北斗短報文技術在機車車載數據遠程監測及診斷專家系統中的應用

（大連機車研究所公司電力電子事業部，大連 116000）

0 引言

1 機車遠程監測與診斷系統概述及總體架構

該機車遠程監測與診斷系統分為3個子系統：車載綜合信息子系統、數據傳輸子系統以及地面綜合信息處理子系統[2]，系統總體架構見圖1。車載綜合子系統主要由車載終端、通信天線以及配套線纜組成，實現對機車的在途狀態、故障信息以及安全信息的采集、存儲以及傳輸，完成不同系統之間的信息統一傳輸以及共享。數據傳輸子系統分為有線和無線兩個部分，根據不同的傳輸需求，采取不同的傳輸策略。地面綜合信息處理子系統主要功能為處理數據傳輸子系統發送的數據，存入信息處理系統數據庫，經過后臺解析，在前臺形成圖像化界面，從而形成從車到地的立體展示平臺，實現包括專家診斷、數據管理、故障事件、業務數據庫等功能。

2 車地數據傳輸方案

在機車遠程監測與診斷系統中，機車上的各個設備是整個系統的“神經末梢”，為了實現機車各設備所產生的相關數據最后能夠存入信息處理系統數據庫，該系統的車載綜合信息子系統根據不同的數據類別，采取不同的傳輸策略，將機車數據通過數據傳輸子系統傳送至地面綜合子系統[3]。

圖1 系統總體框架

數據傳輸子系統傳輸的數據類別主要分為實時視頻信息、歷史視頻信息、實時數據信息、故障信息以及事件信息等，該子系統結構圖如圖2。因為目前已知的車地傳輸技術如GSM-R、3G/4G、WLAN、北斗報文通信等均存在一定局限性，所以通過分析不同數據的特點，選用不同的傳輸技術，這樣才能夠真正實現實時信息互通和車地管理互動。例如，對于視頻數據，要確保其視頻的丟幀達到最小，使其對網絡傳輸的速率以及丟包率要求比較嚴格，另外考慮到視頻的傳輸需要大量的流量需求，因此適合采用移動通信網絡。再比如WLAN網絡能夠在局域網范圍內進行大容量的數據存儲，對于實時性要求不高的故障數據以及事件信息，可以等在機車入段之后通過連接入合法的無線網絡中實現高速率、大寬帶傳輸以及零資費。

此外，因為北斗報文短報文通信技術由于具有全天候、不受地形地貌以及自然災害發生所造成移動信號中斷的影響，所以可以利用該技術，傳送機車關鍵狀態信息，并且發送北斗短報文的北斗通信模塊供電方式靈活，當機車在斷電時，通過機車蓄電池，北斗通信模塊仍然能夠周期性發送機車關鍵信息，有助讓鐵路部門及時掌握機車的狀態，有利于恢復行車秩序。另外，北斗短報文信息在落地之后可以不經過任何公網直接進入地面數據中心，使用該技術也確保了時效性以及保密性。

圖2 數據傳輸子系統框架

3 北斗短報文發送信息內容

由上節所述，在機車遠程監測與診斷系統中，為了防止在因自然災害造成的機車電力中斷或移動信號中斷的情況，系統使用北斗短報文通信技術，通過機車供電或蓄電池供電方式，周期性發送的傳送關鍵信息至地面綜合子系統。北斗短報文發送信息包含以下幾種。

（1）機車型號信息。即在途機車的類型以及車號，表明機車身份，是分析機車狀態不可缺少的信息。

（2）時間信息。表示該北斗短報文發送的時間，該時間信息為車載綜合信息子系統的LDP機箱系統信息。

豬鏈球菌鏡檢呈圓形或橢圓形，常多個集聚呈鏈狀排列，鏈長短不一，革蘭氏染色陽性。鏈球菌細胞壁內含多種氨基酸糖，根據其特異性抗原的不同共有19個血清型。引起豬鏈球菌的病原C群的獸疫鏈球菌占絕大多數，此次未能對分離的鏈球菌進行血清型鑒定。豬鏈球菌病根據臨床表現可分為四種類型：敗血癥型、腦膜腦炎型、關節炎型、化膿性淋巴結炎（淋巴結膿腫）型。

（3）經緯度信息。該信息為通過四顆北斗衛星計算出的機車坐標信息[4]。

（4）機車速度信息。該信息由車載LDP的GPS信息確定。

（5）機車海拔高度。該信息由車載LDP的GPS信息確定。

4 北斗短報文編碼

北斗短報文數據的傳輸格式包括指令、長度、信息內容以及校驗和四部分組成，如圖3所示。

圖3 北斗短報文數據傳輸格式

根據對北斗傳送信息分析，對短報文中的內容信息格式進行定義，如圖4所示。

圖4 信息內容格式定義

為了使短報文中的信息內容表達關鍵信息，舉例對經緯度、海拔、速度等信息進行編碼如下。

（1）源設備號。代表通信發送方設備編號，此編號與以太網通訊設備編號相對應，用1個字節表示。

（2）宿設備號。代表通信接收方設備編號，此編號與以太網通信設備編號相對應，用1個字節表示。

（3）機車型號。標識發送北斗短報文的機車類型，用2個字節標識。

（4）機車號。標識發送北斗短報文的機車編號，用2個字節表示。

（5）時間。標識北斗短報文的具體時間。包括年、月、日、時、分、秒，每個單位用一個字節表示，一共6個字節。

（6）經度。標識北斗短報文的東經信息，由北斗衛星確定，一共4個字節。

（7）緯度。標識北斗短報文的北緯信息，由北斗衛星確定，一共4個字節。

（8）速度。標識北斗短報文的速度信息，由GPS確定，一共2個字節。

（9）海拔。標識北斗短報文的高度信息，由GPS確定，一共2個字節。

（10）數據內容。在機車蓄電池供電的情況下，該數據內容為LDP廠家編號、北斗軟件版本信息、北斗軟件時間版本信息，一共10個字節。在機車正常供電的情況下，也為10個字節，但該字節段內容為0x00。

通過編碼，短報文可以基本保證地面獲取關鍵信息，并且留有信息擴展余地。

5 北斗短報文應用

車載綜合信息子系統的LDP接收到機車各類原始數據之后，通過封包處理等手段將各類信息按照不同的傳輸策略發送至地面綜合子系統，其中機車的關鍵信息按照圖3、圖4進行編碼，繼而傳送至地面，從而實現北斗短報文技術在機車車載遠程監測及專家診斷系統中的應用。

通過調試筆記本，可以查看到按照編碼規則進行編碼后的北斗短報文，如圖5所示。

圖5 通過調試筆記本查看LDP發送的北斗短報文內容

當機車供電北斗短報文傳送至地面綜合子系統后臺，通過讀取短報文中信息類型字段，解析出短報文供電類型，再通過后臺運算處理，將北斗短報文中關鍵信息通過前端顯示，如圖6、圖7所示。

圖6 地面綜合信息處理子系統接收到的機車供電時北斗短報文界面

圖7 地面綜合信息處理子系統接收到的蓄電池供電時北斗短報文界面

6 結束語

隨著我國鐵路信息化的逐步推進，對機車載數據進行遠程監測及診斷功能顯得舉足輕重。北斗通信短報文技術為機車數據傳送提供了傳輸策略，將機車關鍵數據進行發送至地面綜合子系統，為機車的日常維護提供了便利條件。