李新健

中國鐵路濟南局集團有限公司濟南電務段，中國·山東 濟南 250000

軌道車運行控制設備（GYK）；遠程維護；實時監(jiān)測；信息安全

1 引言

由于各型軌道車、作業(yè)車及各種大型養(yǎng)路機械等自輪運轉特種設備的運用時間、運行交路、作業(yè)地點及時間等不固定，現(xiàn)有的管理手段在GYK 設備維護管理上存在較多困難。例如，GYK 基本數(shù)據(jù)版本過期使用時有發(fā)生，無法及時監(jiān)測GYK 設備質量，無法及時開展GYK 設備運用分析。

GYK 設備遠程維護監(jiān)測技術研究正是基于上述背景提出，研究實現(xiàn)以移動網(wǎng)絡為傳輸載體，以實現(xiàn)信息采集實時化、監(jiān)測維護遠程化為目的的軌道車運行控制設備遠程維護監(jiān)測系統(tǒng)。

2 GMS 系統(tǒng)架構

Gms 系統(tǒng)由車載設備、通信網(wǎng)絡、地面數(shù)據(jù)接入、地面維護監(jiān)測平臺等組成，系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖 1 系統(tǒng)架構圖

2.1 車載設備

車載終端包括電源模塊、主控模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊等。主控模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)分析單元、信息交互單元等；數(shù)據(jù)傳輸模塊利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)車載終端與地面服務器之間的雙向數(shù)據(jù)通信。

2.2 通信網(wǎng)絡

網(wǎng)絡結構由無線和有線兩部分組成。無線網(wǎng)絡依托鐵路專用通信網(wǎng)和公共移動通信網(wǎng)，優(yōu)先使用鐵路專用通信網(wǎng)，實現(xiàn)GMS 業(yè)務數(shù)據(jù)無線傳輸；有線網(wǎng)絡利用鐵路綜合信息網(wǎng)，實現(xiàn)GMS 用戶終端與GMS 地面維護監(jiān)測平臺的信息傳遞。

2.3 地面數(shù)據(jù)接入

GMS 業(yè)務數(shù)據(jù)接入利用路局既有的數(shù)據(jù)網(wǎng)關、M-GRIS服務器、MTUP 平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)落地。

2.4 地面維護監(jiān)測平臺

GMS 地面維護監(jiān)測平臺建設在鐵路綜合信息網(wǎng)，主要包含通信服務器、數(shù)據(jù)服務器、交換機和數(shù)據(jù)存儲等設備，主要實現(xiàn)GMS 業(yè)務數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理分析和數(shù)據(jù)備份。通信服務器為車載終端提供數(shù)據(jù)通信服務；數(shù)據(jù)服務器提供數(shù)據(jù)存儲服務，為地面客戶端提供數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、業(yè)務操作、系統(tǒng)管理等服務；客戶端是通過網(wǎng)絡連接地面服務器的PC 終端，是地面人員的操作平臺[1]。

3 GMS 系統(tǒng)功能

從功能架構上看，車載終端負責采集GYK 設備工作狀態(tài)、實時運行數(shù)據(jù)、軌道電路信號等數(shù)據(jù)信息，分析打包后通過無線傳輸通道傳送到地面服務器；地面服務器實時處理車載終端傳回的實時數(shù)據(jù)，按設定的事件要素進行分類判定，并提供數(shù)據(jù)存儲、查詢、修改等數(shù)據(jù)服務；管理人員通過客戶端實時監(jiān)測GYK 設備運行狀態(tài)、即時處理事件預警、回放監(jiān)測記錄、在線分析運行數(shù)據(jù)、遠程配置系統(tǒng)參數(shù)、維護系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)表等。

客戶端與車載終端通過地面服務系統(tǒng)進行交互通信，通信方式采用應答方式，確保數(shù)據(jù)有效送達[2]。

系統(tǒng)功能邏輯結構詳見下圖2。

圖2 系統(tǒng)功能邏輯結構圖

客戶端功能結構圖詳見下圖3。

圖3 客戶端功能結構圖

4 GMS 系統(tǒng)信息安全

GMS 系統(tǒng)涉及軌道車運行狀態(tài)信息，必須建立可靠的信息安全保障機制，確保系統(tǒng)和信息安全。

4.1 數(shù)據(jù)接入安全

GMS 系統(tǒng)車一地通過鐵路 MTUP 平臺進行數(shù)據(jù)交互，既保證了GMS 系統(tǒng)的主要保護數(shù)據(jù)不因偶然或惡意的原因遭到破壞、更改和泄漏，也確保經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸和交換的數(shù)據(jù)不會發(fā)生增加、修改和丟失。

4.2 數(shù)據(jù)完整性及保密性

數(shù)據(jù)完整性采用CRC 數(shù)據(jù)冗余校驗和HASH 完整性校驗。數(shù)據(jù)私密性采用RSA 非對稱加密算法和AES 對稱加密算法。在地到車數(shù)據(jù)傳輸時，使用GMS 車載設備軟件加密模塊，在GMS 車載設備和地面維護監(jiān)測平臺之間通信的數(shù)據(jù)啟用加密和完整性校驗。

4.3 訪問控制安全

GMS 系統(tǒng)根據(jù)管理用戶的角色分配權限，實現(xiàn)管理用戶的權限分離，僅授予管理用戶所需的最小權限；嚴格限制默認賬戶的訪問權限，重命名系統(tǒng)已默認的賬戶，需修改默認口令；及時刪除多余的、過期的賬戶，避免共享賬戶的存在；登錄終端超時要及時鎖定；設定限制終端接入方式、網(wǎng)絡地址范圍條件。[3]

4.4 入侵防護

GMS 系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡隔離技術，并在服務器及工作站安裝防火墻及殺毒軟件，并定期更新。

4.5 身份鑒別

GMS 系統(tǒng)采用MD5 算法機制對用戶密碼進行保護，采用USBKey 對登錄用戶進行身份標識和鑒別，具有用戶身份標識唯一和鑒別信息復雜度檢查功能，保證應用系統(tǒng)中不存在用戶身份標識重復；登錄失敗會采取結束會話方式，限制非法登錄次數(shù)，當網(wǎng)絡登錄連接超時自動退出；由主機配置訪問控制策略，并禁止操作系統(tǒng)默認賬戶的訪問。

5 應用情況

2013年10 月該系統(tǒng)研制成功，同年在濟南鐵路局安裝試用，從應用情況來看，效果良好。

5.1 提高了工作效率，減輕了作業(yè)壓力

安裝試用后，提高了GYK 數(shù)據(jù)換裝工作效率，減輕了電務人員作業(yè)壓力。目前的GYK 換裝過渡期基本為15 天左右，如果利用GMS 系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)換裝作業(yè)，24h 內可全部完成，完全可以杜絕換裝過渡期結束后， GYK 新舊數(shù)據(jù)不統(tǒng)一而帶來的安全隱患。同時，實施遠程換裝，可大幅度減少電務人員外出作業(yè)所產生的住宿、就餐、交通等相關費用支出，以及乘坐汽車存在的交通安全問題。

5.2 實現(xiàn)了對系統(tǒng)的遠程監(jiān)控

該系統(tǒng)通過對GYK 設備工作狀態(tài)、實時運行數(shù)據(jù)、軌道電路信號數(shù)據(jù)的實時采集及遠程回傳，實現(xiàn)了對GYK 設備質量狀況、運用情況的全方位遠程監(jiān)控，為GYK 設備質量分析、設備運用分析等GYK 設備維護管理提供了有力的技術手段。

5.3 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享

該系統(tǒng)解決了運行數(shù)據(jù)的遠程轉儲與運行數(shù)據(jù)規(guī)范化分析問題，實現(xiàn)了網(wǎng)絡化集中分析，解決了信息資源共享問題。

5.4 提高了系統(tǒng)的安全性能

該系統(tǒng)通過實時監(jiān)測GYK 數(shù)據(jù)版本信息，GYK 開機版本信息驗證等技術手段，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)版本的及時監(jiān)控，為GYK 設備的安全運用提供保障，大大提高了系統(tǒng)的安全性能。

6 結語

GMS 系統(tǒng)解決了GYK 設備運行狀態(tài)的實時遠程監(jiān)測問題，解決了GYK 數(shù)據(jù)的遠程換裝問題，為安全管理人員提供了安全分析的技術手段，為設備維護人員提供設備科學養(yǎng)護及故障處理的依據(jù)，系統(tǒng)推廣使用后將產生明顯的安全效益、經(jīng)濟效益及社會效益。