鐵路信號動態檢測數據管理系統

周栓林 呂豪英

列車運行控制系統 CTCS是保證行車安全,提高運輸效率,實現列車運行控制現代化的主要技術裝備。其中的列控數據,包括描述地面線路參數、車站進路參數的應答器報文數據和描述列車特性的車載數據等,其準確與否都直接影響行車安全。為此在目前 “信號動態檢測系統”、 “列控設備動態監測系統”和 “應答器數據管理系統”運用的基礎上,通過對信號檢測項目、數據處理、設備管理等相關技術標準,數據轉儲設備,地面數據管理系統等進行整合、集成,研制出了鐵路信號動態檢測數據管理系統。

1 總體方案

系統總體方案是將運用在動檢車上的信號動態檢測系統的檢測數據、運用在動車組上的列控動態監測系統 (DMS)的監測數據和應答器報文數據、ATP車載數據等,通過一定的技術手段,匯集到安裝在地面動車所、電務段、鐵路局的數據服務器上,經列控數據管理系統對數據進行集成,實現車載數據和地面數據、檢測數據和監測數據的綜合運用。

1.數據結構。數據來源包括 ATP數據、DMS數據、檢測車數據和微機監測數據等。DMS裝置監測數據經 GPRS網傳遞到數據中心車載監測機;ATP車載數據經 PC卡傳遞到動車所列控數據管理服務器;試驗車檢測數據經拷貝傳遞到應答器報文機;現場微機監測列控數據經鐵路辦公網傳遞到鐵路局數據中心微機監測機。由鐵路局數據中心車載監測機經防火墻與鐵路辦公網相連,并與微機監測、動車所、電務段安全生產調度指揮中心,查詢終端交換數據。鐵路局數據中心應答器報文機經專線與電務段報文終端相連。車載監測機、應答器報文機及數據庫服務器構成局域網。

2.網絡結構。建立鐵道部以監督為主、鐵路局以管理為主、電務段以運用為主的網絡管理模式。由應答器報文數據管理系統、ATP數據下載(PC、CF卡)分析系統、列控設備動態監測系統(DMS)及微機監測終端、TDCS終端構成網絡總體。網絡結構示意圖如圖 1所示。

2 新型信號動態檢測系統

在全路各鐵路局試驗車及 CRH2-010過渡綜合檢測列車 “信號動態檢測系統”成功運用的基礎上,采用全新的分散式系統結構,增加牽引回流檢測、應答器模擬信息檢測等功能,研制出運用于高速綜合檢測列車的 TJDX-2000H新型信號動態檢測系統,適應中國鐵路目前各種軌道電路信號閉塞制式,及 CTCS-2級提速區段信號設備的在線檢測,滿足各級技術人員對信號設備、列控設備運用質量進行動態檢查和分析。設備由信號檢測機柜、傳感器 (天線)、電纜及接口設備構成。

2.1 基本功能

1.檢測軌道電路傳輸特性:入口電平、出口電平、最低電平、最高電平、衰減率、平順率。

圖 1 新型信號動態檢測數據系統網絡結構

2.分析地面信息頻譜特性:成分譜、能量譜、細化譜。

3.檢測 50Hz干擾、鄰線路及鄰區段干擾。

4.檢測軌道電路補償電容失效及位置。

5.檢測應答器位置及報文核對。

6.檢測應答器上行信號頻率、電平、有效報文包數及報文誤碼率。

7.檢測鋼軌牽引回流幅值、不平衡率及諧波成分。

8.全程 GPS衛星定位功能。

9.與檢測列車綜合系統通信,接收綜合系統信息,并向綜合系統提交檢測結果數據。

10.具備智能自診斷功能。

2.2 原理及特點

1.ATP檢測。通過西門子開放車載 ATP數據接口及通信協議,用于在動車組開行過程中實時檢測 ATP設備的運行情況,并對相關數據進行實時分析、顯示和記錄。ATP檢測部分主要由工控 PC機和 ATP接口電纜構成,通過接口獲取 ATP系統數據,從而進行分析和界面顯示。

2.軌道電路檢測。在列車動態情況下,對軌道電路傳輸特性、頻率特性、信號干擾情況等信息進行全方位檢測分析。以區段為單位,按優良、合格、臨界、失格 4個評定等級進行分析、評定和記錄,并可以在檢測過程中實現在線回放分析。

3.補償電容檢測。主要由電容檢測單元箱、高頻功率放大器、CTM-S天線、CTM-R天線等設備構成。2個 CTM-S天線和 1個 CTM-R天線組成1套電容檢測傳感器,用于檢測軌道補償電容狀態。天線通過專用電纜連接檢測機柜內的電容檢測單元箱和高頻功率放大器,由電容檢測單元箱對傳感器接收的信號進行初步處理,將數據發送給工控PC機,由軟件進行數據分析處理,解析出電容狀態的具體數據,并對數據進行存儲和顯示。

4.BDU應答器動態綜合檢測。在距離車載BTM天線大于 4 m的位置增裝 BDU天線,與檢測機柜內的 BDU應答器檢測單元 (歐標 3U機箱)連接。BDU天線的形狀和安裝要求同西門子 BTM天線。列車通過地面應答器時,BDU天線接收應答器信息,并將該信息送至 BDU應答器檢測單元進行檢測、譯碼處理。經工控 PC機處理后得到應答器報文數據和應答器電氣參數。

5.綜合檢測單元?？蔀檎麄€信號檢測系統提供定位、速度等公共信息,供各個檢測單元在檢測、分析和數據記錄中使用。綜合檢測單元內置的GPS模塊通過位于列車頂部的 GPS天線進行定位運算,同時采集、處理來自列車綜合系統提供的速度脈沖。綜合檢測單元把上述信息傳給工控 PC機,經工控 PC機處理后,通過數據交換機向各個檢測單元發送公共信息,同時顯示電子地圖信息。

6.主要特點。①采用工業以太網分散式系統結構,處理能力強,可靠性高;②采用 DSP數字信號處理分析技術,高速運算,并行處理;③合理配置硬件設備,提高設備可靠性;④軟件編程高起點,模塊化設計;⑤界面人性化,各項檢測內容清晰直觀;⑥點式應答器位置、報文及模擬信息檢測;⑦牽引回流幅值、不平衡率及諧波成分檢測;⑧檢測項目全面,功能實用,測試數據準確;⑨強化分析功能,評估運用質量;⑩采用開放式數據庫結構組織各種數據;○11 GPS自動定位與列車綜合系統相結合,定位準確便于統一管理。

3 列控設備動態監測系統

列控設備動態監測系統是在各局電務試驗車動態檢測設備成功運用的基礎上,對試驗車 “信號動態檢測系統”加以擴展、改進、提高,將補償電容檢測設備小型化,將車載信息檢測裝置安裝在動車組內,檢測數據通過 GPRS無線方式傳送,配以地面網絡傳輸管理分析設備,從而達到在動車組運用過程中,對涉及行車安全和效率的 ATP、應答器、軌道電路、補償電容等信號設備進行實時檢測,實現列控設備和地面設備的實時檢測和分析的目的。系統可與微機監測聯網,實現信息共享,有源應答器報文的自動校核,及利用車載動態設備檢測地面靜態設備的功能。

3.1 系統構成

系統由車載信息采集裝置、地面數據中心及數據查詢終端 3部分組成。車載信息采集裝置安裝在動車組內,在動車組運行中完成 ATP列控系統運用狀態、應答器位置及報文、軌道電路傳輸特性、補償電容失效及位置等信息的采集,采集數據通過GPRS網傳回地面數據中心服務器,經互聯網傳給各數據查詢終端。地面數據中心又由數據服務器、通信服務器和電源設備組成。

3.2 工作原理

列控設備動態監測系統原理圖如圖 2所示。

圖 2 列控設備動態監測系統原理圖

1.采用 DELL PowerEdge 2950 2U數據服務器,ORACLE9數據庫。為保證數據的可靠性,服務器采用雙磁盤陣列模式,進行數據備份,通過內部局域網,提供數據寫入、讀取。數據服務器主要提供整個系統的數據庫支持,保證子系統間數據的同步共享,同時提供數據的安全備份。數據服務器存儲現場設備數據及應答器編號。通信服務器、數據服務器通過交換機組成局域網,DDS監測機通過靜態 IP接收通過 GSM/GPRS網絡傳送的數據,收到數據后,通過 CRC32校驗,驗證數據的完整性。如果數據接收正確,則向 DDT終端發送正確命令,并通過局域網將接收數據存儲在數據服務器中。設在各動車運用所的監測機可通過互聯網從數據服務器中獲取數據。為保證數據中心不間斷工作,設1套可持續供電48h的UPS電源及1臺備用發電機。

2.車載信息采集裝置采用 W indowsXP Embedded嵌入式操作系統,程序自動加載,數據通過GPRS網絡發送到 DDS車載監測機。

GPRS是通用分組無線業務 (General Packet Radio Service)的英文簡稱,是一種新的移動數據通信業務,在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接,其理論帶寬可達 171.2 kb/s。為保證數據傳輸過程中的完整性與可靠性,裝置在傳輸過程中采用TCP/IP通信協議,數據通信采用 CRC32校驗,并在服務器與裝置之間建立回應通路。當裝置接收到服務器發送正確接收命令后,停止該條記錄的發送,以避免進入隧道或其他原因造成的通道斷開或數據錯誤問題。因此,在通信過程中可保證數據的完整性與可靠性。

裝置在運行過程中,將數據庫與 GPS信息有效的結合在一起,獨立成為系統,采用 GPS速度,并結合經緯度信息,實時校正里程,保證現場絕對里程的可靠性,將精度定位在 5 m之內,檢測結果可靠。

3.接口采用高阻并接 STM天線,接收軌道電路信息。與無線綜合設備共用GPS天線及 GPRS天線。車體下部增加CTM測試天線。與車載 ATP-JRU測試接口串行通信,接收 ATP狀態信息。與 BTM主機中通信板串行通信,接收應答器數據。列控設備動態監測系統接口信息圖如圖 3所示。

圖3 列控設備動態監測系統接口信息圖

3.3 技術指標

1.系統適應范圍。供電電源 DC 110(1±30%)V;電源功率 ＜50W;環境溫度 0℃ ～75℃;相對濕度 40% ～90%;大氣壓力 86～106 kPa(海拔 2500 m以下);絕緣電阻≥10 MΩ

2.GPS搜索時間≤20 ms;GPS定位精度 ＜2m;GPS數據輸出 20 Hz;GPS測速范圍 0～400km/h

3.模擬量測試精度:2%

4.頻率測量范圍:400～3000 Hz

5.實時測試周期:＜200ms

6.補償電容失效檢測正確率:＞80%

3.4 測試項目及功能

1.車載信息采集裝置。完成 GPS、STM、BTM、CTM、ATP信息采集,經數據處理通過GPRS發送到地面數據服務器;動車組出入庫閉環檢測信息傳輸功能;具備上電自檢及遠程自診斷功能;故障導向安全,任何情況下不影響車載設備的正常使用,具備遠程軟件升級功能。

2.地面數據服務器、數據查詢終端,用于監測報警、數據分析、動車組出入庫閉環檢測及動車組位置跟蹤等。

4 應答器報文數據管理系統

應答器報文數據管理系統是鐵路部門對應答器報文進行統一管理的計算機網絡系統,由鐵路局報文數據管理系統和電務段數據終端組成,二者通過鐵路內部辦公網進行數據交換。工作過程由程序流程控制,通過計算機網絡、視頻監控、指紋識別等技術對電務段申請、鐵路局發放報文,及寫入后的自動校核進行全過程監控,最大限度減少人為錯誤,將 “人控”轉化為 “機控”,最終保證應答器報文的安全和正確使用。

鐵路局報文數據管理系統由報文數據服務器、指紋管理系統等組成,主要完成報文管理、發放、檢測、校核等功能;電務段數據終端由 PC機、應答器報文讀取設備、指紋識別系統、攝像監控系統等組成,主要完成報文的申請、寫入、讀取工作。

1.系統構成。鐵路局是應答器報文管理的主體,設報文服務器;電務段負責報文數據的寫入和恢復,設報文下載終端。二者通過鐵路辦公網進行數據通信。

2.系統功能。報文申請傳送、數據庫管理、指紋身份認證、環境視頻監控。指紋識別器與 PC之間通過 USB連接、服務器與終端采用專網連接、視頻監控與服務器采用專網連接。

3.硬件構成。系統由應答器報文管理服務器和應答器數據終端組成。其中應答器報文管理服務器包括指紋機、打印機、顯示器、專網、BMS等。應答器數據終端包括工控機、UPS不間斷電源、報文讀取應答器抽匣等。

4.技術指標。供電電源 AC 220(1±20%)V,(50±2)Hz;電源功率 ＜500W;環境溫度 0℃～75℃;相對濕度 40%～90%;大氣壓力 86～106 kPa(海拔 2500 m以下)。

5.測試項目及功能。應答器報文管理服務器具有報文發放功能、試驗車應答器報文數據比較、廠家應答器報文數據比較。應答器數據終端具有報文申請功能、報文寫入、報文內容校核。

5 結束語

在信號動態檢測領域通過十多年的不懈努力,從研發到產品逐步形成了具有中國鐵路特色的信號動態檢測模式和列控數據管理模式。全路 18個鐵路局電務試驗車、鐵道部電務檢查車、CRH2010動檢車、CRH2061C動檢車和 0號高速綜合檢測列車裝備了鐵路信號動態檢測系統,且目前已投入運營的動車組基本全部安裝了列控設備動態監測系統設備。

通過對 “信號動態檢測系統”、“列控設備動態監測系統”進行系統整合和功能提高,逐步建立鐵道部以監督為主、鐵路局以管理為主、電務段以運用為主的列控數據管理模式,建立了全路列控數據庫、信號動態數據庫和故障信息字典庫,同時建立了依靠監測、檢測數據來考核設備運用質量的評定體系,為實現科學決策及狀態修提供依據。

(責任編輯:溫志紅)