動車組車載信息無線傳輸系統應用

王洪波

摘要：車載信息無線傳輸系統由車載主機、車載天線、多頻段合路器、天線延長電纜構成，對列車運行狀態與報警信息進行采集處理、數據存儲和無線發送。高速動車組運行途中傳輸的信息可分為動態位置跟蹤信息、基本狀態信息和故障信息等。根據動車組列車網絡控制系統工作原理，主要狀態與報警信息在列車WTB/MVB網絡上進行傳輸。因此，車載主機接入MVB網絡獲取有關牽引、制動、軸溫、空調、門等子系統狀態的實時運行數據，通過GPS功能模塊獲取列車位置信息，通過GPRS發送實時數據，若終到車站或動車運用所具備WLAN無線覆蓋，則可通過WLAN實現過程記錄數據的無線下載。

關鍵詞：動車組；車載信息；無線傳輸系統；應用

隨著高速動車組開行，鐵路運營部門面臨的安全壓力急劇增長，通過高速動車組遠程無線傳輸系統監控列車運行狀態保證行車安全變得尤為重要。CRH380B型動車組運營速度高達300km/h，一旦發生故障將會對運行安全、運輸秩序造成影響。地面檢修人員通過遠程客戶端可以提前發現故障隱患，協助乘務人員處理故障，提高故障處理效率，從而保證列車的運行。

1動車組無線局域網系統設計

1.1網絡接入功能

該系統可以利用運營商3G/4G網絡、衛星網絡或專用寬帶網絡接入公眾互聯網，以安全管理需要為基準，建立列車局域網與互聯網之間的VPN通道，以實現互聯網的實時接入。

1.2網絡服務與互通功能

一方面，車載無線局域網應提供車內通信網絡，局域網內用戶終端可共享車載無線局域網系統的內容服務；另一方面，該系統與客站或是車庫無線局域網互通，提供無線局域網互通接口，使得乘客利用客站、車庫內無線局域網與運營管理中心進行信息交互。

1.3認證鑒權功能

在實際應用中，該系統可以對用戶身份進行認證，在用戶接入車載局域網時提供PORTAL服務，可導航到指定的頁面，并提供用戶接入互聯網的鑒權功能，對用戶的身份、權限及訪問內容進行認證。

1.4安全防護功能

在實際應用中，該系統遵循互聯網安全防衛要求進行操作執行，并在互聯網通道安裝防火墻，防止病毒入侵、黑客攻擊等惡意破壞行為，對用戶行為進行記錄與追溯，用戶信息、用戶行為和故障報警等重要數據應保存60天以上，阻斷和監測非授權AP，并同時具備互聯網出口端口防護功能和黑白名單設置功能，安全防護等級高。

2數據采集方案

2.1設備接入

車載主機的網絡接口接入列車MVB網絡和以太網，通過低壓電路進行供電，在車頂安裝GPS、GPRS和WLAN天線，通過天線饋線和合路器，接入車載主機。

2.2列車運行參數采集

車載主機通過MVB網絡采集列車運行參數。動車組一般為8輛編組，分為兩個牽引單元，車載主機在每個牽引單元各安裝一個，通過MVB網絡采集本單元的列車運行參數，采樣周期約為0.1秒。采集到的列車參數分為實時數據和轉儲數據。實時數據包括列車速度、高壓系統狀態、牽引系統狀態、制動系統狀態、關鍵部件溫度和司機操作動作等。轉儲數據則包括當前牽引單元完整的MVB網絡數據。

2.3列車故障數據采集

車載主機對列車故障數據的采集通過MVB網絡完成。車載主機控制軟件直接讀取網關轉發的列車診斷報文，根據報文內容讀取并對應列車故障數據。包括故障代碼、故障車號、故障狀態（發生或恢復）和故障時間等。

2.4列車位置信息采集

2.4.1概述

車載主機內置了衛星定位模塊，同時在車頂安裝了衛星定位天線，從而能夠通過衛星定位采集列車當前位置和速度信息，同時還具備衛星授時功能。

2.4.2衛星定位系統

目前常用的衛星系統包括GPS系統和北斗系統。

GPS系統的優勢是系統成熟，衛星數量多，覆蓋范圍廣。與GPS系統相比，北斗衛星定位系統具有下列優勢：（1）同時具備定位與通訊功能，不需要其他通訊系統支持。（2）特別適合于集團用戶大范圍監控管理和數據采集用戶數據傳輸應用。（3）融合北斗導航定位系統和衛星增強系統兩大資源，因此也可利用GPS使之應用更加豐富。（4）自主系統，安全、可靠、穩定，保密性強，適合關鍵部門應用。

2.4.3設計方案

為了能夠兼顧GPS系統和北斗系統的優勢，車載主機內置的衛星定位模塊及車頂天線，能支持北斗衛星定位系統和GPS衛星定位系統兩種定位機制。當GPS系統可用時，車載主機從GPS系統讀取列車當前位置、速度和時間參數；當北斗系統可用時，車載主機從北斗系統讀取列車當前位置、速度和時間參數。當GPS系統和北斗系統均可用時，車載主機可優先從北斗系統讀取數據。

3數據傳輸方案

3.1設備接入

實時數據通過GPRS網絡傳輸到地面服務器。對于列車關鍵參數，車載主機采用定時發送機制，發送周期一般為1分鐘，該周期可通過服務軟件進行配置。對于列車故障信息，車載主機采用響應式發送機制，檢測到故障信息后立即進行發送。

3.2轉儲數據傳輸

車載主機采集的轉儲數據包括當前牽引單元的完整MVB過程數據。由于轉儲數據量較大，采用WLAN方式進行傳輸。車載主機內置WLAN板卡，能夠連接配置好的無線網絡。

動車運用所如果部署符合約定的無線網絡覆蓋，則當動車組進入無線網絡覆蓋區域后，車載主機能夠首先通過廣播方式搜索網內可用的轉儲數據存儲服務，如果存在可用服務器，車載主機將自動連接該服務器，再通過FTP或其他方式將保存在本地的轉儲數據上傳到服務器。

4地面系統方案

4.1概述

車載子系統負責采集列車運行數據和故障信息，并通過GPRS網絡將上述數據傳輸至地面服務器，地面子系統負責接收、處理、存儲列車數據，并以Web方式提供用戶接口，使用戶能夠隨時查詢列車當前狀態和歷史數據。

4.2子系統設計

遠程系統地面子系統主要由數據接收處理模塊、數據存儲模塊和用戶接口模塊組成，其中數據處理模塊負責接收車載設備發送的列車數據；數據存儲模塊使用數據庫的形式對各類數據分別進行存儲；用戶接口模塊能及時反映列車數據的變化情況，對各類數據的趨勢進行歸納，具備較高的可讀性。

4.3關鍵技術

4.3.1列車故障數據的存儲、查詢與導出

為了保證滿足目標用戶需求，遠程系統在開發過程中采取了一系列手段。第一，車載子系統對列車故障數據進行檢錯重傳，保證列車故障數據在傳輸過程中不會發生遺漏。第二，地面子系統的數據存儲模塊，使用列車故障數據的核心參數（即列車編號、故障代碼和故障時間等）生成針對每一條列車故障記錄的數據簽名，保證列車故障數據在存儲中不會出現重復。第三，地面子系統的數據查詢模塊，通過有效組織查詢條件，保證列車故障數據的導出結果中與用戶查詢請求嚴格一致。

4.3.2用戶訪問控制

為了在便于用戶使用的同時保證數據安全，地面子系統采用了嚴格的用戶訪問控制機制。用戶賬戶不開放注冊，采用實名制人工申請審核模式。在服務端維護用戶狀態列表，所有用戶請求均首先檢查用戶狀態，并隨時記錄用戶操作日志。

結論

車載信息無線傳輸系統能夠實時采集車載數據并發送至地面服務器，該系統能夠為地面指揮中心提供大量動車組工作狀態信息。當動車組運行發生故障時，地面指揮人員可借助該系統提供的信息，快捷并有效地發出各類應急處理措施，為動車組的安全運行提供了技術保障。

參考文獻

[1]翟黎淵，沙淼，康成偉.CRH380B型動車組遠程無線傳輸裝置的研制及應用[J].鐵道車輛，2015，53（02）：16-19+5.

[2]劉金才.高速動車組遠程數據傳輸及應用[J].大連交通大學學報，2013，34（03）：61-64.

（作者單位：北京鐵路集團天津動車客車段天津動車所）