劉靜波 趙海萍 趙文斌

劉靜波:青藏鐵路公司電務(wù)部 助理工程師 810007 西寧

趙海萍:青藏鐵路公司電務(wù)部 工程師 810007 西寧

趙文斌:青藏鐵路公司西寧電務(wù)段 高級(jí)工程師 810007 西寧

2004年全路六大干線開始建設(shè)和推廣使用列車運(yùn)行狀態(tài)信息系統(tǒng)(以下簡稱LAIS)以來，各路局已建成和運(yùn)用的LAIS都是基于移動(dòng)公網(wǎng)，即利用移動(dòng)或聯(lián)通GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車-地之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。由于GSM/GPRS用于民用，在鐵路沿線和山區(qū)存在信號(hào)盲區(qū)，隧道等特殊環(huán)境完全沒有信號(hào)，從路局使用效果來看，不可避免地存在掉線及數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題，從而造成信息的短時(shí)中斷和不穩(wěn)定情況，影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性，導(dǎo)致運(yùn)用效果不夠理想。同時(shí)，使用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，每年會(huì)產(chǎn)生幾十萬元甚至更高的GPRS流量資費(fèi)，增加了鐵路的運(yùn)輸成本。

鑒于以上問題，青藏鐵路公司在設(shè)計(jì)建設(shè)LAIS系統(tǒng)時(shí)，結(jié)合青藏鐵路已全線覆蓋GSM-R鐵路專用網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際，率先采用GSM-R鐵路專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)車-地之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，重新設(shè)計(jì)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程穩(wěn)定、快速傳輸和機(jī)車入庫自動(dòng)下載LKJ記錄文件的功能。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)由車載采集系統(tǒng)、地面應(yīng)用系統(tǒng)、GSM-R鐵路專網(wǎng)、WLAN無線局域網(wǎng)4部分組成。

1．車載采集系統(tǒng):由TSC1無線傳輸裝置通過CAN總線向LKJ實(shí)時(shí)獲取設(shè)備信息、運(yùn)行實(shí)時(shí)信息、記錄文件。采用UDP協(xié)議與GSM-R鐵路專網(wǎng)中的M-GRIS服務(wù)器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備的遠(yuǎn)程接入與數(shù)據(jù)交互。

2．地面應(yīng)用系統(tǒng):在原有系統(tǒng)上新增GSM-R接口服務(wù)器，采用TCP協(xié)議與M-GRIS服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)鐵路生產(chǎn)網(wǎng)與GSM-R鐵路專網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)化改進(jìn)了通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的軟件。

3．WLAN無線局域網(wǎng):在西寧、格爾木機(jī)務(wù)段庫內(nèi)建設(shè)2.4 G的無線局域網(wǎng)絡(luò)，重新設(shè)計(jì)開發(fā)了WLAN無線轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器軟件，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車入庫后自動(dòng)下載LKJ記錄文件。

4．GSM-R鐵路專網(wǎng):青藏公司根據(jù)本地實(shí)際情況建設(shè)運(yùn)營的無線移動(dòng)鐵路專網(wǎng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，較好地實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)的傳輸。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

青藏鐵路公司在設(shè)計(jì)建設(shè)LAIS系統(tǒng)時(shí)，采用先進(jìn)的AP無線級(jí)聯(lián)技術(shù)，解決AP間的快速路由，實(shí)現(xiàn)AP之間的互聯(lián)，如圖2所示。圖中AP(根)相當(dāng)于根天線，AP和天線構(gòu)成了一定范圍的WLAN無線覆蓋區(qū)域。安裝有LAIS車載設(shè)備的機(jī)車進(jìn)入WLAN范圍后，車-地自動(dòng)建立無線連接，經(jīng)服務(wù)器認(rèn)證后，車載數(shù)據(jù)通過無線AP下載到地面。AP使用2.4 GHz的射頻信號(hào)用于WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，使用5.8 GHz的射頻信號(hào)用于AP與AP之間的數(shù)據(jù)回傳。

圖2 WLAN無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流

系統(tǒng)通過GSM-R鐵路移動(dòng)專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)在途列車運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和運(yùn)行記錄的回傳下載;通過WLAN無線局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)車入庫WLAN無線自動(dòng)下載LKJ記錄文件，可替代以往人工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的工作。不僅對(duì)行車安全提供了保障，而且提高了整體運(yùn)輸效率。

2.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)流處理

按照數(shù)據(jù)流向，列車運(yùn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)傳輸流程如圖3所示。它包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用三部分。

1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸部分，包括車載數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)車-地傳輸層、地面?zhèn)鬏攲?。其中車載數(shù)據(jù)采集層通過車載無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的各種通信接口如以太網(wǎng)、CAN、RS485、RS422、RS232等，從其他行車設(shè)備獲取數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)車-地傳輸層主要依托GSM-R鐵路專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在途機(jī)車的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，機(jī)車入段后利用2.4G無線局域網(wǎng)，將機(jī)車車載設(shè)備的全程記錄信息通過無線下載到WLAN通信服務(wù)器;地面?zhèn)鬏攲又饕獮橛芯€網(wǎng)絡(luò)，通過MQ中間件的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，完成數(shù)據(jù)信息傳遞。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理部分，主要完成數(shù)據(jù)的解析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，判斷設(shè)備狀態(tài)，并將結(jié)果存入ORACLE數(shù)據(jù)庫。

3．?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用部分，主要為系統(tǒng)提供各種應(yīng)用服務(wù)，如機(jī)車追蹤、機(jī)車分布、故障報(bào)警等功能。

2.2 WLAN無線轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)流處理

機(jī)車回段入庫后，列車運(yùn)行監(jiān)控全程記錄文件和機(jī)車檢測全程記錄文件，通過WLAN無線局域網(wǎng)自動(dòng)下載到地面服務(wù)器。機(jī)務(wù)段、電務(wù)段各相關(guān)業(yè)務(wù)部門可以通過相應(yīng)的處理終端對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用以及分析處理。全程記錄文件也可以通過鐵路辦公網(wǎng)絡(luò)傳送到公司等業(yè)務(wù)主管部門，對(duì)其進(jìn)行分析、查詢。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)信息流程如圖4。

圖3 列車運(yùn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)傳輸流程圖

圖4 WLAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)信息流程

3 使用效果

青藏鐵路公司LAIS經(jīng)過半年的運(yùn)用，達(dá)到了以下效果。

1．利用GSM-R鐵路專網(wǎng)建成的LAIS系統(tǒng)運(yùn)用質(zhì)量較移動(dòng)公網(wǎng)建設(shè)的系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，在高原、山區(qū)和隧道中實(shí)現(xiàn)了全線無盲區(qū)，傳輸?shù)艟€情況極少發(fā)生，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和連續(xù)性良好，遠(yuǎn)程下載LKJ運(yùn)行記錄文件速度快、下載穩(wěn)定。目前GSM-R遠(yuǎn)程文件下載一次性成功率大于98%，記錄文件遠(yuǎn)程下載100KB約為5 min。而利用移動(dòng)公網(wǎng)的GPRS傳輸，100KB字節(jié)的文件需耗時(shí)30 min，數(shù)據(jù)傳輸速度有了較大提高。同時(shí)，使用GSM-R鐵路專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，每年可以節(jié)省幾十萬元甚至更高的通信費(fèi)用。

2．青藏鐵路公司在西寧機(jī)務(wù)段、格爾木機(jī)務(wù)段庫內(nèi)建設(shè)了全覆蓋的高速、高可靠性的WLAN網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)測速率達(dá)到20 Mb/s，機(jī)車入庫可快速自動(dòng)下載LKJ運(yùn)行記錄文件，并發(fā)送到相應(yīng)處理系統(tǒng)，節(jié)省了轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備，減少了人員的工作量。

3．利用新建的LAIS系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)跟蹤、對(duì)比LKJ數(shù)據(jù)版本的更新情況，掌握LKJ數(shù)據(jù)的換裝工作并保證換裝的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

4．LAIS車載主機(jī)應(yīng)用軟件的無線自動(dòng)升級(jí)功能，節(jié)省了人工逐臺(tái)升級(jí)的繁重工作量。

4 結(jié)論

青藏鐵路公司首次利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開發(fā)的LAIS系統(tǒng)，現(xiàn)場運(yùn)用和驗(yàn)證都取得了良好的效果，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，提升了列車運(yùn)行安全信息化管理質(zhì)量，為鐵路行車安全和應(yīng)急處置提供了快捷的信息渠道，提高了運(yùn)輸效率和管理能力。同時(shí)，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建成的LAIS系統(tǒng)的傳輸平臺(tái)和WLAN無線局域網(wǎng)可以傳輸更多種類的列車信息，因此，利用GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的LAIS系統(tǒng)，具有廣泛推廣運(yùn)用的價(jià)值和前景。