基于无线通信的300T车载设备智能维护系统研究

齐 鹤

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概述

300T 列控车载设备是中国铁路通信信号集团有限公司列车自动防护系统，从2009 年至今，已装备了上千列高速动车组。

300T 列控车载设备自身存储空间有限，对运行数据的记录不够充分。同时，由于300T 列控车载设备采用分布式设计方案，多个单元通过总线进行连接和通信，造成Log 数据下载及分析过程也较为繁琐，需采用笔记本电脑+USB 转串口数据线的方式对柜内各单元逐一进行下载，再由相关工作人员针对每个数据文件进行人工分析和总结。导致现场工作人员劳动强度大，故障分析处理及维护工作效率较低。

随着国内高速铁路的大规模发展，装备300T 列控车载设备的高铁列车数量越来越多，用户对车载设备智能维护的需求也变得更加迫切。

2 数据类型

300T 列控车载设备需采集和存储的数据包括：

1) ATPCU、C2CU、SDP、TSG、STU-V、BTM 等单元的AE-LOG 数据，包含上述单元运行过程中的故障语句和代码，可用于初步分析判断故障原因。存储于各个单元的非易失性存储器中，需通过专用的下载指令从各个单元的串口进行下载；

2) 速度信息，包括雷达RS-485 报文和脉冲数据，以及速度传感器的脉冲数据。其中雷达RS-485报文数据包含瞬时速度、走行距离以及雷达运行状态等信息，脉冲数据为雷达或速度传感器输出至车载设备的原始信息，车载设备根据脉冲频率计算实时速度；

3) 供电电压，供电电源引入的干扰会对整个车载设备的运行造成一定影响，因此记录电源电压会对车载设备的故障诊断起到一定的辅助作用；

4) 非接触式I/O 采集，通过电流感应的方式监测紧急制动等关键信号，不会对系统运行造成任何影响；

5) JRU 数据，司法记录单元（JRU）通过车载设备的Profibus 总线、MVB 总线以及数字量接口，记录车载设备的运行数据，可与AE-LOG 结合分析故障；

6) TCR 数据，记录了轨道电路读取器（TCR）的运行和故障信息，可用于分析TCR 故障；

7) 电台空口数据，可用于分析铁路移动通信系统（GSM-R）通信问题；

8) 应答器报文读取和分析（BTRA）数据，记录应答器的原始报文等信息，可用于报文接收及干扰相关的问题分析。

3 数据采集及传输方案

3.1 系统构成

300T 智能维护系统主要包含数据采集及传输单元、用户及管理员终端、300T 数据服务器等。

数据采集传输单元安装于机柜内部，用于采集300T 车载设备运行数据，并将数据传输至300T 数据服务器。服务器内安装数据库管理软件、分析软件及故障特征库，用户通过客户端软件查看故障数据及处理建议。

当前Wi-Fi 及4G 无线通信技术均已广泛应用于各个领域， 300T 智能维护系统将Wi-Fi 及4G 无线通信技术结合，用于实现车载数据的无线传输。

数据采集传输单元的传输通道包括以下3 种。

1）通过4G 无线网络接入公网，将数据传输至300T 数据服务器。

2）通过工区Wi-Fi 接入公网，将数据传输至300T 数据服务器。

3）通过列控设备动态监控系统（DMS）传输，由DMS 数据服务器转发数据给300T 数据服务器。

系统构成如图1 所示，其中DMS 及DMS 数据服务器为第三方设备。

图1 300T智能维护系统构成Fig.1 Composition of 300T intelligent maintenance system

3.2 电路安全防护设计

分别采用光电隔离或非接触式的采集方式对车载设备的各类型数据进行采集，并为供电和采集电路配备保险丝，对各采集电路的输入阻抗进行限制，避免电路故障对车载设备的运行造成影响。

对数据采集传输单元进行电磁兼容检测，确保不会因电磁干扰问题影响车载设备正常运行。

3.3 数据通信安全设计

CTCS3-300T 列控车载设备对高速动车组运行安全起着至关重要的作用，数据采集传输单元联网后所引入的网络安全问题不容忽视。

为了保障网络和数据不受来自外部和内部用户的入侵和破坏，智能维护系统运用堡垒机，切断终端计算机对网络和服务器资源的直接访问，采用协议代理的方式，接管终端计算机对网络和服务器的访问。能够拦截非法访问，和恶意攻击，对不合法命令进行命令阻断，过滤掉所有对目标设备的非法访问行为，并对内部人员误操作和非法操作进行审计监控，以便事后责任追踪。

3.4 下载时机

雷达RS-485 报文及脉冲数据、速传脉冲数据、供电电压值、非接触式I/O 采集等数据均可实时采集记录。

AE-LOG 数据为触发式采集，采集单元通过串口向VCU 或BTM 单元每发送一次下载指令，VCU 或BTM 单元才会向采集单元输出一定长度的AE-LOG 记录。为避免频繁下载占用过多资源，对设备正常运行造成影响，需对AE-LOG 数据下载逻辑进行合理规划。采集单元向VCU 或BTM 单元发送下载指令的频率设定为5 s 一次，下载时机如下。

定时下载：设定周期性下载，如每日回库的检修时间范围内自动下载。

自动重启（故障）后下载：速度为0 的状态下，串口检测到ATPCU、C2CU、SDP 或TSG 的启机信息后，开启自动下载。

用户远程触发下载：数据下载完成或检测到再次重启（下载未完成）时，将已下载的数据自动传输至300T 数据服务器。

U 盘下载：在列车静止的条件下，可通过采集单元USB 接口下载AE-LOG 或其他数据至U 盘。

4 分析诊断方案

智能维护系统采用客户端/服务器结构，客户端发起访问并接收分析结果或由服务器主动推送故障信息到客户端，具体的分析诊断工作由服务器完成，如图2 所示。

300T 数据服务器的功能包括：

1) 对故障特征库及接收到的数据进行存储和管理；

2) 实时分析预警，并主动将预警信息推送至用户终端，提示用户进行预防性维护；

3) 接收用户及管理员终端的分析、查询指令，对指定数据进行自动分析，并将分析结果发送给用户终端进行显示；

4) 支持用户通过终端导入数据，进行自动分析，并将分析结果发送给用户终端进行显示；

5) 权限管理：管理员可以查看全路所有列车数据，并为普通用户建立账户、分配访问权限。普通用户仅支持查看指定列车的数据及分析结果，具体范围可根据动车组配属表进行配置。

用户及管理员终端为预装客户端软件的计算机，终端软件包括如下的功能。

1) 全局视图：显示指定时间范围内发生过故障的全部列车号，支持点击跳转至该车详细信息页面，同时应支持通过手动输入列车号进行跳转。

2) 单车视图：按照时间系实时显示指定列车的运行数据，并对故障点进行特殊标记，以便于查看故障信息。

3) 实时预警：实时接收服务器推送的预警信息，并以适当的方式进行显示，点击跳转至该车详细信息页面。

4) 数据下载：支持按照指定时间及数据类型下载数据。

5) 数据导入分析：支持手动导入数据进行自动分析。

6) 分析报告：根据故障数据给出分析及处理建议，一键生成故障分析报告。

7) 处理结果反馈：故障处理完成后，应支持并鼓励用户将某个故障一次或多次的处理措施进行反馈，以便维护故障特征库。

8) 故障履历：支持查询车载设备以往的故障数据、分析报告、处理措施，以及故障件、替换件的编号。应支持按照车号及端系，和故障件编号两种方式进行查询。

9) 编辑故障特征库：管理员可手动编辑特征库，包括新增、修改和删除故障特征。故障特征应包含故障语句和其指向的故障原因（含处理措施），其中故障语句可设置各单元的相关语句及语句间的逻辑关系。

5 测试验证

将车载设备数据采集传输单元安装在300T 机柜左侧的导轨上，并按照配线图将专用电缆连接到各单元指定接口或端子处。

车载设备数据采集传输单元上电后，对其进行初始化设置，设置车型、车号、车端及TSG 单/双套等信息。

车载设备运行数据，包括供电电压、速度脉冲、雷达报文等均能够正常显示，通过测量或与JRU 数据进行对比，可以确认电压及脉冲数据的准确性。

采用断开部分单元供电开关、修改继电器配线或雷达速传配线等方式模拟现场故障，并通过分析软件客户端进行分析，能够准确定位故障原因，给出处理建议。

6 总结

本文研究的300T 车载设备智能维护系统，解决了当前CTCS3-300T 列控车载设备数据记录不充分的问题，并将分析诊断过程智能化、便捷化，免去了现场下载数据以及人工分析的繁琐操作。能够有效降低现场人员的劳动强度，提高设备维护工作的效率和故障处理的准确率。

该系统对现场数据的分析诊断基于故障特征库，故障特征库由管理员根据现场处理的反馈进行维护和更新。随着现场应用范围的扩大，该系统的故障特征库将不断得到补充和完善，分析诊断的准确率也必将得到进一步的提高。