基于TRDP实时以太网在高速列车火灾自动报警系统中的应用

冯锁磊

摘 要：高速列车的发展与网络的发展都是民生项目，与人们的日常生活和日常学习都息息相关。我国这两项技术的发展与应用处于世界先列地位，并且与邻国之间展开了战略合作，这为我国高速列车与网络的发展应用提供了支持。文章以基于TRDP实时协议以太网火灾自动报警系统的应用为主要论点展开研究，以期能够为我国的轨道交通行业中火灾自动报警系统的应用研究作出一定贡献。

关键词：TRDP实时以太网;火灾自动报警系统;高速列车

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0039-02

0 引言

随着我国经济水平的提升、科学技术的发展，高速列车已经为我国人民的生活带来了很大的便利，人们利用高速列车改善了自身的生活形式，而且我国高速列车技术的研发运营水平处于世界领先地位。但我国的高速列车在运行过程中也还有很多矛盾需要调和，例如火灾自动报警系统。本篇文章利用基于TRDP协议实时以太网的功能来对高速列车上的火灾自动报警系统设计进行有效研究，希望能够为轨道交通中火灾自动报警系统的发展提供支持。

1 高速列车火灾的主要特点

如何更高效地进行高速列车火灾自动报警系统的研究，就必须明确高速列车火灾的特点，才能够根据高速列车上火灾的特点作出反应，研究出适应高速列车防火的火灾自动报警系统。

第一，高速列车的行驶速度快。一旦列车上发生火灾，在风的作用影响下火势就会迅速蔓延，对乘客和车辆的安全造成严重影响。

第二，高速列车的火灾控制难度大。主要因为两点原因，一是高速列车上人员比较密集，发生火灾时乘客在慌张的情况下难以有正确的心理状态来逃离火灾，这是造成高速列车一旦发生火灾难以逃生的主要原因;二是外界救助比较困难，高速列车是在轨道上运行，大部分运行区间都是远离城市，如果高速列车在运行途中发生火灾，申请外界救助的难度比较大。

基于以上两种原因，高速列车发生火灾造成的后果比普通火灾造成的后果要严重很多，而且救助很困难，所以我们就必须大力开展高速列车中火灾自动报警系统的研究，学会防患于未然，才能真正防止火灾对乘客们造成伤害，才能将高速列车的安全指数提升到最高。

2 基于TRDP协议的实时以太网技术的研究

TRDP（Train Real-time Data Protocol）协议，适用于列车通信网络TCN中的以太网通信网络架构ECN，由IEC61375-2-3规定其标准。法国阿尔斯通、德国西门子、日本三菱等国外铁路设备企业，已对标准大力推广。此标准制定的主要原因是目前列车通讯的数据量剧增，而传统列车总线MVB越来越无法满足大数据量传输，所以采用以太网通讯，可以满足数据的传输要求。由于其在价格相对MVB通讯网卡，较低廉，速度快，数据量大等优点，使之成为未来TCMS网络发展的一个重要方向。

TRDP协议位于TCP/UDP传输层之上。TRDP主要用于过程数据（Process Data）和消息数据（MessageData）的传输。过程数据主要用于列車控制，传递命令和状态消息，数据量大，要求高可靠性、实时性和确定性，一般周期性传送。消息数据主要用于故障和诊断信息，数据量长短不一，一般按需传送，需要一定的实时性。基于TRDP的应用无论在终端设备、编组或者列车内部或者外部，都可以彼此之间以透明的方式通信。

PD和MD通信基于生产者/消费者模型，包含push和pull操作。PD消息一般由发布者（publisher）发布PD消息，订阅用户（subscriber）接收此PD消息。MD消息通常由请求者（caller）发出请求，已监听的应答者（replier）作出回复，请求者再确认收到应答。

随着科学技术的发展，列车上的很多管理工作都必须利用数据传输工作来完成，所以实时以太网便可以运用于这一系列的数据传输工作。目前，我国对列车的数据传输工作的要求已经越来越高，在这种高要求、高标准之下，基于TRDP协议的实时以太网技术的研究也越来越透彻。

3 TRDP协议的实时以太网在高速列车火灾自动报警系统中的应用

3.1 国内高速列车火灾自动报警系统与车辆网络的主要通讯方式

中国高速列车火灾自动报警系统与车辆网络之间的信息交互方式主要有以下几种方式：以中车长客股份生产的CRH5型动车组为代表的I/O触点式火灾自动报警系统;以中车四方股份生产的CRH2型动车组为代表的电流环串行总线接口火灾自动报警系统;以350公里中国标准化动车组为代表的基于列车总线MVB通讯接口的火灾自动报警系统。

3.2 实时以太网在高速列车火灾自动报警系统中的应用

由于列车上需要传输的数据量越来越大，实时性要求越来越高，以往通讯方式的弊端日趋显现。火灾自动报警系统设计开发人员对系统的整体性能提升，并且将以太网运用到了新研制高速列车火灾自动报警系统中去。在250公里中国标准化动车组中的火灾自动报警系统已配备了TRDP实时以太网卡，现阶段也实现了消息数据的上传但还未进行用于列车控制的过程数据传递。

列车实时以太网按使用功能划分为：控制功能和维护功能，控制数据的传输可靠性通过设置网络优先级来保证。列车实时以太网按使用范围分为两级：车辆级和列车级。车辆级火灾自动报警系统由一台火灾报警控制器和若干只火灾探测器组成，安装在火灾报警控制器内部的以太网卡有固定分配的IP地址，并分配有全球唯一的MAC地址。车辆级火灾自动报警系统通过ECN交换机与列车级网络承载设备ETBN路由器组成列车级火灾自动报警系统。列车级火灾自动报警系统由8台或16台车辆级火灾自动报警系统组成。

实时以太网卡对外接口使用双网口时：火灾自动报警系统维护使用和控制使用可分别使用不同的IP地址，维护功能可登录ETBN对系统进行数据下载、软件升级、数据查询等功能操作。实时以太网卡对外接口使用单网口时：系统控制功能使用TRDP协议的PD模式的过程数据，系统维护功能使用TRDP协议的MD模式的消息数据。TRDP协议见表1。

基于TRDP协议的实时以太网技术在高速列车报警系统中的应用具体流程如下：

首先，启动列车之后，火灾自动报警系统和其它各个车载子系统完成初始化后，基于TRDP协议的ComID便可以进行数据传输工作。

其次，安装在列车客车室内各个部位的火灾探测器探测到火情的发生，便会通过火灾报警控制器内的实时以太网进行灾情信息的传输。车载无线传输设备将信息传送至地面数据接收系统。

最后，數据处理中心便会对这组数据进行有效分析，得到分析结果之后，便会将相关的信息传输给车厢管理人员以及消防部门与医院，再由具体的情况进行相关事务的处理。

使用实时以太网实现的列车实时数据的传输有传输速度快、容量大、兼容性好等特性，使用列车实时通信协议TRDP保证网络通信的完整与实时性，包括存储、发送/接收、可选择的排序、通信量的形成。适用于在ETBN上的TCN过程数据或者消息数据的交换，TRDP的执行是在TRDP底层，TCP/UDP的上层。在总线上的所有TRDP数据作为大开端和字节队端被定义。在命令TRDP服务原语发送数据之前，应用层将会让明确的服务原语安排用户数据的排序。

3.3 高速列车中火灾自动报警系统与实时以太网结合发展的方向

建立车载预测及健康管理平台PHM。通过火灾报警控制器内部件级以太网PHM模块实时的将安装在车辆各部位的火灾探测器实时监测到的烟雾值、温度值等数据通过列车级PHM进行信息传输，地面大数据综合PHM系统能够对高速列车上火灾自动报警系统的实时状态信息进行监测、故障分析与预测、健康评估，可提高列车运行安全性、系统可靠性、应急联动实时性。

4 结语

我国的高速列车在世界上安全系数排名位居世界前列，但列车产生火灾的情况也时有发生。目前，将互联网技术与高速列车的火灾自动报警系统的设计作了一定的嫁接，将互联网技术运用到了高速列车的火灾自动报警系统的研究中去，最大限度的降低火灾对行车安全和人生安全造成的影响。文章以基于TRDP协议的实时以太网技术在高速列车火灾自动报警系统中的运用作为研究对象，以期通过TRDP协议的实时以太网技术的运用来不断更新互联网技术在高速列车火车报警系统里的应用，从而取得较大的科学进步。希望本人的研究只是抛砖引玉，能够带动在研究界的泰斗积极发表自己的意见，来促进学科的发展，推动科学技术的进步。

参考文献

[1] 程艳丽，尤新，乔长亮.TRDP协议在列车控制管理系统中的应用[J].通讯世界，2017（23）：338-339.

[2] 张家良.基于T-MPLS的分组传送网中以太网业务接入的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2010.

[3] 翟雅萌，李超，田丽.基于列车实时以太网过程数据通信研究的设计[J].工业控制计算机，2017，30（02）：8-9+13.

[4] 符伟杰，刘志刚，吴娟，等.基于工业以太网的高速列车通信网络仿真研究分析[J].城市轨道交通研究，2012，15（12）：69-73.

[5] 李涛.CTCS-3级列控系统仿真测试平台，CTCS-3级列控系统仿真测试平台[D].北京：北京交通大学，2009.