GSC—I型軌道車遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)技術(shù)研究

摘要：為了解決GYK數(shù)據(jù)換裝困難和GYK運行記錄數(shù)據(jù)不能及時回傳的問題，文章引入了GSC-I型軌道車遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)GYK車載數(shù)據(jù)的遠程升級，可以在無人工干預(yù)的情況下實現(xiàn)GYK運行記錄數(shù)據(jù)、基本數(shù)據(jù)、控制程序及GYK實時信息的遠程傳輸，方便管理人員的在線分析和實時處理，解決軌道車運行維護中所存在的問題。

關(guān)鍵詞：GSC-I型軌道車；遠程升級；遠程數(shù)據(jù)系統(tǒng)；GSC車載設(shè)備；鐵路養(yǎng)護 文獻標識碼：A

中圖分類號：U283 文章編號：1009-2374（2017）05-0042-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.020

近年來，隨著鐵路養(yǎng)護維修機械化、現(xiàn)代化的快速發(fā)展，自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備數(shù)量的快速增加，GYK設(shè)備作為保障自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備安全運行的重要裝備，其運用管理必須要嚴謹、規(guī)范、高效和可控。由于軌道車運行分散、管轄線路長、停放位置不固定、沿線自然環(huán)境惡劣，使得GYK數(shù)據(jù)換裝困難以及GYK運行記錄數(shù)據(jù)不能及時回傳分析的問題越發(fā)明顯。進而造成司乘人員違章操作行為不能及時糾正，GYK設(shè)備質(zhì)量隱患問題不能及時發(fā)現(xiàn)，調(diào)度員臨時下達的運行揭示調(diào)度命令無法實現(xiàn)機控而是人控存在的安全隱患。為此，開發(fā)了以無線通信和數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳技術(shù)為基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)換裝遠程化、數(shù)據(jù)分析實時化、監(jiān)測維護遠程化的GSC-I型軌道車遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1 現(xiàn)有問題

1.1 GYK數(shù)據(jù)換裝困難

由于軌道車流動作業(yè)、分散作業(yè)，當遇到線路數(shù)據(jù)變化時，需要人工去現(xiàn)場換裝GYK基本數(shù)據(jù)、控制程序，既無法保證GYK數(shù)據(jù)換裝的及時性，又難以有效監(jiān)管GYK數(shù)據(jù)換裝的情況，耗時費力且管理成本高，GYK數(shù)據(jù)換裝存在較大困難。此外，外站GYK數(shù)據(jù)換裝過程中也存在很大的人身安全隱患。

1.2 GYK運行記錄數(shù)據(jù)無法及時回傳分析

為了及時地發(fā)現(xiàn)GYK設(shè)備運行過程中存在的安全隱患和司機違規(guī)操作行為，杜絕危險事故的發(fā)生，規(guī)范軌道車司機操作流程，需要GYK管理單位和軌道車運行單位應(yīng)能及時分析運行記錄數(shù)據(jù)，但當前的GYK設(shè)備卻不具備運行記錄數(shù)據(jù)遠程實時回傳功能。

1.3 GYK設(shè)備質(zhì)量無法及時監(jiān)測處理

在GYK設(shè)備日常維護工作中，維護人員無法實時掌握GYK設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量問題，無法及時安排設(shè)備維修及保養(yǎng)。在GYK設(shè)備故障時，無法組織專家遠程分析故障原因，及時有效指導現(xiàn)場人員開展維修工作，致使設(shè)備故障難以盡快得到處理，造成軌道車不能正常使用，影響軌道車使用單位的正常安全生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

針對以上所存在的問題，以當前IT、電子領(lǐng)域的多項新技術(shù)，如UDP/IP、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入、大容量硬盤數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳、續(xù)接、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、服務(wù)器管理等為基礎(chǔ)，研發(fā)了集設(shè)備維護、運用管理、實時監(jiān)測為一體的GSC-I型軌道車遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

系統(tǒng)由GSC車載設(shè)備、GSC服務(wù)器和用戶終端組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

2.1 GSC車載設(shè)備

GSC車載設(shè)備是指通過無線方式為軌道車運行控制設(shè)備進行遠程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備。該設(shè)備使用公用網(wǎng)絡(luò)、通過防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備與GSC服務(wù)器互連，并將GYK設(shè)備版本信息、運行記錄數(shù)據(jù)及實時信息通過無線方式傳送至GSC服務(wù)器。

GSC車載設(shè)備由電源單元、通信模塊單元、控制單元、存儲單元、GPS單元組成。電源單元采用模塊電源方式將DC24V輸入電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的各種電壓；通信模塊單元利用2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)承載服務(wù)器和車載設(shè)備之間的通信及數(shù)據(jù)信息交換功能；控制單元主要負責實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組打包、分析處理、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測及數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳、續(xù)接；存儲單元主要負責存儲從服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)、存儲將要發(fā)送給服務(wù)器設(shè)備的數(shù)據(jù)、存儲保證車載設(shè)備正常啟動和運行所需的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等數(shù)據(jù)；GPS單元負責軌道車的實時位置定位。GSC車載設(shè)備組成結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

2.2 GSC系統(tǒng)服務(wù)器

GSC系統(tǒng)服務(wù)器是指通過安全平臺對軌道車運行控制設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行傳輸和存儲的服務(wù)器。它主要用于對車載設(shè)備遠程發(fā)送GYK數(shù)據(jù)和遠程接收車載設(shè)備傳來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進行管理、存儲及實時分析，同時完成服務(wù)器與車載設(shè)備之間的連接管理等。

2.3 用戶終端

管理人員可通過用戶終端對GYK數(shù)據(jù)遠程換裝，對遠程監(jiān)測到的GYK設(shè)備狀態(tài)信息進行查看、統(tǒng)計和分析。同時，用戶終端還具備權(quán)限管理功能，如圖3

所示：

3 系統(tǒng)功能

3.1 GYK數(shù)據(jù)遠程升級功能

用戶終端通過GSC服務(wù)器上傳GYK數(shù)據(jù)（包括基本數(shù)據(jù)和控制程序），當下達升級計劃任務(wù)時，可對計劃中的GYK設(shè)備進行遠程升級。在停車狀態(tài)下，GSC車載設(shè)備與GYK設(shè)備進行通訊，依據(jù)換裝計劃對GYK設(shè)備進行數(shù)據(jù)換裝，并將換裝結(jié)果反饋至GSC服務(wù)器。

3.2 GYK運行記錄數(shù)據(jù)遠程回傳功能

用戶終端可遠程回傳在線軌道車的GYK運行記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行記錄數(shù)據(jù)的集中管理和資源共享。

3.3 GYK運行記錄數(shù)據(jù)在線分析功能

管理部門通過用戶終端，實時在線分析GSC服務(wù)器所存儲的GYK運行記錄數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)GYK設(shè)備在運用過程中存在的問題和規(guī)范軌道車司機操作流程。

3.4 軌道車位置信息實時查詢功能

車載設(shè)備安裝有GPS單元，可以實時獲取軌道車位置信息，并將位置信息發(fā)送至GSC服務(wù)器進行解析處理。用戶終端通過Web網(wǎng)頁的方式登錄GSC服務(wù)器，以電子地圖形式實時顯示軌道車在線運行情況，查看軌道車當前位置。

3.5 運行狀態(tài)信息和故障報警信息實時查詢功能

車載設(shè)備自動采集軌道車GYK運行狀態(tài)信息和故障報警信息，將采集的信息發(fā)送至GSC服務(wù)器進行解析處理，用戶終端以數(shù)據(jù)列表的形式實時顯示，對GYK設(shè)備故障報警信息提供檢索功能，實現(xiàn)軌道車運行情況和設(shè)備狀況的遠程監(jiān)測。

3.6 GYK車載數(shù)據(jù)版本監(jiān)測功能

車載設(shè)備獲取GYK數(shù)據(jù)版本信息后，發(fā)送至GSC服務(wù)器進行版本核對，監(jiān)測換裝是否錯誤或者車載設(shè)備遺漏換裝，實現(xiàn)GYK數(shù)據(jù)版本的集中管理及進度的跟蹤與

統(tǒng)計。

3.7 網(wǎng)絡(luò)故障診斷功能

車載設(shè)備利用活動性檢測數(shù)據(jù)幀診斷與GSC服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，當出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，車載設(shè)備具備重新進行GPRS網(wǎng)絡(luò)附著，重新進行PDP激活等相應(yīng)處理

功能。

3.8 GYK數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳功能

車載設(shè)備實時監(jiān)測通信鏈路連接狀態(tài)，當通信鏈路出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，車載設(shè)備暫停數(shù)據(jù)傳輸，并對已傳輸成功的數(shù)據(jù)進行標記和保存，待通信鏈路恢復正常后繼續(xù)傳輸剩余的數(shù)據(jù)信息，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾约翱煽啃裕划敂?shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)通信鏈路中斷時，GSC服務(wù)器暫停當前數(shù)據(jù)傳輸，并對已傳輸成功的數(shù)據(jù)進行標記和保存，等通信鏈路恢復正常后，繼續(xù)傳輸剩余的

數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)可靠性

4.1 GSC車載設(shè)備可靠性

4.1.1 網(wǎng)絡(luò)故障診斷功能。車載設(shè)備間隔60秒向GSC服務(wù)器發(fā)送活動性檢測數(shù)據(jù)幀，如果在30秒內(nèi)未收到活動性檢測響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，則重復發(fā)送活動性檢測數(shù)據(jù)幀，發(fā)送間隔為30秒，最多重發(fā)2次。重發(fā)2次后仍未收到GSC服務(wù)器響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，則認為GPRS無線網(wǎng)絡(luò)連接故障，網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)指示燈顯示。車載設(shè)備應(yīng)重新進行GPRS網(wǎng)絡(luò)附著、重新進行PDP激活等相應(yīng)處理。

4.1.2 數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳功能。車載設(shè)備實時監(jiān)測無線通信連接狀態(tài)，當無線通信出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時（如信號非常弱已無法傳輸數(shù)據(jù)信息、網(wǎng)絡(luò)中斷、網(wǎng)絡(luò)故障等），車載設(shè)備會暫停數(shù)據(jù)傳輸，并對已傳輸成功的數(shù)據(jù)進行標記和保存，等待無線通信恢復正常后繼續(xù)傳輸剩余的數(shù)據(jù)信息。

4.1.3 請求重發(fā)機制。車載設(shè)備接收到每包數(shù)據(jù)后，都會進行校驗，如果校驗成功，車載設(shè)備給GSC服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包接收成功信息。如果校驗失敗，車載設(shè)備一方面將當前數(shù)據(jù)包信息丟棄；另一方面給服務(wù)器發(fā)送請求重發(fā)命令，請求服務(wù)器重新發(fā)送當前數(shù)據(jù)包

信息。

4.1.4 GYK業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)校驗及大小對比功能。車載設(shè)備接收完每包GYK業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)文件后，都會進行相關(guān)校驗算法的驗證，確保接收文件的正確性。同時，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的文件大小進行比較，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

4.1.5 GYK業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)多重校驗機制。車載設(shè)備在接收GYK業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的過程中，會進行CRC循環(huán)冗余校驗、BCC異或校驗、奇偶校驗和自定義校驗等。如果其中有一種校驗失敗，則請求服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行重新發(fā)送，直到校驗成功為止，確保數(shù)據(jù)接收的準確性。

4.2 GSC服務(wù)器可靠性

4.2.1 GSC服務(wù)器具備網(wǎng)絡(luò)入侵防御功能。硬件防火墻能在威脅進入網(wǎng)絡(luò)和影響業(yè)務(wù)運行前，在網(wǎng)關(guān)處將它們攔截在網(wǎng)絡(luò)之外。允許合法業(yè)務(wù)流量進入的同時，阻擋不受歡迎的來訪流量。

4.2.2 支持數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳。數(shù)據(jù)傳輸過程出現(xiàn)無線通信中斷時，GSC服務(wù)器會暫停當前的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，并對已傳輸成功的數(shù)據(jù)進行標記和保存，等無線通信恢復正常后，繼續(xù)傳輸先前未完成的數(shù)據(jù)。

4.2.3 數(shù)據(jù)分組打包、分組校驗機制。GSC服務(wù)器在發(fā)送GYK數(shù)據(jù)之前，對數(shù)據(jù)進行分組并打包，對每一包數(shù)據(jù)進行校驗，車載設(shè)備接收到每一包數(shù)據(jù)后都要對其逐一進行校驗，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中每一包數(shù)據(jù)都是準確的，通過高密度的數(shù)據(jù)校驗方式來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

4.2.4 特殊標記判斷機制。GSC服務(wù)器在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，會對GYK車載數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部位進行特殊標記，當車載設(shè)備接收完成每個數(shù)據(jù)文件后，會對數(shù)據(jù)文件的特殊標記進行驗證，來確保數(shù)據(jù)的合法性和準確性。

4.2.5 多重校驗機制。GSC服務(wù)器在轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)過程中，會進行CRC循環(huán)冗余校驗、BCC異或校驗、奇偶校驗和自定義校驗等。如果其中有一種校驗失敗，則請求車載設(shè)備對數(shù)據(jù)進行重新發(fā)送，直到校驗成功為止，確保數(shù)據(jù)接收的準確性。

4.3 用戶終端可靠性

4.3.1 登錄安全管理功能。用戶必須使用加密狗進行登錄，進入登陸界面后，正確輸入賬戶和密碼才可進入用戶終端界面。

4.3.2 密碼安全性。用戶密碼采用消息摘要算法進行動態(tài)不可逆加密，密碼設(shè)置強制不小于11位，且符合強密碼標準。

4.3.3 系統(tǒng)架構(gòu)安全性。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，軟件應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯完全在GSC服務(wù)器端實現(xiàn)，用戶表現(xiàn)層完全在用戶終端實現(xiàn)，用戶只需瀏覽和提交數(shù)據(jù)，從而使GSC服務(wù)器數(shù)據(jù)源與用戶終端分離，保證數(shù)據(jù)的物理獨立性。

4.3.4 數(shù)據(jù)處理的安全性。每個文件上傳時，在用戶終端對其文件的合法性進行校驗，傳輸過程中采用HTTP協(xié)議傳輸，防止防火墻等對其攔截，文件到達GSC服務(wù)器前，不對文件原始內(nèi)容進行任何解析處理，以確保文件的完整和安全。文件到達GSC服務(wù)器后，均通過校驗算法對其準確性和完整性進行校驗，這樣在傳輸前后對其進行雙重驗證，確保到達服務(wù)器的文件正確和

完整。

4.3.5 權(quán)限分配和多級審核。只有獲得管理員分配下達升級計劃權(quán)限的用戶才能上傳升級文件，其他用戶對此項無權(quán)操作。對升級類型與文件不一致的任務(wù)禁止下發(fā)。用戶下達計劃時，檢查文件、軌道車等信息的正確性，下達計劃后，需再次核對下達任務(wù)的正確性，審核通過后進入執(zhí)行升級操作，執(zhí)行升級操作后升級命令才會發(fā)出。

5 結(jié)語

2013年9月至2015年4月，GSC系統(tǒng)在廣鐵集團安裝試用。試用結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠有效解決GYK設(shè)備基本數(shù)據(jù)、控制程序無法及時換裝以及運行記錄數(shù)據(jù)無法及時回傳等問題，符合設(shè)備維護管理的實際使用需求。

該系統(tǒng)以無線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺，由于軌道車流動作業(yè)等特點，因而在某些作業(yè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)信號較弱甚至存在盲區(qū)，如何解決車載終端在這些區(qū)域的使用問題，還需要進一步解決。

GSC技術(shù)的研究解決了目前GYK維護和管理的困難，保障了GYK設(shè)備的正常使用和自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備的正常作業(yè)，避免運行事故的發(fā)生，大大提高了鐵路運輸生產(chǎn)。同時，一定程度上提高了鐵路運輸生產(chǎn)的安全效益、運營效益、經(jīng)濟效益及社會效益。

參考文獻

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[7] 關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)接入及使用管理辦法”的通知（鐵總運[2014]300號）[S].

作者簡介：梁東（1972-），男，湖南龍山人，廣州鐵路（集團）公司工務(wù)處工程師，西南交通大學在職研究生，研究方向：自輪運轉(zhuǎn)特種設(shè)備運用安全、軌道車和GYK運用中疑難問題解析等。

（責任編輯：黃銀芳）