史曉磊

(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)

1 系統(tǒng)目標(biāo)

5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是在綜合檢測車上集成各類檢測單元，由目前僅對THDS設(shè)備精度和運(yùn)行狀態(tài)檢測擴(kuò)展到包括TADS、TFDS、TVDS、TCDS、AEI設(shè)備。當(dāng)綜合檢測車通過軌邊安全監(jiān)測設(shè)備時，車上和地面信息進(jìn)行實(shí)時交互，動態(tài)評價監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)，便于隨車和地面設(shè)備維修人員及時掌握設(shè)備技術(shù)狀態(tài)信息，及時發(fā)現(xiàn)處置異常設(shè)備，大幅提升車輛運(yùn)行安全監(jiān)控設(shè)備檢修和管理水平。

按照中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(簡稱：國鐵集團(tuán))機(jī)輛部要求，在全路范圍內(nèi)建造18輛綜合檢測車，每個鐵路局集團(tuán)公司擁有1輛，執(zhí)行局管和總公司動態(tài)聯(lián)檢任務(wù)。

2 業(yè)務(wù)流程

動態(tài)聯(lián)檢作業(yè)的業(yè)務(wù)流程是國鐵集團(tuán)或者鐵路局制定檢測任務(wù)，被檢測單位依照檢測任務(wù)及時上報異常設(shè)備，經(jīng)過確認(rèn)無誤后，檢測路局安排客車甩掛交路，當(dāng)檢測車通過軌邊安全監(jiān)測設(shè)備時，車載模擬裝置發(fā)出模擬信號，監(jiān)測設(shè)備采集探測數(shù)據(jù)，對模擬信號和實(shí)際探測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而得出設(shè)備狀態(tài)成績。綜合檢測車完成全部檢測任務(wù)后，國鐵集團(tuán)或者鐵路局組織問題設(shè)備匯總分析會，進(jìn)行通報整改。動態(tài)聯(lián)檢作業(yè)詳細(xì)業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 動態(tài)聯(lián)檢作業(yè)流程圖

3 總體架構(gòu)

5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)由車載和地面兩部分組成，這兩部分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)物理隔離，車載和地面數(shù)據(jù)需要通過移動互聯(lián)網(wǎng)和鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行傳遞。因此，系統(tǒng)需要在鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)、國鐵集團(tuán)外部服務(wù)網(wǎng)以及綜合檢測車3地部署應(yīng)用，共同完成動態(tài)聯(lián)檢作業(yè)，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

4 功能設(shè)計(jì)

5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)由車載子系統(tǒng)和地面評判子系統(tǒng)兩部分組成，這兩個子系統(tǒng)功能模塊組成如圖3所示。

圖3 5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)功能組成

4.1 車載子系統(tǒng)功能

車載子系統(tǒng)的主要功能是自動接收地面評價子系統(tǒng)創(chuàng)建的檢測項(xiàng)目，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整軌邊監(jiān)控設(shè)備檢測順序，指導(dǎo)各類檢測單元開機(jī)或者啟動工作；設(shè)定各類檢測單元標(biāo)準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)，對部分檢測單元已設(shè)定載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測；當(dāng)綜合檢測車通過軌邊監(jiān)控設(shè)備時，自動將設(shè)定載荷數(shù)據(jù)和實(shí)際檢測數(shù)據(jù)上傳至地面評判子系統(tǒng)，同時接收地面評判子系統(tǒng)返回的評判結(jié)果數(shù)據(jù)；對各類檢測單元狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

4.2 地面評判子系統(tǒng)功能

地面評判子系統(tǒng)的主要功能是當(dāng)綜合檢測車通過各類軌邊監(jiān)控設(shè)備時自動采集探測數(shù)據(jù)，接收車載子系統(tǒng)上傳的標(biāo)準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)和車上實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)評判規(guī)則自動評判，并將評判結(jié)果發(fā)送到車載子系統(tǒng)。此外還包括創(chuàng)建檢測項(xiàng)目，對異常設(shè)備進(jìn)行上報和審核，對未正常檢測的設(shè)備進(jìn)行人工評判，提供設(shè)備評判成績查詢和開展誤差分析等工作。

5 跨鐵路內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

5.1 數(shù)據(jù)傳輸需求分析

(1)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸內(nèi)容

車載子系統(tǒng)與地面評價子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理隔離，車載子系統(tǒng)運(yùn)行在檢測車上的局域網(wǎng)，地面評價子系統(tǒng)部署在鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)上，兩個系統(tǒng)需要通過移動互聯(lián)網(wǎng)傳遞檢測任務(wù)、設(shè)備狀態(tài)評判結(jié)果、車上預(yù)設(shè)和實(shí)測等數(shù)據(jù)，車地?cái)?shù)據(jù)傳輸內(nèi)容如圖4所示。

(2)車地?cái)?shù)據(jù)傳輸安全需求

車載子系統(tǒng)與地面評價子系統(tǒng)通過移動互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院鸵恢滦?。在?shù)據(jù)傳輸過程中，如果遇到移動信號較弱或者無信號時，造成數(shù)據(jù)中斷，需要采取措施等待信息恢復(fù)時繼續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。地面評價子系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源屬于鐵路車輛生產(chǎn)核心信息資源，對車輛安全運(yùn)行關(guān)系重大,但數(shù)據(jù)傳輸過程應(yīng)用需求會將數(shù)據(jù)和應(yīng)用暴露在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，存在外界可以調(diào)用服務(wù)和數(shù)據(jù)的可能，存在較大的安全隱患，必須采取有效的安全防護(hù)措施以保證鐵路內(nèi)部生產(chǎn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

5.2 應(yīng)用程序部署

在位于國鐵集團(tuán)外部服務(wù)網(wǎng)上的應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)字證書認(rèn)證和通道轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，服務(wù)采用Webservice方式，數(shù)字證書由國鐵集團(tuán)信息中心頒發(fā)、認(rèn)證和管理。在鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)上應(yīng)用服務(wù)器上部署Webservice服務(wù)，該服務(wù)提供檢測項(xiàng)目、設(shè)備技術(shù)狀態(tài)評判成績、檢測車預(yù)設(shè)和實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)讀寫接口，與外網(wǎng)服務(wù)器上服務(wù)做地址映射。

圖4 5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)車地?cái)?shù)據(jù)交互

當(dāng)綜合檢測車行駛至軌邊監(jiān)測設(shè)備前方一定距離時，車載子系統(tǒng)以windows服務(wù)方式發(fā)出檢測單元開機(jī)信號，通過調(diào)用部署在國鐵集團(tuán)外部服務(wù)網(wǎng)上認(rèn)證和通道轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，將車上預(yù)設(shè)和實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)發(fā)送到鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)。同理，地面評價子系統(tǒng)接收到車載子系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)設(shè)和實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)載荷數(shù)據(jù)，按照事先定義好的評判規(guī)則計(jì)算設(shè)備狀態(tài)成績，然后再通過外網(wǎng)服務(wù)器的服務(wù)將評判結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)回到車載子系統(tǒng)。

5.3 信息安全防護(hù)

綜合檢測車車地?cái)?shù)據(jù)交互過程是車載子系統(tǒng)通過移動互聯(lián)網(wǎng)向部署在國鐵集團(tuán)外部服務(wù)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請求信息，應(yīng)用服務(wù)器接收請求后進(jìn)行認(rèn)證操作，認(rèn)證不成功則拒絕請求；認(rèn)證成功則進(jìn)入鐵路安全平臺代理數(shù)據(jù)通道，訪問地面評價子系統(tǒng)接口服務(wù)，實(shí)現(xiàn)車地?cái)?shù)據(jù)交互。

數(shù)字認(rèn)證與通道轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序采用Webservice方式實(shí)現(xiàn)，而Webservice的API對互聯(lián)網(wǎng)是公開的，存在信息安全隱患，為解決這一問題，對這一服務(wù)訪問進(jìn)行注冊制管理，對于已注冊的合法用戶，才可以正常訪問服務(wù)，非法用戶不允許訪問，防止服務(wù)被盜用。

6 技術(shù)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)對THDS、TADS、TFDS、TVDS、TCDS、AEI車輛運(yùn)行安全監(jiān)測設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，依據(jù)技術(shù)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)，自動評判設(shè)備當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)，為5T設(shè)備檢修作業(yè)和管理提供技術(shù)支持。

(1)TADS設(shè)備評價標(biāo)準(zhǔn)

TADS(車輛聲學(xué)診斷裝置)的主要檢測技術(shù)參數(shù)包括定位準(zhǔn)確、頻偏、故障軸承識別，系統(tǒng)自動評價標(biāo)準(zhǔn)如表1。

(2)AEI設(shè)備評價標(biāo)準(zhǔn)

AEI(車輛車號識別裝置)的主要檢測技術(shù)參數(shù)包括射頻頻率、標(biāo)簽有效讀取距離、標(biāo)簽內(nèi)容解析、計(jì)軸判輛4類，系統(tǒng)自動評價標(biāo)準(zhǔn)如表2。

7 預(yù)期效益

5T綜合檢測車檢測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施，能夠滿足鐵路車輛部門動態(tài)檢測和評價多種車輛安全監(jiān)測設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的迫切需求，能夠有效解決設(shè)備種類多、數(shù)量大、分布廣泛以及上道檢修維護(hù)困難等實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前檢測車只對THDS設(shè)備檢測到對AEI、TADS、TFDS多種設(shè)備檢測的轉(zhuǎn)變，極大的提高設(shè)備檢測效率和管理水平；通過4G無線網(wǎng)絡(luò)跨鐵路安全平臺的傳輸有效減少人工傳遞檢測數(shù)據(jù)的工作量，同時提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和安全性；各級車輛部門能夠及時全面的掌握設(shè)備技術(shù)狀態(tài)，為保障車輛安全運(yùn)行提供重要技術(shù)手段，產(chǎn)生較大的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 TADS設(shè)備技術(shù)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)

表2 AEI設(shè)備技術(shù)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)