于建順 洛琳 余丹 華東交通大學(xué)電氣與電子工程 330013

基于GPRS通信技術(shù)的機(jī)車運行實時監(jiān)測系統(tǒng)

于建順 洛琳 余丹 華東交通大學(xué)電氣與電子工程 330013

列車在途中運行，隨時都有可能遇到各種突發(fā)原因?qū)е轮型就＼嚮蚱渌馔馐鹿?，本文針對目前列車運行狀態(tài)監(jiān)測實時性差的缺點，為確保列車平穩(wěn)、高速、安全運行，提高鐵路機(jī)務(wù)部門對在途機(jī)車的運行監(jiān)管能力，設(shè)計了一種基于GPRS通信技術(shù)的機(jī)車運行實時監(jiān)測系統(tǒng)，制定了機(jī)車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并闡述了GPRS無線通信技術(shù)在機(jī)車檢測系統(tǒng)中的優(yōu)點。結(jié)果表明GPRS無線通信技術(shù)應(yīng)用到列車運行檢測系統(tǒng)中具有較高的可靠性、實用性和經(jīng)濟(jì)性。

GPRS；數(shù)據(jù)傳輸；機(jī)車運行狀態(tài)監(jiān)測

引言

隨著我國列車速度的不斷提高，鐵道部對列車運行的安全提出了更高的要求。因此，各種為機(jī)車運行安全服務(wù)的監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。同時也產(chǎn)生了新的問題，大量的監(jiān)測和監(jiān)控數(shù)據(jù)必須人工采集、傳送到地面相關(guān)部門進(jìn)行處理，處理完的數(shù)據(jù)有一些還要以報表的形式傳送到管理部門保存?，F(xiàn)有的人工方式存在數(shù)據(jù)的安全性和可靠性差、缺乏對操作員的管理、工作效率低、通用性和數(shù)據(jù)時效性差等。所以，如何將列車運行過程中的速度、位置和線路參數(shù)信息等通過GPRS無線通信方式傳遞到地面子系統(tǒng)（行車指揮中心），為運輸組織和機(jī)車管理提供及時、可靠的指揮依據(jù)，同時各級調(diào)度所和機(jī)車管理部門也可以通過網(wǎng)絡(luò)向司機(jī)直接下達(dá)調(diào)度指令，指揮司機(jī)正確操縱列車運行，為鐵路運輸提供安全、高效、可靠的保障，成為目前研究重點。

GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡稱，它突破了GSM網(wǎng)絡(luò)只能提供電路交換的思維定式，在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個新的網(wǎng)絡(luò)，充分利用了現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。GPRS永遠(yuǎn)在線、按流量計費、快速登錄、高速傳輸?shù)葍?yōu)點。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。又由于中國移動GPRS覆蓋范圍廣的特點，使得它特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測等行業(yè)的通信要求。本系統(tǒng)中主要利用了GPRS數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)來實現(xiàn)車載設(shè)備和地面子系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程無線通信。

1.系統(tǒng)的基本組成

圖1 系統(tǒng)組成框圖

圖2 車載設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成圖

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，GPRS無線通信技術(shù)的機(jī)車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括三個部分:車載子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)。車載子系統(tǒng)，即查報裝置，其核心是一個ARM微處理器，實現(xiàn)對GPRS模塊的控制和其它程序控制，另外還有一些外部接口，實現(xiàn)與機(jī)車設(shè)備的通信和以備擴(kuò)展使用。整個車載設(shè)備主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)機(jī)車相關(guān)信息的收集、存儲和發(fā)送。地面子系統(tǒng)以數(shù)據(jù)中心計算機(jī)為核心，配合地面設(shè)備的使用，可實現(xiàn)與車載設(shè)備之間的短消息、電話和GPRS數(shù)據(jù)傳輸三種通信。數(shù)據(jù)中心計算機(jī)根據(jù)來自外部輸入的信息和來自車載設(shè)備回傳的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析和處理，將機(jī)車運行狀態(tài)呈現(xiàn)于監(jiān)測界面上，并且通過三種通信手段的靈活運用，能夠?qū)崿F(xiàn)對車載設(shè)備的遠(yuǎn)程通信配置和數(shù)據(jù)查詢。車載子系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)之間的通信鏈路建立在GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET互聯(lián)網(wǎng)的平臺基礎(chǔ)之上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的開發(fā)，最終使得數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中安全、可靠、及時地傳輸。

2.車載子系統(tǒng)

車載設(shè)備包括主機(jī)（車載安全計算機(jī)、軌道信息接收模塊、應(yīng)答器信息接收模塊、列車接口單元運行記錄單元等）、人機(jī)界面、速度傳感器、應(yīng)答器信息接收天線、軌道電路信接收天線等。車載設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成圖(以CRH2型動車組為例)如圖2所示。

車載安全計算機(jī)采用高可靠的安全計算機(jī)平臺，根據(jù)地面連續(xù)式和點式設(shè)備傳輸?shù)目哲囆畔?、線路數(shù)據(jù)以及列車參數(shù)，生成連續(xù)式速度監(jiān)控曲線，監(jiān)控列車安全運行。軌道電路信息接收模塊用于接收ZPW-2000系列軌道電路低頻信息，并將信息同時供給車載安全計算機(jī)和列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）。應(yīng)答器信息接收模塊用于接收處理應(yīng)答器信息，并將解碼得到的應(yīng)答器報文提供給車載安全計算機(jī)。人機(jī)界面（DMI）顯示列車運行速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離，并可接收司機(jī)輸入。

3.地面子系統(tǒng)

地而監(jiān)控子系統(tǒng)的核心是故障診斷專家系統(tǒng)，其次還包括機(jī)車狀態(tài)實時顯示系統(tǒng)和機(jī)車部件病歷管理系統(tǒng)。

故障診斷專家系統(tǒng)仿真機(jī)務(wù)技術(shù)人員判斷故障的過程，對機(jī)車進(jìn)行故障診斷與定位。它主要由知識庫、推理執(zhí)行機(jī)構(gòu)、知識獲取機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。其中知識庫的形成及其知識的數(shù)量和質(zhì)量是衡量專家系統(tǒng)好壞的重要因素。推理執(zhí)行機(jī)構(gòu)是專家系統(tǒng)的另外一個重要組成部分，它根據(jù)規(guī)則庫中的規(guī)則以及實時數(shù)據(jù)庫中的信息，確定故障及發(fā)生的原因，如果規(guī)則庫中沒有該規(guī)則，則調(diào)用知識獲取機(jī)構(gòu)，在規(guī)則庫中產(chǎn)生新的規(guī)則。

所以地面子系統(tǒng)在數(shù)據(jù)積累方面是非常必要的。經(jīng)過一定時間的數(shù)據(jù)累計，系統(tǒng)還可以生成機(jī)車優(yōu)化操作曲線，給司機(jī)優(yōu)化駕駛提供指導(dǎo)。

4.系統(tǒng)通信方案設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，本課題設(shè)計了如圖3所示的數(shù)據(jù)傳輸回路，它實際上提供了兩個獨立的數(shù)據(jù)傳輸回路。一是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信回路，二是通過GSM網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的短消息通信回路。其中G P R S網(wǎng)絡(luò)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信回路是主要回路，負(fù)責(zé)列車運行數(shù)據(jù)實時傳輸；GSM網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的短消息通信回路作為備用回路，當(dāng)GPRS回路故障時，為保證車地實時傳輸數(shù)據(jù)而設(shè)計的備用回路。針對圖3所示的GPRS數(shù)據(jù)傳輸回路有幾個地方值得注意：

1）、車連地。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件下，車載終端必須主動連接地面數(shù)據(jù)中心，否則數(shù)據(jù)中心無法通過網(wǎng)絡(luò)找到終端設(shè)備。

2）、車載GPRS模塊獲得的端口是有時效的。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸回路框圖

3）、在進(jìn)行GPRS上網(wǎng)操作之前，首先對GPRS模塊進(jìn)行一定的設(shè)置。

4）、TCP連接方式。本文選擇的GPRS模塊內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議，為用戶提供TCP和UDP兩種連接方式的選擇，雖然UDP比TCP的傳輸效率高，但考慮本系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量大且要求可靠性高等其它因素，本系統(tǒng)采用了TCP連接方式。

綜上所述，機(jī)車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)充分利用中國移動公網(wǎng)資源，建立了基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸平臺，從而實現(xiàn)了車地之間的雙向通信。

4.結(jié)束語

經(jīng)過一系列的調(diào)試和實際使用，充分驗證了系統(tǒng)設(shè)計的正確性和合理性。利用GPRS數(shù)據(jù)通信的方式進(jìn)行列車監(jiān)控數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建將更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，也更能保證系統(tǒng)的實時性，具有良好的應(yīng)用前景。在鐵路沿線均鋪設(shè)GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)的前提下，可以預(yù)期，隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和市場需求的不斷擴(kuò)大，GPRS車載系統(tǒng)將會有更廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 張青苗，汪 斌, 無線傳輸技術(shù)在行車安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 南昌: 華東交通大學(xué)學(xué)報.2008, 25(5): 46-50.

[2] 延翠. 基于GPRS無線通信技術(shù)的機(jī)車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 湖南: 中南大學(xué).2008, 5.

[3] 金 元. 基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的電力機(jī)車狀態(tài)實時監(jiān)測[J]. 成都:總線與網(wǎng)絡(luò). 2008

[4] 徐嘯名.裂空車載設(shè)備（CTCS2-200H型）[M].北京：中國鐵道出版社.2008.

[5] 潘田，郭世明.基于GPRs的機(jī)車實時監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 國外電子測量技術(shù).2006,25(5):46-49.

于建順 性別：男 籍貫：江西，出生年月：1984年1月 就讀學(xué)校：華東交通大學(xué)碩士研究生，研究方向：高速列車的運行建模。