劉曉虎

（西安鐵路局 電務(wù)處，西安 710054）

近年來隨著全國鐵路事業(yè)快速的發(fā)展，列車運(yùn)行速度不斷的提升，LKJ（列車運(yùn)行監(jiān)控裝置）車載數(shù)據(jù)的換裝要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)通過更換每臺(tái)機(jī)車數(shù)據(jù)芯片的方法所產(chǎn)生的矛盾日漸凸顯。隨著目前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，基于此技術(shù)實(shí)現(xiàn)LKJ車載數(shù)據(jù)換裝已成為未來的發(fā)展方向。

本文主要論述基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)的在線自動(dòng)換裝，如何利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)的模塊化操作，在確保運(yùn)輸生產(chǎn)安全的前提下，降低成本，解放勞動(dòng)力。

1 現(xiàn)狀

1.1 鐵路LKJ車載數(shù)據(jù)換裝現(xiàn)狀

目前全路車載數(shù)據(jù)的換裝，主要采用人工插拔的方法對數(shù)據(jù)芯片進(jìn)行互換，不但操作繁瑣，失誤率高，效率低，而且隨著機(jī)車交路的延伸，機(jī)車跨鐵路局運(yùn)行，各鐵路局施工的影響面非常廣，引起相關(guān)鐵路局的換裝任務(wù)繁重。因此常規(guī)數(shù)據(jù)換裝的模式無法滿足發(fā)展的需要。

常規(guī)數(shù)據(jù)換裝模式下所引發(fā)的問題如下：

（1） 各鐵路局樞紐站或干線施工，會(huì)引起相關(guān)鐵路局對擔(dān)當(dāng)此區(qū)段內(nèi)的機(jī)車進(jìn)行一次全范圍的數(shù)據(jù)換裝，時(shí)間緊，任務(wù)重。

（2） 西安鐵路局每年各車載車間數(shù)據(jù)換裝高達(dá)30~40余次，每次換裝機(jī)車多達(dá)100~200余臺(tái)，每臺(tái)機(jī)車更換數(shù)據(jù)芯片4片，且每片芯片只允許擦寫7次，每年一個(gè)車間因換裝報(bào)廢芯片多達(dá)1714片，造成成本上的嚴(yán)重消耗。

（3） 每次數(shù)據(jù)換裝需要大量人員參與，且分散面廣，不利于管理，造成嚴(yán)重的人力資源耗費(fèi)和間歇性勞動(dòng)力緊張。

（4） 在線或站區(qū)現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)換裝，職工的勞動(dòng)安全存在很大風(fēng)險(xiǎn)。

（5）數(shù)據(jù)換裝過程中，因操作失誤或硬件插拔，會(huì)引發(fā)的硬件故障和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤調(diào)用，存在影響運(yùn)輸?shù)牟话踩蛩亍?/p>

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀

目前無線網(wǎng)絡(luò)已廣泛使用移動(dòng)通信、廣播、汽車、煤礦、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)，其具有移動(dòng)性、保密性、穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且因低成本而受到用戶的普遍歡迎，其中3G、GPRS、GPS、WiFi等技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本系統(tǒng)如圖1，遇有車站或區(qū)段施工數(shù)據(jù)時(shí)，通過監(jiān)控室將數(shù)據(jù)按照順序化、模塊化編制，并將編制數(shù)據(jù)按照模塊形成車載數(shù)據(jù)文件。通過中央服務(wù)器，將發(fā)生變更的車載數(shù)據(jù)模塊發(fā)送至車站服務(wù)器，當(dāng)列車車載無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收到施工區(qū)段前兩站的無線信號時(shí)，對本模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。利用數(shù)據(jù)中啟用時(shí)間的信息，在規(guī)定時(shí)間對車載數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線自動(dòng)換裝。

3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及方法

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)置

為了適應(yīng)數(shù)據(jù)模塊式管理，在遵守運(yùn)基信號[2009]332號《<列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）數(shù)據(jù)編制規(guī)范（V2.0）>的通知》的基礎(chǔ)上，必須對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分調(diào)整。如圖2，增加鐵路局別標(biāo)志，將數(shù)據(jù)按照鐵路局別、行別、線別、站間區(qū)段框架建立數(shù)據(jù)順序模塊，模塊間使用無條件交路轉(zhuǎn)移進(jìn)行銜接，貨車分支點(diǎn)依然采用支線轉(zhuǎn)移銜接。各鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)模塊獨(dú)立，以無條件跳轉(zhuǎn)方式在鐵路局界處連接至下一鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)。此方法采用順序結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行順序排列，既提高數(shù)據(jù)的可讀性和執(zhí)行的連續(xù)性，又可降低車載數(shù)據(jù)的檢索時(shí)間。

3.2 待更新車載數(shù)據(jù)上傳

圖2 數(shù)據(jù)模塊結(jié)構(gòu)圖

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

列車進(jìn)入無線收發(fā)器覆蓋區(qū)段，如果車站客戶端主機(jī)有待更新的數(shù)據(jù)，列車開始接收地面數(shù)據(jù)，接收完成經(jīng)過校驗(yàn)無誤后，為防止施工數(shù)據(jù)提前進(jìn)入車載主數(shù)據(jù)，待更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于車載存儲(chǔ)單元備份區(qū)內(nèi)，利用此數(shù)據(jù)攜帶的啟用時(shí)間信息，只有到達(dá)啟用時(shí)間或車站發(fā)出啟用標(biāo)志后，此數(shù)據(jù)才能替換主車載數(shù)據(jù)中的對應(yīng)數(shù)據(jù)模塊。

為防止已上傳的列車不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，在數(shù)據(jù)更新前進(jìn)行檢測時(shí)，若檢測到待更新數(shù)據(jù)模塊已存在，更新自動(dòng)停止。如遇到待更新數(shù)據(jù)在施工車站間的前一站未及時(shí)更新，立即需啟用應(yīng)急方案，在接近站人工操作進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，確保列車運(yùn)行安全。

3.3 待更新車載數(shù)據(jù)的防錯(cuò)誤校驗(yàn)

待更新數(shù)據(jù)經(jīng)過編制、編譯準(zhǔn)確后，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至需要更新線路區(qū)段數(shù)據(jù)的前后3站數(shù)據(jù)服務(wù)器終端，通過查詢車站服務(wù)器，檢查數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼是否與發(fā)布數(shù)據(jù)一致。檢查準(zhǔn)確后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線收發(fā)終端，并通過地面接發(fā)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步網(wǎng)絡(luò)接發(fā)驗(yàn)證，檢驗(yàn)一致后完成地面待更新車載數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

車載設(shè)備數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。在通過列車得到接收數(shù)據(jù)指令后，顯示器向乘務(wù)員直觀顯示數(shù)據(jù)接收進(jìn)程。數(shù)據(jù)接收完成后，乘務(wù)員進(jìn)行確認(rèn)，本次列車的機(jī)車車號、車次等信息被發(fā)送至地面服務(wù)器，盯控人員可直觀確認(rèn)此機(jī)車是否進(jìn)行了數(shù)據(jù)更新。如果遇車載設(shè)備故障，導(dǎo)致接收失敗，列車在接近施工點(diǎn)?？空?，進(jìn)行數(shù)據(jù)人工更新。

4 硬件結(jié)構(gòu)及組成

圖3 數(shù)據(jù)收發(fā)過程

圖4 硬件結(jié)構(gòu)及組成

硬件無線收發(fā)設(shè)備采用RF418無線收發(fā)裝置，通過RS-232接口與PC/104 CPU的RS-232相連，采用的RF418無線收發(fā)模塊，工作頻段為433 MHz～434 MHz，空中傳送數(shù)據(jù)速率小于100 Kbps，可每分鐘調(diào)頻5次及跳躍4個(gè)工作信道，集打包、糾錯(cuò)、檢錯(cuò)等功能于一身，由關(guān)機(jī)到開機(jī)再到發(fā)送數(shù)據(jù)的切換時(shí)間僅為0.2 ms，因而可以在無收發(fā)需求時(shí)處于睡眠狀態(tài)，有需求時(shí)快速切換到工作狀態(tài)。利用小范圍多跳（mul t ihop）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使得節(jié)點(diǎn)與基站的距離可加大但功率不增，其功率只有滿足與相鄰節(jié)點(diǎn)通訊。

嵌入式處理器PC/104 CPU板型號為低功耗的SED-486SV-133-32，采用高集成度增強(qiáng)型嵌入式專用處理器，工作頻率133 MHz，包含 DMA 控制器、中斷控制器及定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘（板上自帶或外接后備電池），32 Mbi t的DRAM，外部接口有雙向并行口、2個(gè) 16550 兼容RS232 串行口（COM2 可選 RS485 接口標(biāo)準(zhǔn)）、固態(tài)盤存貯芯片插座（支持 EPROM，F(xiàn)lash， DiskOn-Chip）、軟盤驅(qū)動(dòng)器接口、 IDE 硬盤驅(qū)動(dòng)器及鍵盤、喇叭接口。

監(jiān)控室數(shù)據(jù)編制機(jī)采用聯(lián)想Th i nkCen t r e M6300T型計(jì)算機(jī)，主要將施工引起變化的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)編制軟件，編譯為用于控制行車的車載數(shù)據(jù)，通過 鐵路局服務(wù)器，發(fā)送至指定車站服務(wù)器。

鐵路局服務(wù)器采用IBM System x3620 M3型，其采用嵌入式RAID和可選的6 Gbps適配器可以有效保護(hù)數(shù)據(jù)，且采用冗余電源和散熱組件能延長正常運(yùn)行時(shí)間，主要用于存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

車站服務(wù)器采用IBM X3400M3型，其采用4核處理器，內(nèi)存4 GB，集成雙口千兆以太網(wǎng)，用于連接無線收發(fā)設(shè)備與鐵路局服務(wù)器，將鐵路局服務(wù)器用于控制行車的數(shù)據(jù)，自動(dòng)更新至各車站服務(wù)器，并將已換裝的機(jī)車的信息上傳至鐵路局服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫。車站服務(wù)器按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，通過無線收發(fā)設(shè)備自動(dòng)將變更的行車數(shù)據(jù)發(fā)布至通過或停靠的機(jī)車接收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對前方施工引起變化的車載數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，確保行車數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

地面接收單元為簡化版車載接收模塊，主要用于模擬機(jī)車車載數(shù)據(jù)接收裝置，檢測接收信號的強(qiáng)度，并對通過無線網(wǎng)絡(luò)下載的車載數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，以確保在線運(yùn)行機(jī)車接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立地面與機(jī)車的數(shù)據(jù)信息交流平臺(tái)，可以提高LKJ車載數(shù)據(jù)更新的安全性和高效性，節(jié)約各鐵路局每年在數(shù)據(jù)換裝中芯片更新的成本，降低各車間面臨的勞動(dòng)力間歇性緊張的鐵路局面。以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，還可通過后續(xù)功能的擴(kuò)展，通過車載設(shè)備對機(jī)車、車輛、線路、乘務(wù)操作等數(shù)據(jù)的進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)信息的準(zhǔn)實(shí)時(shí)交流，不僅有利于地面維護(hù)人員及時(shí)掌握行車設(shè)備和線路質(zhì)量等信息，而且對防控設(shè)備質(zhì)量安全隱患，提高設(shè)備突發(fā)故障的病理監(jiān)測和分析能力，起到良好的作用。

[1]列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）數(shù)據(jù)編制規(guī)范（V2.0）[S]. 運(yùn)基信號[2009]332號.

[2] 蓋研究，陸曉東. 高速鐵路CDMA無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究高速鐵路[J]. CDMA無線網(wǎng)絡(luò)覆網(wǎng)絡(luò)與通信，2010（12）.

[3] 姜春宇，喻方平. 基于GPRS的機(jī)車狀態(tài)監(jiān)測與管理系統(tǒng)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2006（19）.

[4]楊維劍. 利用無線數(shù)傳模塊RF418實(shí)現(xiàn)全市水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)[C]. 先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第三屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集，2004.