車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)*

祁苗苗，蔣 薈，史曉磊，王華偉，肖 齊

（1 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車車輛研究所，北京 100081）

機(jī)車運(yùn)行安全是鐵路運(yùn)輸安全生產(chǎn)的重要組成部分，當(dāng)前鐵路機(jī)車安全監(jiān)控主要依托于鐵路機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（簡稱CMD系統(tǒng)）和機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)（簡稱6A系統(tǒng)），利用車載設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測。車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備（含THDS、TPDS、TADS客貨兼容設(shè)備）以地對(duì)車的監(jiān)控方式，利用軸溫探測、力學(xué)檢測、聲學(xué)診斷、車號(hào)識(shí)別等技術(shù)對(duì)通過機(jī)車、車輛進(jìn)行多方位監(jiān)測，目前已建成覆蓋動(dòng)車組、客車、貨車的車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱5T系統(tǒng)），多年來在保障車輛運(yùn)行安全，指導(dǎo)車輛運(yùn)用檢修發(fā)揮了不可替代的作用［1-3］。

為了更充分有效地利用既有資源，實(shí)現(xiàn)鐵路機(jī)車車輛運(yùn)行安全監(jiān)控設(shè)備資源共用、信息共享的融合應(yīng)用，迫切需要開展5T系統(tǒng)對(duì)機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控的應(yīng)用系統(tǒng)研究與建設(shè)，充分利用5T設(shè)備種類多、數(shù)量大、分布廣等特點(diǎn)，補(bǔ)強(qiáng)機(jī)車安全運(yùn)行地面監(jiān)測手段，以機(jī)車運(yùn)行安全在線監(jiān)測為切入點(diǎn)，融合CMD系統(tǒng)相關(guān)檢測監(jiān)測信息，按照規(guī)范的信息處置流程，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測報(bào)警信息、處置信息在機(jī)車檢修、運(yùn)用、監(jiān)控等作業(yè)環(huán)節(jié)、管理環(huán)節(jié)間受控流轉(zhuǎn)，使機(jī)務(wù)管理人員、現(xiàn)場作業(yè)人員及相關(guān)人員全面掌握機(jī)車運(yùn)用質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修、運(yùn)用及安全監(jiān)控與安全管理中存在的問題，進(jìn)一步保障機(jī)車安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

依托物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、系統(tǒng)整合與數(shù)據(jù)集成等信息技術(shù)，建立架構(gòu)先進(jìn)、功能完善、性能卓越的鐵路車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)。實(shí)時(shí)采集客貨兼容THDS、TPDS、TADS設(shè)備探測機(jī)車信息，接入機(jī)車配屬信息，建立機(jī)車輪對(duì)狀態(tài)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)分散檢測、智能報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和信息共享；根據(jù)機(jī)車運(yùn)用要求，建立兩級(jí)部署、三級(jí)聯(lián)網(wǎng)、四級(jí)應(yīng)用的信息系統(tǒng)，為各級(jí)機(jī)車檢修及管理人員提供集監(jiān)測控制、安全管理、維修決策分析為一體的機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控及管理服務(wù)，補(bǔ)強(qiáng)鐵路機(jī)車安全監(jiān)控信息化手段，保障機(jī)車運(yùn)行安全。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

（1）國鐵集團(tuán)、鐵路局、機(jī)務(wù)段建立三級(jí)安全監(jiān)控中心，整合既有資源復(fù)用或部分增配系統(tǒng)硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測故障機(jī)車的實(shí)時(shí)監(jiān)控、核實(shí)處理以及閉環(huán)管理。

（2）制定與5T系統(tǒng)、CMD系統(tǒng)、機(jī)務(wù)閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)5T系統(tǒng)探測機(jī)車綜合應(yīng)用以及與機(jī)務(wù)專業(yè)系統(tǒng)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)集成和信息共享奠定基礎(chǔ)。

（3）依托既有車輛運(yùn)行安全監(jiān)控技術(shù)架構(gòu)、傳輸通道及數(shù)據(jù)服務(wù)，分別在國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司部署應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫，支撐國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段、整備場（檢修車間）的鐵路機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控與管理的四級(jí)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

（4）研發(fā)車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)軟件，支持機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)測信息的綜合應(yīng)用，并且在應(yīng)用中不斷完善與優(yōu)化機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控與管理應(yīng)用。

（5）利用資源共享、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘和綜合分析等關(guān)鍵技術(shù)，建立面向監(jiān)測預(yù)警、維修處理、設(shè)備管理等主題數(shù)據(jù)集市，建立機(jī)車綜合報(bào)警評(píng)判、安全風(fēng)險(xiǎn)管控、考核評(píng)價(jià)模型等，為機(jī)車管理部門提供管理依據(jù)和輔助決策支持。

2 技術(shù)方案

2.1 總體架構(gòu)

車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、系統(tǒng)整合與數(shù)據(jù)集成等信息技術(shù)，依托鐵路綜合信息網(wǎng)建立國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段三級(jí)機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)國鐵集團(tuán)、鐵路局、機(jī)務(wù)段、整備場四級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控與管理應(yīng)用。在國鐵集團(tuán)、鐵路局依托既有車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器部署應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫，建立完整的機(jī)車安全監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、分析與應(yīng)用環(huán)境，為各級(jí)用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)及應(yīng)用服務(wù)；機(jī)務(wù)段、整備場利用計(jì)算機(jī)終端訪問系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配屬機(jī)車的狀態(tài)監(jiān)控及故障處置反饋。總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體應(yīng)用說明：

（1）國鐵集團(tuán)匯總?cè)奋囕v運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車監(jiān)測及報(bào)警數(shù)據(jù)，對(duì)全路機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控；接入CMD系統(tǒng)機(jī)車支配/配屬信息、機(jī)車6A監(jiān)測報(bào)警信息以及機(jī)務(wù)閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)機(jī)車進(jìn)入整備場位置信息，以路局、機(jī)務(wù)段、整備場為單位，匯總配屬機(jī)車的監(jiān)測及報(bào)警信息，并推送至即將到達(dá)的整備場和配屬/支配單位處理反饋；分析故障規(guī)律，制定機(jī)車標(biāo)準(zhǔn)檢修規(guī)程、運(yùn)用管理辦法等。

（2）鐵路局對(duì)局管內(nèi)THDS、TPDS、TADS探測機(jī)車信息進(jìn)行入庫處理和報(bào)警智能評(píng)判，并將機(jī)車監(jiān)測及報(bào)警信息實(shí)時(shí)上傳國鐵集團(tuán)；接收國鐵集團(tuán)下發(fā)的本局配屬/支配機(jī)車、外局整備機(jī)車在全路5T、6A系統(tǒng)的監(jiān)測及報(bào)警信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控配屬/支配機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)管內(nèi)機(jī)車故障處理反饋進(jìn)行監(jiān)督管理；分析機(jī)車故障規(guī)律，為機(jī)車運(yùn)用管理提供輔助決策支持。

（3）機(jī)務(wù)段對(duì)本段配屬/支配或外局入場機(jī)車報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通知檢修車間/折返段/整備場對(duì)故障機(jī)車進(jìn)行處理，并將相關(guān)處理信息逐級(jí)上報(bào)至鐵路局、國鐵集團(tuán)。

（4）檢修車間/折返段/整備場利用計(jì)算機(jī)終端訪問系統(tǒng)，查詢配屬/支配機(jī)車報(bào)警信息，對(duì)比分析其他機(jī)務(wù)相關(guān)信息系統(tǒng)預(yù)報(bào)情況，按要求處置報(bào)警機(jī)車并將處置結(jié)果反饋至系統(tǒng)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)需覆蓋國鐵集團(tuán)、18個(gè)鐵路局集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段以及系統(tǒng)運(yùn)用涉及的檢修車間（整備場）等，通過鐵路綜合信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與監(jiān)測設(shè)備以及監(jiān)控中心與鐵路局集團(tuán)公司、國鐵集團(tuán)間的聯(lián)網(wǎng)，接入THDS、TPDS、TADS探測機(jī)車監(jiān)測信息和報(bào)警信息等。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)報(bào)警

THDS、TPDS、TADS探測站設(shè)備采集通過機(jī)車的地面安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，上傳至所屬鐵路局級(jí)5T服務(wù)器進(jìn)行入庫處理級(jí)報(bào)警評(píng)判，并最終將監(jiān)測及報(bào)警數(shù)據(jù)上傳至國鐵集團(tuán)5T系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行集中存儲(chǔ)和綜合應(yīng)用。國鐵集團(tuán)5T系統(tǒng)服務(wù)器定時(shí)與CMD系統(tǒng)交換全路機(jī)車配屬、6A報(bào)警、機(jī)務(wù)閘樓AEI信息，將THDS、TPDS、TADS探測機(jī)車監(jiān)測報(bào)警信息自動(dòng)推送到配屬/支配局、整備局5T系統(tǒng)服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車的聯(lián)網(wǎng)綜合報(bào)警。

圖3 報(bào)警機(jī)車故障核實(shí)處理流程

（2）入場檢修處理

由機(jī)務(wù)段監(jiān)控值班員、質(zhì)量分析中心數(shù)據(jù)分析員按規(guī)定通知整備場值班員進(jìn)行報(bào)警機(jī)車檢查。

機(jī)車回庫后，整備場作業(yè)場值班員根據(jù)機(jī)車報(bào)警信息生成庫檢作業(yè)檢查單，通知作業(yè)班組。

由行修作業(yè)班組（檢車工長、檢車員）對(duì)報(bào)警故障進(jìn)行檢查確認(rèn)，并反饋檢查確認(rèn)情況。

（3）核實(shí)反饋

機(jī)務(wù)段值班員核對(duì)系統(tǒng)預(yù)報(bào)機(jī)車故障信息及檢車員記錄的故障確認(rèn)及處置情況，并將報(bào)警機(jī)車的故障處理結(jié)果回填至系統(tǒng)中。

（4）閉環(huán)監(jiān)督管理

對(duì)報(bào)警機(jī)車實(shí)行“預(yù)警→核實(shí)→處理”閉環(huán)控制機(jī)制，檢修車間/折返段/整備場利用手持終端或監(jiān)控終端向系統(tǒng)反饋報(bào)警機(jī)車處置結(jié)果，國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段監(jiān)控值班員分別對(duì)報(bào)警機(jī)車及其處理情況進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)問題車閉環(huán)管理。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)的功能主要由：實(shí)時(shí)監(jiān)控、處理反饋、機(jī)車追蹤、輪位追蹤、信息查詢、統(tǒng)計(jì)分析、用戶管理、后臺(tái)處置等8個(gè)功能模塊構(gòu)成，功能框架如圖4所示。

圖4 車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)功能框架

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控全路機(jī)車通過THDS、TPDS、TADS探測站的監(jiān)測信息，對(duì)監(jiān)測報(bào)警車輛進(jìn)行預(yù)警提示；提供對(duì)各鐵路局配屬/支配機(jī)車在全路范圍內(nèi)THDS、TPDS、TADS探測軌跡進(jìn)行跟蹤與監(jiān)控；提供對(duì)各局配屬機(jī)車被THDS、TPDS、TADS探測的列車信息進(jìn)行監(jiān)控。

（2）處理反饋

提供對(duì)各鐵路局配屬機(jī)車經(jīng)過THDS、TPDS、TADS預(yù)報(bào)故障的核實(shí)反饋情況進(jìn)行回填、查詢與匯總。

（3）機(jī)車追蹤監(jiān)控

提供對(duì)指定機(jī)車在全路范圍內(nèi)THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測信息的軌跡進(jìn)行跟蹤與監(jiān)控。

（4）機(jī)車輪位追蹤監(jiān)控

提供對(duì)指定機(jī)車指定輪位在全路范圍內(nèi)THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測、報(bào)警信息的軌跡進(jìn)行跟蹤與監(jiān)控。

（5）信息查詢

提供對(duì)全路各局配屬機(jī)車通過THDS、TPDS、TADS探測站監(jiān)測及報(bào)警信息、報(bào)警機(jī)車其核實(shí)處理情況進(jìn)行查詢等功能。

（6）統(tǒng)計(jì)分析

提供機(jī)車通過THDS探測站軸溫與6A系統(tǒng)軸溫狀態(tài)趨勢(shì)分析；提供THDS、TPDS、TADS探測機(jī)車報(bào)警趨勢(shì)分析。

（7）用戶管理

提供對(duì)系統(tǒng)各類用戶基本信息、用戶角色及用戶功能權(quán)限進(jìn)行維護(hù)與管理。

（8）后臺(tái)處理

提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理、數(shù)據(jù)入庫與校驗(yàn)、數(shù)據(jù)組織與集成處理、數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控管理。

3.3 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

信息接口是車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)信息共享和信息綜合利用的基礎(chǔ)。車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)的信息接口主要包括：采集信息接口和外部系統(tǒng)信息接口。

（1）采集信息接口

車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)文件方式共享客貨通用THDS、TPDS、TADS設(shè)備探測機(jī)車數(shù)據(jù)，其共享數(shù)據(jù)主要內(nèi)容見表1。

表1 客貨通用THDS、TPDS、TADS設(shè)備探測機(jī)車信息接口的主要內(nèi)容

（2）外部系統(tǒng)信息接口

外部系統(tǒng)信息接口主要包括：與CMD系統(tǒng)、機(jī)務(wù)管理等外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換接口。其數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容見表2、表3。

表2 與CMD系統(tǒng)信息接口的主要內(nèi)容

表3 與機(jī)務(wù)閘樓AEI聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)信息接口的主要內(nèi)容

4 結(jié)束語

車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備探測機(jī)車聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將加快推進(jìn)機(jī)車、車輛信息化和檢測監(jiān)測資源共享，最大限度地挖掘了車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備投資價(jià)值，進(jìn)一步提高了鐵路機(jī)車信息化管理水平和技術(shù)水平。今后，要結(jié)合業(yè)務(wù)需要，進(jìn)一步加強(qiáng)5T系統(tǒng)與CMD、6A系統(tǒng)的信息共享與融合，深入分析機(jī)車報(bào)警規(guī)律，完善系統(tǒng)報(bào)警模型，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，保障機(jī)車運(yùn)行安全。