基于無線網絡技術實現LKJ車載數據的換裝

劉曉虎

（西安鐵路局 電務處，西安 710054）

近年來隨著全國鐵路事業快速的發展，列車運行速度不斷的提升，LKJ（列車運行監控裝置）車載數據的換裝要求越來越嚴格，傳統通過更換每臺機車數據芯片的方法所產生的矛盾日漸凸顯。隨著目前無線網絡技術的不斷成熟，基于此技術實現LKJ車載數據換裝已成為未來的發展方向。

本文主要論述基于無線網絡技術如何實現車載數據的在線自動換裝，如何利用數據結構的調整來實現車載數據的模塊化操作，在確保運輸生產安全的前提下，降低成本，解放勞動力。

1 現狀

1.1 鐵路LKJ車載數據換裝現狀

目前全路車載數據的換裝，主要采用人工插拔的方法對數據芯片進行互換，不但操作繁瑣，失誤率高，效率低，而且隨著機車交路的延伸，機車跨鐵路局運行，各鐵路局施工的影響面非常廣，引起相關鐵路局的換裝任務繁重。因此常規數據換裝的模式無法滿足發展的需要。

常規數據換裝模式下所引發的問題如下：

（1） 各鐵路局樞紐站或干線施工，會引起相關鐵路局對擔當此區段內的機車進行一次全范圍的數據換裝，時間緊，任務重。

（2） 西安鐵路局每年各車載車間數據換裝高達30~40余次，每次換裝機車多達100~200余臺，每臺機車更換數據芯片4片，且每片芯片只允許擦寫7次，每年一個車間因換裝報廢芯片多達1714片，造成成本上的嚴重消耗。

（3） 每次數據換裝需要大量人員參與，且分散面廣，不利于管理，造成嚴重的人力資源耗費和間歇性勞動力緊張。

（4） 在線或站區現場進行數據換裝，職工的勞動安全存在很大風險。

（5）數據換裝過程中，因操作失誤或硬件插拔，會引發的硬件故障和數據錯誤調用，存在影響運輸的不安全因素。

1.2 無線網絡的現狀

目前無線網絡已廣泛使用移動通信、廣播、汽車、煤礦、環境監測等系統，其具有移動性、保密性、穩定性、抗干擾能力強的特點，且因低成本而受到用戶的普遍歡迎，其中3G、GPRS、GPS、WiFi等技術已得到廣泛應用。

2 系統整體架構

本系統如圖1，遇有車站或區段施工數據時，通過監控室將數據按照順序化、模塊化編制，并將編制數據按照模塊形成車載數據文件。通過中央服務器，將發生變更的車載數據模塊發送至車站服務器，當列車車載無線網絡設備接收到施工區段前兩站的無線信號時，對本模塊的數據進行上傳。利用數據中啟用時間的信息，在規定時間對車載數據進行更新，從而實現數據的在線自動換裝。

3 數據結構及方法

3.1 基礎數據結構設置

為了適應數據模塊式管理，在遵守運基信號[2009]332號《<列車運行監控裝置（LKJ）數據編制規范（V2.0）>的通知》的基礎上，必須對數據結構進行部分調整。如圖2，增加鐵路局別標志，將數據按照鐵路局別、行別、線別、站間區段框架建立數據順序模塊，模塊間使用無條件交路轉移進行銜接，貨車分支點依然采用支線轉移銜接。各鐵路局數據模塊獨立，以無條件跳轉方式在鐵路局界處連接至下一鐵路局數據。此方法采用順序結構對數據進行順序排列，既提高數據的可讀性和執行的連續性，又可降低車載數據的檢索時間。

3.2 待更新車載數據上傳

圖2 數據模塊結構圖

圖1 系統結構圖

列車進入無線收發器覆蓋區段，如果車站客戶端主機有待更新的數據，列車開始接收地面數據，接收完成經過校驗無誤后，為防止施工數據提前進入車載主數據，待更新數據存儲于車載存儲單元備份區內，利用此數據攜帶的啟用時間信息，只有到達啟用時間或車站發出啟用標志后，此數據才能替換主車載數據中的對應數據模塊。

為防止已上傳的列車不斷進行數據更新，在數據更新前進行檢測時，若檢測到待更新數據模塊已存在，更新自動停止。如遇到待更新數據在施工車站間的前一站未及時更新，立即需啟用應急方案，在接近站人工操作進行數據更新，確保列車運行安全。

3.3 待更新車載數據的防錯誤校驗

待更新數據經過編制、編譯準確后，通過網絡發送至需要更新線路區段數據的前后3站數據服務器終端，通過查詢車站服務器，檢查數據校驗碼是否與發布數據一致。檢查準確后，將數據發送至無線收發終端，并通過地面接發設備進行數據的初步網絡接發驗證，檢驗一致后完成地面待更新車載數據校驗。

車載設備數據檢驗。在通過列車得到接收數據指令后，顯示器向乘務員直觀顯示數據接收進程。數據接收完成后，乘務員進行確認，本次列車的機車車號、車次等信息被發送至地面服務器，盯控人員可直觀確認此機車是否進行了數據更新。如果遇車載設備故障，導致接收失敗，列車在接近施工點停靠站，進行數據人工更新。

4 硬件結構及組成

圖3 數據收發過程

圖4 硬件結構及組成

硬件無線收發設備采用RF418無線收發裝置，通過RS-232接口與PC/104 CPU的RS-232相連，采用的RF418無線收發模塊，工作頻段為433 MHz～434 MHz，空中傳送數據速率小于100 Kbps，可每分鐘調頻5次及跳躍4個工作信道，集打包、糾錯、檢錯等功能于一身，由關機到開機再到發送數據的切換時間僅為0.2 ms，因而可以在無收發需求時處于睡眠狀態，有需求時快速切換到工作狀態。利用小范圍多跳（mul t ihop）數據傳輸技術使得節點與基站的距離可加大但功率不增，其功率只有滿足與相鄰節點通訊。

嵌入式處理器PC/104 CPU板型號為低功耗的SED-486SV-133-32，采用高集成度增強型嵌入式專用處理器，工作頻率133 MHz，包含 DMA 控制器、中斷控制器及定時器，實時時鐘（板上自帶或外接后備電池），32 Mbi t的DRAM，外部接口有雙向并行口、2個 16550 兼容RS232 串行口（COM2 可選 RS485 接口標準）、固態盤存貯芯片插座（支持 EPROM，Flash， DiskOn-Chip）、軟盤驅動器接口、 IDE 硬盤驅動器及鍵盤、喇叭接口。

監控室數據編制機采用聯想Th i nkCen t r e M6300T型計算機，主要將施工引起變化的數據，通過數據編制軟件，編譯為用于控制行車的車載數據，通過 鐵路局服務器，發送至指定車站服務器。

鐵路局服務器采用IBM System x3620 M3型，其采用嵌入式RAID和可選的6 Gbps適配器可以有效保護數據，且采用冗余電源和散熱組件能延長正常運行時間，主要用于存儲和轉發數據。

車站服務器采用IBM X3400M3型，其采用4核處理器，內存4 GB，集成雙口千兆以太網，用于連接無線收發設備與鐵路局服務器，將鐵路局服務器用于控制行車的數據，自動更新至各車站服務器，并將已換裝的機車的信息上傳至鐵路局服務器的數據庫。車站服務器按照時間節點要求，通過無線收發設備自動將變更的行車數據發布至通過或停靠的機車接收設備，實現對前方施工引起變化的車載數據進行更新，確保行車數據的準確。

地面接收單元為簡化版車載接收模塊，主要用于模擬機車車載數據接收裝置，檢測接收信號的強度，并對通過無線網絡下載的車載數據進行校核，以確保在線運行機車接收數據的準確性。

5 結束語

利用無線網絡技術，建立地面與機車的數據信息交流平臺，可以提高LKJ車載數據更新的安全性和高效性，節約各鐵路局每年在數據換裝中芯片更新的成本，降低各車間面臨的勞動力間歇性緊張的鐵路局面。以此平臺為基礎，還可通過后續功能的擴展，通過車載設備對機車、車輛、線路、乘務操作等數據的進行實時檢測，實現車地數據信息的準實時交流，不僅有利于地面維護人員及時掌握行車設備和線路質量等信息，而且對防控設備質量安全隱患，提高設備突發故障的病理監測和分析能力，起到良好的作用。

[1]列車運行監控裝置（LKJ）數據編制規范（V2.0）[S]. 運基信號[2009]332號.

[2] 蓋研究，陸曉東. 高速鐵路CDMA無線網絡覆蓋研究高速鐵路[J]. CDMA無線網絡覆網絡與通信，2010（12）.

[3] 姜春宇，喻方平. 基于GPRS的機車狀態監測與管理系統[J]. 微計算機信息，2006（19）.

[4]楊維劍. 利用無線數傳模塊RF418實現全市水表自動抄表系統[C]. 先進制造技術論壇暨第三屆制造業自動化與信息化技術交流會論文集，2004.