軌道車監測信息綜合運用探討

龔和宏

（中國鐵路武漢局集團有限公司，武漢 430071）

1 問題的提出

軌道車（含接觸網作業車、大型養路機械等自輪運轉特種設備）的信息監測目前由GMS地面維護監測平臺、軌道車作業視頻監控平臺、自輪運轉特種設備運用安全管理系統及其他監測信息管理系統進行多平臺管理，各種信息依賴人工進行跨平臺采集、記錄、統計、分析、核對及管理的狀態，耗費了大量的人力和物力成本，運用管理效率較低，誤差較大，實時性較差，存在漏查和混淆的風險。由此引起維修維護滯后，給管理部門的軌道車管理工作帶來極大的困擾，甚至影響軌道車的安全運行，造成安全隱患。鐵路各級、各部門對于軌道車的運用管理維護上不透明、不及時、關注內容有交叉但不一致、綜合度差、共享性差、利用率低下，不能為科學化配置和管理軌道車提供依據，對各部門的管理工作效率造成了較大制約，極大的降低鐵路運營經濟效益，不能形成良性的、可循環的軌道車運用管理周期環。

為解決上述問題，通過對國內外先進作業系統的實踐經驗進行分析和總結，創建軌道車監測信息綜合管理平臺，實現軌道車精準、有效、合理的維護管理，利于企業運用維護效率的提升及管理成本的節約。

2 軌道車監測信息綜合管理的實現

2.1 解決方案綜述

軌道車監測信息綜合管理系統，分兩級部署，其中二級部署在國鐵集團，用于數據的集中綜合分析、挖掘，為軌道車的綜合運用、配屬、車輛使用預警提供數據支撐；一級部署在各路局集團公司，用于綜合收集路局集團公司軌道車狀態監測信息。兩級之間采用安全性高的多協議標簽交換虛擬專用網（MPLS VPN）技術實現監測信息的上傳和預警信息的下達。

2.2 系統結構組成

該系統由5部分組成，信息采集節點、軌道車監測信息綜合管理平臺、專用傳輸通道、軌道車監測數據中心、用戶終端，如圖1所示。

2.2.1 信息采集節點

利用既有路局集團公司軌道車狀態監測系統作為信息采集點，通過共享接口將獲取的軌道車信息發送至路局集團公司級軌道車監測信息綜合管理平臺。

圖1 系統架構示意Fig.1 Schematic diagram of system architecture

2.2.2 軌道車監測信息綜合管理平臺

該平臺由共享信息收集服務器和分類數據處理服務器組成，從已有的軌道車監測系統，將軌道車GYK、GMS設備狀態及換裝信息統計、工作狀態、軸溫監控狀態、視頻監控狀態、空氣制動狀態、供電狀態、走行部狀態、高壓絕緣檢測狀態、CIR機車電臺狀態、防火報警狀態等信息進行分類處理，路局集團公司用戶終端實時掌握本局車輛在線情況，設備運行狀態，進一步加強對軌道車的管理，提升綜合管理能力。

2.2.3 專用傳輸通道

在從路局集團公司傳輸至國鐵集團時，由于原有路局集團公司內網帶寬不足，在使用已有的帶寬和設備的前提下，應另辟蹊徑，需要既保障信息傳輸的安全性，又要保障足夠的帶寬，較低的成本。采用主流、成熟、可跨區域的安全通信MPLS VPN 技術，在路局集團公司和國鐵集團之間建立獨立的虛擬專用網絡，為軌道車監測信息的傳輸提供穩定、可靠、安全、成本較低的數據傳輸通道。

2.2.4 軌道車監測數據中心

數據中心部署在國鐵集團，由接口通信服務器和數據分析服務器組成。接口通信服務器用于對接18個路局集團公司的軌道車監測信息綜合管理平臺分類處理后的數據，之后轉發給數據分析服務器；數據分析服務器進一步對數據綜合處理、數據分析挖掘和狀態評價預警，并可以與鐵路防災監測系統等結合聯動，向國鐵集團和路局集團公司終端用戶提供綜合應用服務，以及提供相關車輛、設備、環境等方面的預警，全面提升設備管理水平，降低設備使用風險，加強災害發生前的預警，減少人員安全隱患。

2.2.5 用戶終端

用戶終端分為兩級，路局集團公司級和國鐵集團級。

路局集團公司級用戶終端可以查看本局所有軌道車狀態監測信息，詳細了解本局軌道車運用現狀，為軌道車的運用、管理等提供決策性依據。

國鐵集團級用戶終端可以查看經過軌道車監測數據中心綜合分析挖掘之后的匯總數據、預警信息等，以及和其他鐵路防災監測系統綜合聯動得到的分析數據，為國鐵集團在軌道車配屬、管理、在途運行安全預警等方面提供有效、準確的依據。

2.3 系統功能簡述

2.3.1 軌道車監測信息綜合管理平臺

軌道車監測信息綜合管理平臺的功能組成如圖2所示。邏輯結構如圖3所示。

圖2 功能組成示意Fig.2 Schematic diagram of functional composition

2.3.2 軌道車監測數據中心

數據中心主要處理來自于各路局集團公司上傳的軌道車各種監測信息，包含信息統計、數據分類分析、數據挖掘、數據聯動、預警下達5個主要功能。

1）信息統計

主要針對各路局集團公司軌道車上線數量、各類車載設備安裝數量、下達的揭示數據、基本數據、程序更換次數和車載設備故障數量進行分類統計。

2）數據分類分析

通過對軌道車監測信息統計后，針對不同路局集團公司的同類數據的對比分析，綜合分析獲得軌道車運用現狀，包含車輛利用率及故障率、作業規范率，車載設備故障率、配屬是否合理等。

3）數據挖掘

經過數據分類分析，聯合多種不同分類數據，進一步挖掘數據信息，為軌道車的運用管理方面提供決策性依據，增強軌道車管理維護，減少軌道車管理維護成本，提高軌道車運行安全，避免事故的發生。

圖3 軌道車監測信息綜合管理平臺邏輯結構示意Fig.3 Schematic diagram of the logical structure of the integrated management platform for railway trolley monitoring information

4）數據聯動

結合鐵路已有的防災安全監測系統、異物侵限監測系統等，形成橫向聯動，分析在途軌道車是否處于災害發生區段，為災害預警信息的準確性提供前提條件。

根據系統內數據的橫向聯動，可預判軌道車自身狀態是否存在安全隱患，提前提出警示信息。

5）預警下達

在通過一系列功能的實現后，及時下達預警和警示信息給對應的路局集團公司相關運用單位，以期減少車輛和人員安全事故的發生，避免因此帶來的損失。

2.4 關鍵技術實現

2.4.1 數據處理技術

采用Python語言對軌道車監測信息各類數據進行統計、集中、精簡，通過分類、聚類、關聯、預測算法建立挖掘模型，對各路局集團公司軌道車監測數據進行分析和深度挖掘之后，利用數據可視化手段，運用圖形、圖像處理、計算機視覺以及用戶界面，通過表達、建模以及動畫顯示，展現軌道車運用管理維護現狀，以及聯動預警信息。

2.4.2 MPLS VPN安全傳輸技術

MPLS VPN主要由P網絡和C網絡兩個部分組成。P網絡是運營商已經建立好的，之內的設備為PE設備。C網絡為用戶自建的網絡，之內的設備為CE設備。用戶通過租用運營商MPLS VPN線路實現多用戶節點之間快速、安全、可靠的通信，用戶僅需要維護本地網絡邊緣的CE客戶端網絡設備。

在本系統中，將會使用軸輻狀結構（Huband-Spoke），Hub-CE節點為國鐵集團網絡節點，Spoke-CE節點為路局集團公司本地網絡節點；該結構下，可以實現路局集團公司與國鐵集團的安全通信，也可以實現路局集團公司之間的互相通信。如圖4所示，假設AS65430為國鐵集團網絡，是作為Hub-and-Spoke的核心；中間部分的AS100為某運營商網絡（該部分是可以跨運營商部分）；AS65410和AS64520均為路局集團公司網絡，虛線對應的是MPLS VPN通道。

如圖4所示，可以實現路局集團公司和國鐵集團之間的安全通信，也可實現路局集團公司之間的安全通信。在實現路局集團公司之間的安全通信時，可以直接通信，也可以通過國鐵集團間接通信，建議通過國鐵集團Hub節點來通信。

圖4 數據傳輸通道架構示意Fig.4 Schematic diagram of architecture of data transmission channels

國鐵集團和路局集團公司之間的MPLS VPN 使用VRF虛擬路由轉發來單獨形成一個屬于鐵路自身的虛擬局域網，與運營商其他網絡是完全獨立的，因此完全可以保證數據傳輸的安全性。其次，傳輸帶寬是取決于接入運營商專線的帶寬大小，按照目前數據傳輸業務的情況，專線接入帶寬保證100 Mbit/s線路就可以滿足軌道車監測信息的傳輸，同時還可為其他業務擴展需求預留帶寬。

CE用戶端與PE運營商端設備之間可以使用各種路由協議進行數據的轉發，比如靜態路由、RIP路由信息協議、OSPF開放式最短路徑優先協議、ISIS中間系統到中間系統協議以及BGP邊界網關協議，推薦使用BGP協議來實現數據的轉發。

2.4.3 應用系統基礎平臺技術

采用目前較為流行的IT技術來提供高可靠性、高穩定性、高可用性的應用服務。如圖5所示。

1）硬件基礎：由物理硬件服務器和存儲設備組成，提供資源虛擬化的基礎。

2）資 源 池：通 過Vmware、Linux KVM、Windows Hyper-V的虛擬化技術，將物理CPU、內存、硬盤、網絡等資源進行虛擬化，并通過使用對應的Cluster集群技術提供高可用性的應用基礎。

圖5 軌道車數據中心基礎架構示意Fig.5 Schematic diagram of architecture of infrastructure of railway trolley data center

3）虛擬應用：使用Docker容器技術和其他虛擬化技術，將不同應用打包到輕量級、可移植的獨立容器中，便于快速部署，提供高可用性，更好的實現應用服務的快速無縫切換。

3 應用展望

3.1 綜合監測的發展

軌道車監測越來越全面，監測系統越來越多的情況下，建設綜合監測，有利于鐵路各相關部門對軌道車的運用、管理、維護、作業監控、狀態監控等有更詳細的、綜合的掌握，未來終會走向各種應用的融合，才能增加效益，降低成本，為鐵路的飛速發展提供基礎支撐。

3.2 MPLS VPN 線路為其他業務數據傳輸帶來的益處

鐵路大多數較為重要的業務數據幾乎都是通過早期建設的鐵路內網進行傳輸，而早期的鐵路內網帶寬較低，不能滿足現在需要高帶寬、低延遲、安全性高、綜合傳輸的要求，因此也導致了很多應該部署的業務系統沒有上線，而本文設想建設的MPLS VPN鐵路專用網絡，在很大程度上是可以滿足這些需求的，能為鐵路的豐富業務數據傳輸和更好的業務系統提供可能性，為提升鐵路的安全保障提供技術性支持。