基于G網(wǎng)模式的應(yīng)答器報(bào)文讀取數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)研究

孟靜濤 上海鐵路局杭州合肥電務(wù)段

動車組應(yīng)答器是在200 km/h以上線路使用的重要行車設(shè)備，應(yīng)答器報(bào)文數(shù)據(jù)內(nèi)容直接關(guān)系著動車組列車的運(yùn)行安全，特別是高速運(yùn)行的動車組列車，對應(yīng)答器報(bào)文檢測結(jié)果分析的及時(shí)性提出了更高的要求。另由于應(yīng)答器設(shè)備之間存在關(guān)聯(lián)性，其安裝調(diào)試過程比較困難，安裝位置的準(zhǔn)確性又直接影響到應(yīng)答器信息的正確性，所以采用一定科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測手段對應(yīng)答器位置、報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行檢測是非常必要的。目前，在現(xiàn)場使用的應(yīng)答器報(bào)文測試工具僅能在現(xiàn)場測試使用，不能遠(yuǎn)程傳輸同步查看，這在應(yīng)答器報(bào)文施工更換數(shù)據(jù)時(shí)會造成相當(dāng)大的復(fù)核工作量，僅去年9至12月份，我段管內(nèi)合寧合武線C0恢復(fù)C2模式時(shí)，夜間施工更換應(yīng)答器報(bào)文的數(shù)據(jù)達(dá)幾百次，現(xiàn)場測試復(fù)核人員的任務(wù)量相當(dāng)大，現(xiàn)場作業(yè)安全卡控的難度也很大。

針對應(yīng)答器報(bào)文讀取和遠(yuǎn)程傳輸開展研究的便攜式應(yīng)答器報(bào)文讀取數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場應(yīng)答器及LEU狀態(tài)的分析、判斷、處理，是鐵路電務(wù)維護(hù)人員檢測應(yīng)答器、LEU報(bào)文和確認(rèn)其運(yùn)用狀態(tài)的一種有效專用工具，對保障鐵路運(yùn)輸安全起到重要作用。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)原理

系統(tǒng)主要由報(bào)文智能分析儀、數(shù)據(jù)中心和電務(wù)段分析終端三部分系統(tǒng)架構(gòu)（見圖1）組成。報(bào)文智能分析儀主要由CBRT（便攜式報(bào)文讀取工具）、主控、GPS模塊和GPRS模塊組成，主控根據(jù)用戶操作通過CBRT讀取應(yīng)答器報(bào)文（或LEU報(bào)文），通過GPS模塊讀取當(dāng)前應(yīng)答器定位信息，并將報(bào)文數(shù)據(jù)和定位信息存儲到報(bào)文智能分析儀內(nèi)用于后期查詢分析，同時(shí)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等主要設(shè)備組成，負(fù)責(zé)接收報(bào)文智能分析儀通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)答器報(bào)文和定位信息，結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析后通過互聯(lián)網(wǎng)（或局域網(wǎng)）傳輸給各電務(wù)段指揮終端，同時(shí)記錄與報(bào)文智能分析儀和電務(wù)段分析終端之間的所有交互信息，并負(fù)責(zé)各電務(wù)段調(diào)度應(yīng)急指揮中心終端的數(shù)據(jù)權(quán)限管理工作。電務(wù)段分析終端由PC機(jī)和分析軟件組成，通過互聯(lián)網(wǎng)（或局域網(wǎng)）實(shí)時(shí)查詢不同應(yīng)答器的報(bào)文和定位信息，通過對數(shù)據(jù)的分析對比，查看應(yīng)答器的工作狀況。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)

2.1 主要功能

應(yīng)答器報(bào)文讀取數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能準(zhǔn)確測試應(yīng)答器和LEU報(bào)文內(nèi)容信息、精確定位應(yīng)答器和LEU所在位置、利用無線方式傳輸報(bào)文數(shù)據(jù)和定位信息、可通過現(xiàn)場和管理終端兩種方式查看分析報(bào)文，同步掌握報(bào)文信息，具有存儲、查詢、刪除、打印和系統(tǒng)升級、擴(kuò)展等功能。其中，現(xiàn)場報(bào)文測試分析通過模擬機(jī)車無線感應(yīng)方式讀取應(yīng)答器（有源或無源）數(shù)據(jù)，結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，以圖形化方式顯示測試信息，系統(tǒng)設(shè)GPS定位模塊，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將報(bào)文數(shù)據(jù)和定位信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行中轉(zhuǎn)，并接收傳輸反饋信息；分析終端軟件根據(jù)設(shè)置的用戶權(quán)限通過數(shù)據(jù)中心接收現(xiàn)場傳來的報(bào)文數(shù)據(jù)，具有圖形顯示、查詢、刪除、打印等具體功能。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）讀取應(yīng)答器或LEU報(bào)文時(shí)間：≤5 s；

（2）GPS定位精度：＜5 m；

（3）GPRS傳輸延時(shí)：＜1 s；

（4）報(bào)文存儲容量：10000條；

（5）充電電源：AC 220 V±10%，50 Hz±20%；工作電壓：DC 12 V；

（6）耗流：＜500 mA；

（7）工作溫度：-20℃～+60℃；

（8）連續(xù)工作時(shí)間：不低于12 h。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)

在GPRS信號質(zhì)量不高的區(qū)段，存在數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗需重新發(fā)送的現(xiàn)象。報(bào)文智能分析儀利用無線數(shù)傳通信管理軟件的斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包劃分為幾個(gè)部分，若碰到網(wǎng)絡(luò)故障或信號不好導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷，仍可以實(shí)現(xiàn)從已經(jīng)傳輸成功的部分開始繼續(xù)發(fā)送未發(fā)送成功的部分，既節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間，又可提高通信效率。

3.2 BZ2數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

報(bào)文智能分析儀需要向地面數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，但GPRS無線通信的流量有限，為了滿足數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，報(bào)文智能分析儀利用無線數(shù)傳通信管理模塊，在數(shù)據(jù)發(fā)送前先采用BZ2數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，能夠把文件壓縮到10%至15%，再將數(shù)據(jù)包進(jìn)行壓縮后再進(jìn)行發(fā)送。地面數(shù)據(jù)中心接收到數(shù)據(jù)后同樣先進(jìn)行解壓縮，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲，可有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

3.3 傳輸控制算法

由于報(bào)文智能分析儀到數(shù)據(jù)中心采用無線通訊模式，傳輸速率低，安全性差，因此，高效穩(wěn)定的傳輸控制算法在整個(gè)傳輸環(huán)節(jié)中至關(guān)重要。通過采用業(yè)界公認(rèn)的傳輸效率最高最穩(wěn)定的傳輸控制算法：滑動窗口傳輸控制協(xié)議，有效保證了報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩浴?/p>

4 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)服務(wù)器、智能化管理三合一的功能。

（2）系統(tǒng)提出并實(shí)現(xiàn)針對GPRS、EDGE、CDMA和3G等無線信道的動態(tài)自適應(yīng)傳輸算法和保證可靠傳輸?shù)募m錯(cuò)技術(shù)，提高無線數(shù)據(jù)服務(wù)器的傳輸效果。

（3）自主研究對應(yīng)答器/LEU報(bào)文、MD4碼、特征碼的解析及圖形化顯示。

（4）自主開發(fā)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程程序升級功能，優(yōu)化資源利用，節(jié)省現(xiàn)場工作時(shí)間。

（5）用戶終端采用圖形化界面，操作方便，數(shù)據(jù)顯示直觀易于分析。

5 系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用效果

系統(tǒng)針對現(xiàn)場應(yīng)答器報(bào)文換裝工作的實(shí)際情況開展研究，通過采用有效技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場應(yīng)答器/LEU報(bào)文、MD4碼、特征碼的無線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，經(jīng)解析以及圖形化顯示，電務(wù)段調(diào)度應(yīng)急指揮中心可遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)查看線路上應(yīng)答器和LEU的數(shù)據(jù)信息（見圖2）。

本系統(tǒng)于2012年6月在合寧客專以及合肥站、三十里鋪站試運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行情況表明，該系統(tǒng)無線傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量高，運(yùn)行穩(wěn)定，信息傳送及時(shí)準(zhǔn)確，電務(wù)段調(diào)度可較為及時(shí)地接收遠(yuǎn)程應(yīng)答器報(bào)文信息進(jìn)行讀取查看，不僅有效減少數(shù)據(jù)換裝錯(cuò)誤，而且能及時(shí)掌握現(xiàn)場大面積施工應(yīng)答器數(shù)據(jù)更換情況，應(yīng)答器數(shù)據(jù)換裝速度、換裝數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率以及對故障判斷的速度和準(zhǔn)確度均大幅提升，很好地滿足了現(xiàn)場施工使用的需求。

圖2 段調(diào)度指揮中心分析終端同步顯示的遠(yuǎn)程測試結(jié)果

6 結(jié)束語

合寧客專自2008年開通運(yùn)營以來，雖已有5年多時(shí)間，但是部分設(shè)備（應(yīng)答器）的維護(hù)管理仍在探索摸索階段，特別是涉及時(shí)速200 km以上動車組安全運(yùn)行的應(yīng)答器設(shè)備，需要不斷地探索，完善維護(hù)管理，以保證鐵路運(yùn)輸安全。便攜式應(yīng)答器報(bào)文讀取數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用斷點(diǎn)續(xù)傳、加密校驗(yàn)等技術(shù)，一方面有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率和安全性，另一方面可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步查看線路應(yīng)答器和LEU數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)電務(wù)段調(diào)度應(yīng)急指揮中心遠(yuǎn)程指揮處置，有效提高異地應(yīng)答器換裝作業(yè)質(zhì)量，有利于加強(qiáng)對大面積應(yīng)答器施工數(shù)據(jù)更換、應(yīng)急故障處理的現(xiàn)場卡控，減少施工及故障延時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速恢復(fù)，為保障高鐵安全提供有效技術(shù)手段。