合

地面服務器在現(xiàn)有DMS服務器基礎上納入對LKJ設備信息數(shù)據(jù)的支持，在設計時需要考慮不同格式信息數(shù)據(jù)的兼容性，總體架構上仍采用國鐵集團、鐵路局集團公司、站段三級管理架構。

終端軟件做相應的修改，統(tǒng)一用戶終端界面，并支持BS和CS兩種模式訪問。軟件底層做必要修改，使終端軟件能自動無縫切換C2及C0模式軟件監(jiān)測及分析界面，達到便于現(xiàn)場作業(yè)人員操作及分析的目的。

網(wǎng)絡方面，融合后使用DMS系統(tǒng)目前支持的GSM-R數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、以及WLAN方式，終端訪問使用鐵路綜合辦公網(wǎng)，有效杜絕使用互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的信息安全隱患。

4 結語

動車組電務車載設備實時運行狀態(tài)信息的掌握，對及時預防及處理車載設備故障有重要意義。整合動車組DMS及LAIS設備實時監(jiān)測及記錄分析功能，并合并部署DMS、LAIS地面服務器，共享服務器電源及相關配置，既能節(jié)省設備安裝空間、節(jié)約成本，也減少了設備維護工作量，便于現(xiàn)場生產(chǎn)效率提高。同時還解決了目前動車組C2、C0區(qū)段分別使用DMS、LAIS監(jiān)測設備導致的數(shù)據(jù)查詢?nèi)肟诓唤y(tǒng)一的問題,方便現(xiàn)場工作人員操作。此外，由于普速鐵路列車一般裝備LAIS監(jiān)測設備，本文中融合后的設備可向下兼容普速鐵路列車LKJ設備的監(jiān)測，可大面積推廣使用。