張燕萍 王 晨 周 曉 邢宇晗 蔡瑋瑋

(1.長春市軌道交通集團(tuán)有限公司 吉林 長春 130021；2.長春中車軌道車輛有限公司 吉林 長春 130052)

目前，國內(nèi)城市以軌道交通線網(wǎng)為主流交通方式的特征逐步體現(xiàn)，且客流量持續(xù)增長。隨著軌道交通車輛數(shù)量的增加，車輛運(yùn)管單位需要更高效、準(zhǔn)確、及時(shí)的運(yùn)維手段。建立智能化的軌道交通運(yùn)維體系成為軌道交通行業(yè)不可或缺的重要組成[1]。

提高車輛維護(hù)效率，確保車輛在線發(fā)生故障后，檢修人員能夠第一時(shí)間了解車輛故障，通過大數(shù)據(jù)對(duì)車輛各系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)車輛系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定或異常時(shí)能夠提前進(jìn)行預(yù)警，是車輛智能運(yùn)維的發(fā)展趨勢(shì)[2]。車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控車輛各主要系統(tǒng)的運(yùn)用狀態(tài)，為了便于車輛維護(hù)，在既有車輛上加裝遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)成為目前車輛運(yùn)用的迫切需求。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

CCQG型輕軌車輛自2006年上線運(yùn)行現(xiàn)已十余年，目前進(jìn)入廠修期，在廠修過程中對(duì)車輛加裝遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，可以有效提升車輛整體的運(yùn)用性能。受既有車輛結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)接口限制，遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要采集車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及受電弓工作狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行期間主要數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及傳輸。

CCQG型輕軌車輛增加的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)車載部分由系統(tǒng)主機(jī)、4G(5G)無線通訊天線、GPS天線及設(shè)備饋線等部件組成。遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)通過車載設(shè)備收集列車各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、監(jiān)控圖像等數(shù)據(jù)，通過4G(5G)無線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過服務(wù)器后臺(tái)處理和分析，將數(shù)據(jù)傳輸至地面車輛段，從而為列車運(yùn)行提供遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，其系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)拓?fù)鋱D

遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)可以通過手機(jī)端或PC端對(duì)車輛各系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控，具體功能如下：

(1) 顯示當(dāng)前線路的車輛位置，顯示每臺(tái)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài),以及當(dāng)前線路車輛的上線運(yùn)營情況。

(2) 可在任意時(shí)段監(jiān)控和查看車輛瞬時(shí)閃現(xiàn)故障及不易鎖定的故障進(jìn)行長時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于對(duì)故障進(jìn)行排查和跟蹤。

(3) 顯示空調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)溫度對(duì)比車內(nèi)外溫度，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(4) 對(duì)車輛牽引系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)等運(yùn)用狀態(tài)及網(wǎng)壓、網(wǎng)流等數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)車輛各系統(tǒng)運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

(5) 對(duì)車輛監(jiān)控?cái)z像頭采集的圖像進(jìn)行壓縮整合，通過后臺(tái)智能圖像流控系統(tǒng)，在不消耗大量流量的同時(shí)，使用戶在需要遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)時(shí)，能夠提供清晰的現(xiàn)場(chǎng)畫面，且方便查看司機(jī)應(yīng)急處理的操作，可確保在遠(yuǎn)程指導(dǎo)過程中讓司機(jī)的操作準(zhǔn)確無誤。

(6) 具有完善的權(quán)限管理認(rèn)證功能，可根據(jù)權(quán)限開放的層級(jí)限定系統(tǒng)查看權(quán)限。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝方案

CCQG型輕軌車輛因制造批次不同，其采用的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通訊制式不同，主要有MVB、CAN兩種模式，繼而需要遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊采集接口具有兼容性。此次遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝設(shè)計(jì)為在既有車輛進(jìn)行改造，需要在車輛司機(jī)室內(nèi)增設(shè)系統(tǒng)主機(jī)、車頂加裝4G(5G)天線、GPS天線裝置及受電弓工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)攝像頭。

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要硬件設(shè)備組成

遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)3U機(jī)箱(即高度為13.335 cm的機(jī)箱)，如圖2所示，PCB板卡插拔的機(jī)籠式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于設(shè)備維護(hù)，且適配CAN通訊、RS232通訊及MVB通訊等通訊接口，可與多系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；其內(nèi)部設(shè)有SD卡可對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，存儲(chǔ)可大于30天以上。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機(jī)

對(duì)司機(jī)臺(tái)下方內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機(jī)加裝至司機(jī)臺(tái)內(nèi)部，結(jié)合CCQG型輕軌車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)既有對(duì)外通訊預(yù)留接口及遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)信息接收需求，確定系統(tǒng)主機(jī)安裝位置。CCQG型二期車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊主要通過重聯(lián)端網(wǎng)關(guān)模塊，與列車廣播系統(tǒng)通訊通過列車廣播分機(jī)，即CCQG型二期車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機(jī)安裝至重聯(lián)端司機(jī)室；CCQG型三期車輛與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊主要通過IDU顯示屏預(yù)留通訊接口，與列車廣播系統(tǒng)通訊通過列車廣播主機(jī)，即CCQG型三期車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機(jī)安裝至MC端司機(jī)室。

車輛數(shù)據(jù)與地面?zhèn)鬏斖ㄟ^4G無線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面列車數(shù)據(jù)服務(wù)器， 最高傳輸速率可達(dá)300 M， 充分確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和流暢性， 此外主機(jī)內(nèi)部預(yù)留5G無線網(wǎng)卡通訊接口， 可升級(jí)為5G通訊。 同時(shí)， 通過GPS天線定位車輛位置， 為客戶端提供車輛位置信息。 4G及GPS天線安裝至MC端車頂， 充分確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、 可靠性。

在MC/M模塊加裝受電弓監(jiān)控?cái)z像頭，攝像頭外殼采用高強(qiáng)度材質(zhì)，用于抵擋車外的惡劣環(huán)境，外部玻璃面罩采用高強(qiáng)度電加熱玻璃，且設(shè)有溫度控制裝置，可根據(jù)外部環(huán)境溫度進(jìn)行加熱，用于冬季除霜，充分確保了對(duì)受電弓工作監(jiān)測(cè)的可靠性。

2.2 車輛各主要系統(tǒng)同遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸方案

加裝的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，主要對(duì)車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及受電弓工作狀態(tài)各數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)合車輛各系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通訊模式確定遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)同車輛各系統(tǒng)間的接口形式，遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷系統(tǒng)與車輛各系統(tǒng)間的通訊數(shù)據(jù)傳輸如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)原理圖

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝后的功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)采集車輛數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，可通過客戶端設(shè)備查看車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?？蛻舳税鄠€(gè)模塊和單元，包括用戶的注冊(cè)、登錄的認(rèn)證、車輛在線離線狀態(tài)的展示、車輛基本信息、車輛的位置、車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及車輛故障的查看和回放。

遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)支持不低于200個(gè)通信端口對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集查看， 且可根據(jù)客戶端不同使用人員設(shè)定車輛數(shù)據(jù)查看權(quán)限； 客戶端首頁可選擇監(jiān)控線路車輛， 且可顯示當(dāng)前線路的車輛位置， 每臺(tái)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)， 以及當(dāng)前線路車輛的運(yùn)行情況； 可在客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和查看車輛各系統(tǒng)的具體運(yùn)行情況。對(duì)車輛牽引系統(tǒng)、 制動(dòng)系統(tǒng)、 輔助系統(tǒng)、車門、空調(diào)等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，終端界面如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)界面示意圖

此外，可以針對(duì)故障進(jìn)行分級(jí)記錄，例如：可以分為一般、輕微、嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)故障發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行記錄，為事后的故障分析提供依據(jù)，根據(jù)故障單元能夠?qū)φw的車輛故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)車輛各個(gè)單元的狀態(tài)進(jìn)行整體評(píng)估。

3 結(jié)論

隨著城鐵車輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求的增加，遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷成為現(xiàn)有車輛對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的發(fā)展方向。CCQG型輕軌廠修車搭載的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理，同時(shí)具有一定前瞻性。車輛信息手機(jī)端推送軟件技術(shù)具有統(tǒng)一完整可擴(kuò)展的應(yīng)用構(gòu)架；具有較高可用性且系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間迅速，能夠提供較快的訪問速度，用戶操作便捷、系統(tǒng)維護(hù)方便，具有較高穩(wěn)定性和可靠性。此外，從應(yīng)用信息和數(shù)據(jù)多方面提供安全保障，采用安全可靠的系統(tǒng)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，在有效監(jiān)測(cè)車輛信息的同時(shí)確保信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>