基于GPRS通信技术的机车运行实时监测系统

于建顺 洛琳 余丹 华东交通大学电气与电子工程 330013

基于GPRS通信技术的机车运行实时监测系统

于建顺 洛琳 余丹 华东交通大学电气与电子工程 330013

列车在途中运行，随时都有可能遇到各种突发原因导致中途停车或其它意外事故，本文针对目前列车运行状态监测实时性差的缺点，为确保列车平稳、高速、安全运行，提高铁路机务部门对在途机车的运行监管能力，设计了一种基于GPRS通信技术的机车运行实时监测系统，制定了机车运行状态监测系统的整体设计方案，并阐述了GPRS无线通信技术在机车检测系统中的优点。结果表明GPRS无线通信技术应用到列车运行检测系统中具有较高的可靠性、实用性和经济性。

GPRS；数据传输；机车运行状态监测

引言

随着我国列车速度的不断提高，铁道部对列车运行的安全提出了更高的要求。因此，各种为机车运行安全服务的监测系统和监控系统得到广泛应用。同时也产生了新的问题，大量的监测和监控数据必须人工采集、传送到地面相关部门进行处理，处理完的数据有一些还要以报表的形式传送到管理部门保存。现有的人工方式存在数据的安全性和可靠性差、缺乏对操作员的管理、工作效率低、通用性和数据时效性差等。所以，如何将列车运行过程中的速度、位置和线路参数信息等通过GPRS无线通信方式传递到地面子系统（行车指挥中心），为运输组织和机车管理提供及时、可靠的指挥依据，同时各级调度所和机车管理部门也可以通过网络向司机直接下达调度指令，指挥司机正确操纵列车运行，为铁路运输提供安全、高效、可靠的保障，成为目前研究重点。

GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它突破了GSM网络只能提供电路交换的思维定式，在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络，充分利用了现有的移动通信网络设备。GPRS永远在线、按流量计费、快速登录、高速传输等优点。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。又由于中国移动GPRS覆盖范围广的特点，使得它特别适合远程监测等行业的通信要求。本系统中主要利用了GPRS数据传输业务来实现车载设备和地面子系统之间的远程无线通信。

1.系统的基本组成

图1 系统组成框图

图2 车载设备系统构成图

系统组成框图如图1所示，GPRS无线通信技术的机车运行状态监测系统主要包括三个部分:车载子系统、地面子系统和通信网络。车载子系统，即查报装置，其核心是一个ARM微处理器，实现对GPRS模块的控制和其它程序控制，另外还有一些外部接口，实现与机车设备的通信和以备扩展使用。整个车载设备主要负责实现机车相关信息的收集、存储和发送。地面子系统以数据中心计算机为核心，配合地面设备的使用，可实现与车载设备之间的短消息、电话和GPRS数据传输三种通信。数据中心计算机根据来自外部输入的信息和来自车载设备回传的信息，进行数据的综合分析和处理，将机车运行状态呈现于监测界面上，并且通过三种通信手段的灵活运用，能够实现对车载设备的远程通信配置和数据查询。车载子系统和地面子系统之间的通信链路建立在GPRS网络和INTERNET互联网的平台基础之上，结合网络通信应用程序的开发，最终使得数据在网络中安全、可靠、及时地传输。

2.车载子系统

车载设备包括主机（车载安全计算机、轨道信息接收模块、应答器信息接收模块、列车接口单元运行记录单元等）、人机界面、速度传感器、应答器信息接收天线、轨道电路信接收天线等。车载设备系统构成图(以CRH2型动车组为例)如图2所示。

车载安全计算机采用高可靠的安全计算机平台，根据地面连续式和点式设备传输的空车信息、线路数据以及列车参数，生成连续式速度监控曲线，监控列车安全运行。轨道电路信息接收模块用于接收ZPW-2000系列轨道电路低频信息，并将信息同时供给车载安全计算机和列车运行监控装置（LKJ）。应答器信息接收模块用于接收处理应答器信息，并将解码得到的应答器报文提供给车载安全计算机。人机界面（DMI）显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离，并可接收司机输入。

3.地面子系统

地而监控子系统的核心是故障诊断专家系统，其次还包括机车状态实时显示系统和机车部件病历管理系统。

故障诊断专家系统仿真机务技术人员判断故障的过程，对机车进行故障诊断与定位。它主要由知识库、推理执行机构、知识获取机构等构成。其中知识库的形成及其知识的数量和质量是衡量专家系统好坏的重要因素。推理执行机构是专家系统的另外一个重要组成部分，它根据规则库中的规则以及实时数据库中的信息，确定故障及发生的原因，如果规则库中没有该规则，则调用知识获取机构，在规则库中产生新的规则。

所以地面子系统在数据积累方面是非常必要的。经过一定时间的数据累计，系统还可以生成机车优化操作曲线，给司机优化驾驶提供指导。

4.系统通信方案设计

根据系统需求分析，本课题设计了如图3所示的数据传输回路，它实际上提供了两个独立的数据传输回路。一是通过GPRS网络和INTERNET网络构成的数据通信回路，二是通过GSM网络构成的短消息通信回路。其中G P R S网络和INTERNET网络构成的数据通信回路是主要回路，负责列车运行数据实时传输；GSM网络构成的短消息通信回路作为备用回路，当GPRS回路故障时，为保证车地实时传输数据而设计的备用回路。针对图3所示的GPRS数据传输回路有几个地方值得注意：

1）、车连地。在现有的网络环境条件下，车载终端必须主动连接地面数据中心，否则数据中心无法通过网络找到终端设备。

2）、车载GPRS模块获得的端口是有时效的。

图3 数据传输回路框图

3）、在进行GPRS上网操作之前，首先对GPRS模块进行一定的设置。

4）、TCP连接方式。本文选择的GPRS模块内置了TCP/IP协议，为用户提供TCP和UDP两种连接方式的选择，虽然UDP比TCP的传输效率高，但考虑本系统传输数据量大且要求可靠性高等其它因素，本系统采用了TCP连接方式。

综上所述，机车运行状态监测系统充分利用中国移动公网资源，建立了基于GPRS无线网络的远程数据传输平台，从而实现了车地之间的双向通信。

4.结束语

经过一系列的调试和实际使用，充分验证了系统设计的正确性和合理性。利用GPRS数据通信的方式进行列车监控数据无线传输系统的构建将更有利于系统的稳定，也更能保证系统的实时性，具有良好的应用前景。在铁路沿线均铺设GPRS移动通信网络的前提下，可以预期，随着GPRS网络的不断完善和市场需求的不断扩大，GPRS车载系统将会有更广阔的应用前景。

[1] 张青苗，汪 斌, 无线传输技术在行车安全监控系统中的应用[J]. 南昌: 华东交通大学学报.2008, 25(5): 46-50.

[2] 延翠. 基于GPRS无线通信技术的机车运行状态监测系统研究[D]. 湖南: 中南大学.2008, 5.

[3] 金 元. 基于GPRS无线网络的电力机车状态实时监测[J]. 成都:总线与网络. 2008

[4] 徐啸名.裂空车载设备（CTCS2-200H型）[M].北京：中国铁道出版社.2008.

[5] 潘田，郭世明.基于GPRs的机车实时监测系统[J]. 国外电子测量技术.2006,25(5):46-49.

于建顺 性别：男 籍贯：江西，出生年月：1984年1月 就读学校：华东交通大学硕士研究生，研究方向：高速列车的运行建模。