鐵路軌道車運行控制設備遠程維護監測系統設計

何 宏

（中國鐵路蘭州局集團有限公司，甘肅嘉峪關 735100）

軌道車運行控制設備（GYK）是列車運行控制系統的組成部分，是防止軌道車冒進信號、運行超速并輔助司機提高操縱能力的重要設備。隨著鐵路現代化發展及維修體制改革的不斷推進，傳統的維修管理模式已不適應現代企業的發展，為提高維護工作效率，確保設備安全運用，須充分利用現代化檢測、監測手段和大數據分析功能，高效率開展設備維護管理工作。

1 GYK 設備維護現狀

GYK設備日常維護工作由于受軌道車作業時間長、作業地點不固定、作業方式分散、運行交路環境復雜等多種因素的制約，存在基礎數據換裝難度大、運行數據回傳不及時、分析滯后、設備故障不能及時處置、數據版本管理不便捷和無法實時獲取軌道車位置信息等問題，造成GYK設備維護效率低，也給行車安全帶來隱患。文章通過設計軌道車運行控制設備遠程維護監測系統（GMS），以解決GYK設備運用維護管理中存在的諸多問題。

2 系統設計

2.1 系統結構

GMS系統由車載設備、地面服務器和用戶終端3 部分組成，采用鐵路專用通信網（GSM-R）和公共移動通信網作為業務數據傳輸通道，通過鐵路既有接口服務器（M-GRIS）平臺、移動數據傳輸平臺（MTUP）及網絡安全設備實現數據車地傳輸，GMS系統結構如圖1所示。

圖1 GMS系統結構圖

（1）車載設備。車載設備包括GMS車載主機、組合天線、鐵路專用通信多頻段天線和連接電纜等，可實現GYK設備相關信息采集、文件上傳、數據存儲和實時傳輸。

（2）地面服務器。地面服務器即地面維護監測平臺，建設在鐵路綜合信息網中，主要包括數據服務器、通信服務器、交換機和存儲設備等，可實現GMS相關業務數據的通信、數據處理分析和備份。

（3）用戶終端。用戶終端實現站段GMS相關業務數據的查看、分析與傳輸。

2.2 網絡連接

GMS網絡系統包括鐵路GSM-R及公共移動通信網，網絡連接架構主要包括數據傳輸、數據安全和系統安全。

（1）數據傳輸。GMS數據通過M-GRIS和MTUP平臺實現落地，M-GRIS和MTUP不僅作為GMS數據透明傳輸通道，還可以防止非法用戶利用M-GRIS和MTUP平臺進行數據解析，防止未經授權的用戶終端發送數據，GMS系統網絡連接圖如圖2所示。

圖2 GMS系統網絡連接圖

（2）數據安全。從M-GRIS和MTUP平臺到GMS地面維護監測平臺轉發的數據會經過硬件防火墻等設備進行安全過濾，最終進入鐵路綜合信息網，從而保證數據安全。

（3）系統安全。GMS服務器安裝的鐵路綜合信息網作為第1層網絡安全防護；GMS服務器相關安全防護軟件及配置系統安全策略作為第2層網絡安全防護。

2.3 關鍵技術

GMS關鍵技術主要包括地面維護監測平臺、網絡端口協議及鐵路SIM卡等。

（1）地面維護監測平臺。通信服務器和數據服務器是GMS地面維護監測平臺的主要組成部分，主要實現GMS業務數據通信、數據分析處理。GMS通信服務器完成M-GRIS、MTUP平臺與鐵路綜合信息網相關設備的數據交換，對接收和發送的數據進行流量控制，通過安全協議對非法數據進行過濾，對數據流量、訪問情況、連接狀態等信息記錄，保證整個數據傳輸的穩定性。GMS數據服務器完成數據處理、分發、存儲和訪問控制，對GYK基本數據、軟件、控制程序等遠程發送；對GYK運行記錄數據遠程回傳及分析；接收GYK運行狀態信息、軌道車位置信息、報警信息等，數據服務器采用雙機熱備方式，保證整個數據應用、存儲的可靠性和安全性。

（2）網絡端口協議。GMS系統要準確高效地完成數據信息端到端的傳輸，需提供GMS服務器接入端口，并提供GMS接入MTUP平臺的通信協議、業務端口、IP地址等信息，進行GMS業務載入以及調試配合。若采用鐵路通信專用網則需要提供M-GRIS的IP地址，以及M-GRIS的服務器連接端口，針對GMS業務鐵路辦公網應允許訪問。交換機預留GMS服務器連接接口的同時需要在安全防護設備上放行GMS應用軟件所需傳輸端口和協議。

（3）鐵路SIM卡。開通運行軌道車GMS系統需特殊的鐵路SIM卡、存儲設備及MTUP安全平臺ID（通常為軌道車號）。

2.4 安全機制

GMS系統承擔數據安全傳輸職責，在數據傳輸中要通過多次加密校核，為數據運用提供端到端的安全保障。

（1）GYK數據在編輯環節按私有協議加密編輯，在GYK運用環節采用私有協議解密并讀取數據，該私有協議對其他第三方（包括GMS系統）保密，確保GYK收到的數據真實有效。

（2）數據傳輸采用對稱加密和非對稱加密方式進行動態加密，確保數據傳輸安全可靠。

（3）GMS采用數字簽名技術，驗證收到數據的完整性和準確性，同時利用私有方法提取數據幀對數據特征值進行再次核對，驗證數據的正確性。

2.5 應用功能

（1）GYK基本數據、控制軟件的遠程升級。GMS通過用戶終端下發GYK升級文件，車載設備通過無線網絡接收下發的升級文件，到達升級時刻后，GMS系統在軌道車人機界面（DMI）顯示升級提示信息，并語音提示升級，由司機進行升級確認，實現數據、軟件的對車傳輸。

（2）GYK運行記錄數據自動回傳和網絡化分析。GMS可將獲取到的GYK運行記錄數據通過無線網絡自動上傳至地面維護監測平臺，用戶可及時對回傳的GYK運行記錄數據進行設備質量和作業質量分析，實現運行記錄數據文件車對地的傳輸，有效促進GYK設備的運用維護管理。

（3）軌道車運行狀態、車載設備狀態、車輛位置等實時監測。 GMS通過無線網絡獲取GYK運行狀態、設備報警信息、軌道車位置信息等并實時傳輸至地面維護監測平臺；用戶終端可通過平臺實時查看當前軌道車的運行狀態、位置信息及報警信息等，為設備維護管理提供有效依據。

（4）GYK廣播信息數據轉發和校時。GMS車載設備可向其他車載設備轉發GYK時間、速度、管壓、機車信號、工況、公里標、交路號、車站號、司機號、車次和限速等廣播信息；當GYK設備系統時間誤差大于30 s時，GMS設備可依據全球定位系統或北斗衛星導航系統（GPS/BDS）對GYK設備校時。

（5）數據斷點續傳。當通信鏈路出現異常時，GMS系統對已傳輸成功的數據進行保存，通信鏈路恢復正常后，能夠繼續從斷點處進行數據傳輸，確保數據的完整性和一致性。

3 應用效果分析

（1）提高工作質量和效率。GMS系統的有效使用，實現了GYK設備基礎數據、控制軟件的更換及數據版本的有效監控，提高了GYK設備運用維護管理工作質量和效率。2020年，嘉峪關電務段通過GMS系統實施GYK設備遠程數據換裝8版，換裝軌道車705臺次，縮短了數據換裝時間，消除了人工上線作業、道路交通、現場換裝等可能存在的人身安全隱患。

（2）提升設備運用質量。GMS系統能夠實時監測GYK設備的運用狀態，對設備報警信息進行及時回傳分析，從而實現異常信息的及時有效處置，提升設備運用質量。2020年，嘉峪關電務段分析GMS系統報警預警信息3 850余件，處置有效報警信息70余件，有效避免多起設備故障的發生，保障行車安全。

（3）提高經濟效益和安全效益。GMS系統的有效使用，強化了現實安全及設備管理質量，節約大量人力資源，同時減少生產維修成本，產生較大的經濟效益和安全效益。

（4）提高軌道車運用維護管理水平。GMS系統的有效使用，為GYK設備運用維護管理提供了現代技術手段，實現GYK運行記錄數據的遠程回傳，有助于軌道車使用和管理單位及時開展GYK運用安全和設備質量分析，進一步提高軌道車運用管理水平，對促進專業融合發揮了積極作用。

4 結語

通過GMS 系統的設計與應用，有效強化了基礎管理，保障設備運用安全、提升GYK設備維修質量和工作效率，同時也降低了生產維修成本，是落實鐵路企業提質增效的有效舉措。隨著鐵路體制改革的不斷推進，GMS的投入使用必將產生更大的安全效益和經濟效益。