基于移动数据传输技术的GYK远程传输系统

吴智昊

根据中国铁路总公司下发的相关管理文件要求，铁路局电务部门需按季度对轨道车上安装的轨道车运行控制设备 （GYK）进行巡检维护作业。由于工务、供电部门运用作业的需要，部分配属的轨道车、大型养路机械长期流动性停靠在铁路沿线偏僻站场。数据换装及转储的工作方式受到诸多制约，效率低下，且对设备运用和人员单位作业时间都造成了无谓的损耗。时常还由于调度计划的变更，导致维护人员无法按既定的时间计划开展工作。为此，利用现有的科技手段，对设备进行改进和技术升级，以解放部分生产力。本文重点分析了利用2G、3G、4G移动公网和GSM－R铁路专网数据传输技术，开发GYK远程传输系统方案的可行性。

1 GYK设备简述

GYK由主机 （含主控及记录模块、接口模块、语音记录模块、轨道电路信息读取器 （TCR）、电源模块）、人机界面单元 （DMI）、机车信号接收线圈、机车信号机、速度传感器和外部接口 （主机与压力传感器、电磁阀、熄火装置、轴温监测、列调电台的接口）等组成。GYK组成结构示意图如图1所示。

图1 GYK系统组成结构示意图

GYK设备根据轨道车运行和作业特点，具有5种监控模式：正常监控模式、调车模式、目视行车模式、区间作业模式和非正常行车模式。轨道车在区间正常运行时，采用速度分级控制；在区间作业和限速区段，采用速度连续控制。当轨道车速度达到控制模式曲线时，GYK对轨道车实施常用制动、熄火及紧急制动，防止轨道车 “两冒一超”。

2 GYK远程传输系统

GYK远程传输系统结合了IT、电子信息领域等先进技术，利用网络资源，建立了基于2G、3G、4G移动公网和GSM－R铁路专网的车载远程数据传输平台。利用这个数据传输平台，可以实现GYK设备与地面系统 （服务器）之间的无线数据信息交互功能。

GYK远程传输系统主要由车载和地面系统组成，如图2所示。车载系统包括车载终端，地面系统包括地面数据服务器和PC客户端。地面数据服务器实时分析，并保存远程终端传回的运行记录数据、设备质量数据等数据信息。

图2 GYK远程传输系统组成框图

2．1 地面数据服务器功能

GYK远程传输系统中，地面数据服务器将GYK基本数据、揭示数据等信息，通过网络发送给车载终端，车载终端实时查询、接收地面数据服务器信息并反馈接收结果；然后将接收到的数据信息通过RS－485总线传输给GYK设备；GYK设备用接收到的GYK基本数据、揭示数据，来更新GYK设备中的相应数据。地面数据服务器应具备以下功能。

1．用户登录安全管理功能。用户进入登录界面需要正确输入用户名和密码，方可进入正常的界面显示。

2．网络故障诊断显示功能。服务器设备实时监测2G、3G移动公网连接状态，网络发生故障或欠费时，通过网络状态栏显示网络故障状况。

3．车载终端设备管理功能。给车载终端设备分配固定IP地址和编号，保证每台车载终端设备都有惟一的IP地址和编号。

4．文件管理功能。在服务器的指定根目录下，自动给每台车载终端设备建立一个文件夹，将接收的数据文件放入指定文件夹中。

5．车载终端设备在线、离线状态实时显示功能。对在线车载终端设备和离线车载终端设备的状态，以不同的颜色进行区分。

6．数据接收和发送功能。服务器监测到网络上有数据时，会自动进行接收并保存；当服务器监测到发送区有数据时，自动将数据发送给当前在线的车载终端设备。

7．数据断点续传、续接功能。在数据传输或接收过程出现网络中断时，服务器会暂停数据传输或接收，等网络正常后继续传输或接收先前未传输或接收完的数据。

8．USB转储功能。用具有USB接口的专用转储设备，可以转储服务器上的数据信息。

2．2 PC客户端功能

PC客户端可供管理人员通过操作访问地面数据服务器，查看车载终端在线情况、数据接收情况及换装执行情况，查看设备质量数据，实现在线分析、GYK远程实时监测、发布基本数据等GYK数据、制定换装计划、GYK运行数据转储、运行揭示上传等功能。PC客户端应具备以下功能。

1．用户进入登录界面，正确输入账户和密码后，进入PC客户端界面。

2．实时信息查看功能。用户可实时查看轨道车编号、司机号、副司机号、车次、速度、管压、灯型、车站号、交路号等运行信息。

3．故障信息及版本信息查看功能。用户可实时查看轨道车故障信息及版本信息。

4．运行记录查看功能。用户可在线分析、下载地面数据服务器中的GYK运行记录数据。

5．公告发布功能。用户通过PC客户端上传公告信息 （包含揭示信息内容、GYK基本数据及控制程序版本信息）到地面数据服务器，地面数据服务器将公告信息发送到车载终端 ，以便司乘人员核对揭示数据内容及版本信息。

6．数据传输功能。用户可远程对GYK设备进行揭示数据、基本数据的升级，及GYK运行记录数据的回传。

7．位置定位功能。用户通过PC客户端数据地图，可实时查看轨道车的位置信息。

2．3 车载终端硬件组成

车载终端是GYK远程传输系统的核心组成部分，主要负责实时监测GYK记录数据、设备质量数据及其他状态信息并进行分类处理。车载终端通过CAN总线与GYK设备通信，将GYK设备产生的运行记录文件数据及GYK工况信息，通过移动公网和GSM－R铁路专网传输给地面数据服务器。

车载终端主要由以下几部分硬件组成：电源单元、传输模块单元、控制单元、存储单元。硬件组成框图如图3所示。

图3 车载终端设备硬件组成框图

1．电源单元采用性能可靠的开关电源模块，将DC 24V输入电压转换成系统所需要的各种电压。所有输出电压与输入电压隔离。

2．无线数据传输系统的所有数据通信业务基于移动公共网络或GSM－R铁路专网进行传输。传输模块单元通过数据网络，承载地面数据服务器和车载终端设备的通信，及数据信息交换的功能。

3．控制单元是车载终端设备的核心单元，主要负责实现数据的分组打包、分析处理、网络状态检测及数据断点续传、续接等功能，控制单元的核心处理器选用工业级的高性能CPU。

4．存储单元如车载终端设备的数据库，主要负责存储从服务器接收到的数据、将要发送给服务器设备的数据，以及保证车载终端设备正常启动和运行所需的操作系统和应用程序等数据。因此存储单元须具备存储容量大、掉电数据不丢失等特点。

2．4 车载终端功能

1．GYK设备软硬件版本及故障信息采集功能。

2．数据存储功能。对接收到的和将要发送的数据信息进行存储。

3．网络故障诊断指示功能。终端设备实时监测网络状态，网络发生故障 （如繁忙、无信息等）时，通过网络故障状态指示灯给予显示。

4．自动连接服务器功能。在网络正常情况下，终端设备以固定的时间间隔给服务器发送信息，保证终端设备和服务器始终处于正常连接状态。

5．对文件进行分组打包功能。对要发送的数据文件进行分组打包，进行打包后的数据传输，可保证数据传输效率和正确性。

6．数据分析处理功能。对接收的数据包信息进行判断分析处理 （校验），若数据包信息正确进行存储，否则删除并请求重发。

7．请求重发功能。接收到错误数据包或损坏的数据包时，会请求服务器重发此数据包。

8．数据断点续传续接功能。在数据传输或接收过程中出现网络中断时，车载终端设备会暂停数据传输或接收，等网络正常后继续传输或接收先前未传输或接收完的数据。

3 系统应用整合

GYK远程传输系统的推广应用，其核心在于保证建立稳定的车载－主机数据传输通道和安全数据传输的可靠机制。

3．1 车载终端配置

经大量现场试验得出的结论，车载终端需采用轨道车上24V稳定直流电源，确保终端稳定工作。车载终端主机设置专用的航空插座与GYK主机通过RS总线连接，做到专线传输数据，避免电磁干扰等外部因素。车载终端连接示意图如图4所示。

图4 车载终端连接示意图

3．2 数据传输可靠性和完整性的保证机制

通过无线网络传输大量的数据信息时，必然存在如何保证数据在传输过程中的可靠性和准确性问题，远程无线数据传输系统可以依靠以下几种机制来保证数据传输的可靠性和准确性。

1．数据分组打包、校验处理机制。服务器设备在发送数据之前，对数据进行分组并打包，对每一包数据进行CRC冗余校验。

2．数据断点续传、续接机制。由于服务器设备实时在线监测网络状态，当网络出现异常现象（如：信号非常弱已无法传输数据信息、网络中断、网络故障等）时，服务器设备会暂停数据发送，并对已发送成功的数据进行标记，等待网络恢复正常后继续发送未发送完的数据信息。

3．请求重发机制。车载终端设备接收到每包数据后，进行CRC冗余校验，如果CRC冗余校验成功，车载终端设备给服务器设备发送当前数据包接收成功信息；如果CRC冗余校验失败，车载终端设备一方面将当前数据包信息丢弃，另一方面给服务器发送请求重发命令，请求服务器设备重新发送当前数据包信息。

4．双网络数据对比、校验机制。从地面数据服务器下发的数据经由两路网络通道由车载终端接收后再传输到GYK设备，GYK设备接收完数据后将两路网络数据进行完整性校验和对比，如果两路网络接收到的数据校验正确而且完全相同，则认为数据完整可靠，从而可对GYK设备进行数据升级。否则不予升级。

5．地面数据服务器由于需24h不间断运行且涉及到车辆运行安全，应由专业可靠的数据服务团队提供维护和保障服务。采用专业级别的软硬件系统及系统防火墙，网络主干及重要软硬件须采用冗余设计，确保系统杜绝黑客、病毒的外来因素干扰数据运行安全。

3．3 系统硬件要求

根据现场试验反馈信息，为保证系统运行稳定，其中车载终端技术参数应满足以下要求：①DC 24V工作电源；②400MHz以上CPU；③数据传输理论峰值下行3．1Mb／s，上行1．8Mb／s；④USB接口速率120Mb／s；⑤发射功率不小于3W；⑥2GB数据存储容量。

地面系统应满足以下要求：①AC220V不间断工作电源；②双核2．3GHz以上CPU （服务器）；③USB接口速率120Mb／s；④1TB数据存储容量。

4 试验考核情况

广州铁路集团公司于2013年下半年起，组织管内电务、工务、供电段及设备生产厂家利用GYK远程传输系统，对GYK基本数据及DMI程序升级、揭示传输数据回传做了大量试验，在试验期间 （2013年9月10日－10月31日，2014年2月10日－3月28日），通过远程换装功能累计换装次数120次 （包括GYK基本数据换装45次、揭示数据更新30次、DMI程序升级20次），远程达示传输25条，运行记录回传30次，模拟故障信息回传15次。

经过长期的地面测试和上线试运行，项目已于2015年5月通过广铁 （集团）公司科技成果技术评审。该系统基本实现了GYK数据远程升级、GYK揭示命令上传、GYK运行文件回传以及远程故障智能分析等功能，大大地提升了远程换装的工作效率，并根据用户实际使用需求对系统功能进行了调整，经过不断的完善和改进，GYK远程传输系统各项功能日趋正常、数据传输稳定、车辆位置定位精确、设备质量可靠，能够有效解决GYK设备基本数据、揭示数据、程序无法及时更新，以及运行记录数据无法及时回传的问题，符合路局、电务处等各级管理部门和使用部门的实际使用需求。

总体来说，GYK远程传输系统在试验阶段运行情况良好：实现了电务、供电、工务等主管部门对GYK设备的实时监控、远程管理的预期目标。该系统的设计理念及应用，转变了过去由人工携带GYK数据到现场进行逐台升级的局面。管理人员可运用远程传输系统在客户端远程对GYK设备进行基本数据换装、DMI程序升级、GYK运行记录数据的转储操作，减少了GYK数据换装人员的工作量，保证了数据换装的准确性。因此，GYK远程传输系统能安全有效地实现GYK数据的远程传输、运行记录数据的回传分析，有效解决了长期困扰轨道车数据换装时效性及运行文件回传等难题，节省了大量的人力物力，提高了管理部门的工作效率。是一项具有重大经济效益和能为铁路运输提供安全保驾的实用性产品。

［1］ 刘青峰，郑明君，谢基龙，缪龙秀．无线数据传输技术在列车安全监控系统中的应用［J］．中国安全科学学报，2003（4）．

［2］ 中国铁路总公司．铁总运［2014］2号．轨道车运行控制设备暂行技术条件［S］．2014．

［3］ 中国铁路总公司．铁总运［2015］46号．轨道车运行控制设备运用维护管理办法［S］．2015．