基于G网模式的应答器报文读取数据传输系统研究

孟静涛 上海铁路局杭州合肥电务段

动车组应答器是在200 km/h以上线路使用的重要行车设备，应答器报文数据内容直接关系着动车组列车的运行安全，特别是高速运行的动车组列车，对应答器报文检测结果分析的及时性提出了更高的要求。另由于应答器设备之间存在关联性，其安装调试过程比较困难，安装位置的准确性又直接影响到应答器信息的正确性，所以采用一定科学严谨的检测手段对应答器位置、报文内容进行检测是非常必要的。目前，在现场使用的应答器报文测试工具仅能在现场测试使用，不能远程传输同步查看，这在应答器报文施工更换数据时会造成相当大的复核工作量，仅去年9至12月份，我段管内合宁合武线C0恢复C2模式时，夜间施工更换应答器报文的数据达几百次，现场测试复核人员的任务量相当大，现场作业安全卡控的难度也很大。

针对应答器报文读取和远程传输开展研究的便携式应答器报文读取数据传输系统，是通过GPRS网络实现对现场应答器及LEU状态的分析、判断、处理，是铁路电务维护人员检测应答器、LEU报文和确认其运用状态的一种有效专用工具，对保障铁路运输安全起到重要作用。

1 系统架构及技术原理

系统主要由报文智能分析仪、数据中心和电务段分析终端三部分系统架构（见图1）组成。报文智能分析仪主要由CBRT（便携式报文读取工具）、主控、GPS模块和GPRS模块组成，主控根据用户操作通过CBRT读取应答器报文（或LEU报文），通过GPS模块读取当前应答器定位信息，并将报文数据和定位信息存储到报文智能分析仪内用于后期查询分析，同时通过GPRS网络传输到系统数据中心。数据中心由数据应用服务器、数据库服务器等主要设备组成，负责接收报文智能分析仪通过GPRS无线网络传输的应答器报文和定位信息，结合基础数据分析后通过互联网（或局域网）传输给各电务段指挥终端，同时记录与报文智能分析仪和电务段分析终端之间的所有交互信息，并负责各电务段调度应急指挥中心终端的数据权限管理工作。电务段分析终端由PC机和分析软件组成，通过互联网（或局域网）实时查询不同应答器的报文和定位信息，通过对数据的分析对比，查看应答器的工作状况。

图1 系统架构图

2 系统的主要功能和技术指标

2.1 主要功能

应答器报文读取数据传输系统能准确测试应答器和LEU报文内容信息、精确定位应答器和LEU所在位置、利用无线方式传输报文数据和定位信息、可通过现场和管理终端两种方式查看分析报文，同步掌握报文信息，具有存储、查询、删除、打印和系统升级、扩展等功能。其中，现场报文测试分析通过模拟机车无线感应方式读取应答器（有源或无源）数据，结果存入数据库，以图形化方式显示测试信息，系统设GPS定位模块，通过GPRS网络将报文数据和定位信息传输到数据中心服务器进行中转，并接收传输反馈信息；分析终端软件根据设置的用户权限通过数据中心接收现场传来的报文数据，具有图形显示、查询、删除、打印等具体功能。

2.2 主要技术指标

（1）读取应答器或LEU报文时间：≤5 s；

（2）GPS定位精度：＜5 m；

（3）GPRS传输延时：＜1 s；

（4）报文存储容量：10000条；

（5）充电电源：AC 220 V±10%，50 Hz±20%；工作电压：DC 12 V；

（6）耗流：＜500 mA；

（7）工作温度：-20℃～+60℃；

（8）连续工作时间：不低于12 h。

3 系统的关键技术

3.1 断点续传技术

在GPRS信号质量不高的区段，存在数据包发送失败需重新发送的现象。报文智能分析仪利用无线数传通信管理软件的断点续传技术，将需要发送的数据包划分为几个部分，若碰到网络故障或信号不好导致数据传输中断，仍可以实现从已经传输成功的部分开始继续发送未发送成功的部分，既节省网络传输时间，又可提高通信效率。

3.2 BZ2数据压缩技术

报文智能分析仪需要向地面数据中心传输的数据量较大，但GPRS无线通信的流量有限，为了满足数据的实时传输，报文智能分析仪利用无线数传通信管理模块，在数据发送前先采用BZ2数据压缩技术，能够把文件压缩到10%至15%，再将数据包进行压缩后再进行发送。地面数据中心接收到数据后同样先进行解压缩，然后进行数据分析和存储，可有效提高数据传输效率，保证数据传输的实时性。

3.3 传输控制算法

由于报文智能分析仪到数据中心采用无线通讯模式，传输速率低，安全性差，因此，高效稳定的传输控制算法在整个传输环节中至关重要。通过采用业界公认的传输效率最高最稳定的传输控制算法：滑动窗口传输控制协议，有效保证了报文数据传输的可靠性和安全性。

4 系统技术特点

（1）实现无线数据传输、数据服务器、智能化管理三合一的功能。

（2）系统提出并实现针对GPRS、EDGE、CDMA和3G等无线信道的动态自适应传输算法和保证可靠传输的纠错技术，提高无线数据服务器的传输效果。

（3）自主研究对应答器/LEU报文、MD4码、特征码的解析及图形化显示。

（4）自主开发远程控制、远程程序升级功能，优化资源利用，节省现场工作时间。

（5）用户终端采用图形化界面，操作方便，数据显示直观易于分析。

5 系统的现场应用效果

系统针对现场应答器报文换装工作的实际情况开展研究，通过采用有效技术手段，实现对现场应答器/LEU报文、MD4码、特征码的无线数据远程传输，经解析以及图形化显示，电务段调度应急指挥中心可远端实时查看线路上应答器和LEU的数据信息（见图2）。

本系统于2012年6月在合宁客专以及合肥站、三十里铺站试运行。实际运行情况表明，该系统无线传输数据质量高，运行稳定，信息传送及时准确，电务段调度可较为及时地接收远程应答器报文信息进行读取查看，不仅有效减少数据换装错误，而且能及时掌握现场大面积施工应答器数据更换情况，应答器数据换装速度、换装数据准确率以及对故障判断的速度和准确度均大幅提升，很好地满足了现场施工使用的需求。

图2 段调度指挥中心分析终端同步显示的远程测试结果

6 结束语

合宁客专自2008年开通运营以来，虽已有5年多时间，但是部分设备（应答器）的维护管理仍在探索摸索阶段，特别是涉及时速200 km以上动车组安全运行的应答器设备，需要不断地探索，完善维护管理，以保证铁路运输安全。便携式应答器报文读取数据传输系统采用断点续传、加密校验等技术，一方面有效提高数据传输效率和安全性，另一方面可实现远程同步查看线路应答器和LEU数据信息，实现电务段调度应急指挥中心远程指挥处置，有效提高异地应答器换装作业质量，有利于加强对大面积应答器施工数据更换、应急故障处理的现场卡控，减少施工及故障延时，实现设备的快速恢复，为保障高铁安全提供有效技术手段。