LKJ设备运行监测管理系统移动APP的设计与应用

邓永祁，杨 将

（湖南中车时代通信信号有限公司, 长沙 410005）

LKJ设备运行监测管理（LMD）系统是电务安全监控技术体系的组成部分。按照“电务安全监控技术体系”的规划和基本要求，以及考虑到为其他专业领域提供信息管理支持，实现对机车运行车载设备的实时监测管理，为机车安全运行和风险防范提供保障。

在LMD系统的推广应用过程中，其生产作业和管理往往局限于铁路内网电脑。随着铁路信息化技术不断发展，铁路信息部门在铁路办公内网边际搭建铁路安全传输平台，实现了铁路内网与互联网的交互接口。在具备内外网数据安全交互的基础后，铁路电务系统对于LMD系统移动化应用的需求十分迫切。为进一步提高生产作业效率，探索移动化生产管理作业的经验，通过一系列技术革新，LMD系统移动APP应运而生。LMD系统移动APP通过铁路安全传输平台实现内外网安全数据交互，最终在移动APP上实现LMD系统功能，包括对LKJ设备质量的实时监测、运行状态监测、位置监测和数据换装。通过上述功能，对机车的行车安全、运行状态、设备质量和版本换装进行在线监测、实时报警和智能化故障诊断。

1 系统结构

LMD移动APP系统由移动APP应用、外网通信系统、版本服务器、安全传输平台、内网服务系统组成，整体框架如图1所示。LMD系统移动APP采用中国国家铁路集团有限公司面向新一代应用的铁路安全传输平台，由中国国家铁路集团有限公司颁发数字证书，各路局信息所管理配置，系统通过数字证书向传输平台进行认证，认证成功后才能与内网通信服务器进行通信。

图1 系统技术架构图Fig.1 System technical architecture diagram

LMD系统移动APP应用提供了两大主流系统（Android/IOS）的应用软件，集成了LMD系统的各项功能，安装于相关人员的移动设备，为管理作业人员实时掌握LKJ车载设备信息提供了便捷，实现了移动化管理作业。同时应用软件可安装于铁路电务系统的LKJ手持作业终端，通过手持终端和车载设备生产管理平台的结合应用，为作业者提供信息支撑。

外网通信系统主要承接移动APP的数据请求，并通过铁路安全传输平台认证，将申请发至内网服务系统，同时将内网通信系统返回的数据回送移动APP端。

内网服务系统接收外网通信系统的数据申请，收到申请后，通过查询或修改LMD系统的数据库，将相关数据返回至外网通信系统。

版本服务器负责APP软件的更新，当有新版本发布时，给用户提供APP新版本下载更新。

铁路安全传输平台主要负责内外网数据安全交互，由路局所属信息所负责管理和配置，利用中国国家铁路集团有限公司颁发的数字证书验证请求是否合法，确保数据交互安全。

2 系统功能实现与运用

LMD移动APP实现了LMD系统的查询功能，包括LKJ设备运行状态监测，LKJ设备质量监测，列车位置监测，LKJ数据换装监测。各类监测数据的实现原理与数据流向如图2所示。

2.1 运行监测

LKJ作业手持终端具备LMD系统的运行状态监测模块，可在移动端实时对LKJ系统设备工作状态和设备质量的在线实时监测，依据可设置参数的判断逻辑，判断设备异常情况，及时提供预警/报警信息。运行监测界面显示如图3所示。

图2 系统原理图Fig.2 System schematic

移动终端具体可以查询4类信息：

1) 运行设备状态信息：信号灯、实速、限速、距离、车次、司机、所属段、位置、里程、信号机、厂家、总重、计长、辆数、柴数、管压、缸压、轮径等信息；

2) 实时监测LKJ版本数据信息，包括：监控数据，监控程序，监控生成，屏幕数据，屏幕程序，地面处理板，通信板，扩展通信板；

3) LKJ设备灯显信息：电源板，数字量输入输出，数字量输入，扩展通信，模拟量输入输出，通信，地面信息处理板，监控主机板；

4) TSC设备信息：3G/4G模块，GPS模块，卫星数，以太网，CAN,WLAN模块，CPU温度，TSC设备ID，SIM卡号等信息。

图3 运行监测模块Fig.3 Operation monitoring module

2.2 设备质量监测

LMD系统的实时监测技术通过运行在TSC设备上的LKJ实时分析程序，接收LKJ设备的CAN数据，通过对接收到的CAN数据进行解析、储存、分析，得到LKJ及其相关设备的监测结果。然后将监测结果发送给TSC的通信程序，将结果发送至LMD地面服务器，将分析结果存入LMD的数据库，最终在移动APP上显示相关的报警信息。

LMD系统移动APP往往根据自身情况将上述报警项点设置分为三级，其中一级最为紧急，二级次之，三级报警较轻。报警类别及项点如表1所示。LMD系统移动APP会将每条报警信息详情、项点、时间、机车、所属单位进行展示，便于管理与作业者在移动端实时监测设备报警信息，一旦出现严重的设备故障或报警，还可以在移动端查询当前的LKJ文件记录，可以即时处置相关设备故障，保证设备稳定安全运行。设备监测界面显示如图4所示。

2.3 位置监测

LMD系统基于GPS/BD结合LKJ的列车定位技术实时追踪机车/动车组位置，实现机车/动车组运行过程实时精准定位，提供机车/动车组位置信息，为电务段车载设备管理、作业人员快速处置设备故障提供确定抢修地点等信息支持。利用LKJ位置数据+卫星定位相结合的定位技术，将经度、纬度构成的二维坐标系，简化为一维的线性坐标系。以信号机等关键地标为对象，构成线段。机车以这些关键地标为原点，根据距原点的距离，将机车定位在线路上。

LMD系统移动APP获取机车的定位数据后，通过在后台的计算将其转换为标准GPS坐标，并通过移动端的GIS技术将其显示在地图位置上，一旦作业人员需要寻找机车位置时，即可通过该功能迅速找到机车位置。位置监测界面显示如图5所示。

2.4 数据换装监测

数据换装是电务系统LKJ日常管理的核心业务，主要包括数据管理、换装作业和换装销号。LMD系统移动APP可获取换装计划和换装进程两部分数据，再结合TSC设备提供的实时版本信息，实现了换装作业全过程的监测。同时，系统通过实际的数据版本与下发的计划版本进行对比，对错换漏换的机车进行报警提示。换装监测主要应用于以下两个方面。

表1 报警类别与项点Tabi.1 Alarm types and item points

图4 设备监测模块Fig.4 Equipment monitoring module

图5 位置监测模块Fig.5 Position monitoring module

1）换装作业过程管控: 车载设备车间的换装管控人员在换装作业过程中只需要在移动端盯控，LMD系统根据重点车次和换装计划的设置进行数据换装监测，当作业人员未按换装计划进行换装作业时，系统后自动进行报警；报警信息会推送至移动APP，版本报警信息可提供信息支撑，辅助作业人员作业，对数据换装卡控具有较大作用。对于数据换装的管理者，在换装过程中可以通过LMD系统移动APP即时查询换装进度，把控换装过程。

重点车次与换装版本实时监测，对换装计划中的重点车次进行实时监测并实时报警提示；换装过程中，通过LMD系统移动APP查询当前换装进度，把控换装过程；换装完成后，通过LMD系统移动APP查询当前版本与计划版本是否一致，防止错换；换装完成后，通过LMD系统移动APP查询换装情况与统计信息，防止漏换。

2）异地换装与委托换装：当换装作业人员进行异地换装或委托换装的任务时，通过移动APP查询的机车位置信息，迅速在地图中定位机车，解决了以往寻找机车地点耗费大量时间的问题，提高异地换装与委托换装的效率，数据换装监测界面如图6所示。

图6 数据换装监测模块Fig.6 Data change monitoring module

3 信息安全机制

3.1 传输通道安全性

移动APP铁路内外网数据交互通道利用铁路安全传输平台，采用数字证书认证，保证请求的合法性。LMD系统移动APP到外网通信服务，外网通信服务器至内网服务全程使用https通信，使用SSL证书保证通信加密，用以保障在Internet上数据传输的安全，利用数据加密(Encryption)技术，可确保数据在网络上的传输过程中不会被截取及窃听。

3.2 数据完整性与保密性

数据传输全程采用密文传输，数据使用高级加密标准 (Advanced Encryption Standard，AES)的块加密(CBC)模式加密，即使在传输过程中被窃取，所被窃取的信息为密文信息，也无法获取传输的明文内容。

3.3 应用安全性

APP软件系统申请公安部认可的第三方进行安全检测，经过运行状态、权限提升、溢出测试、脚本木马、跨站脚本攻击、SQL注入攻击、页面隐藏字段、第三方软件配置错误、cookie利用等多项技术指标测试，评定APP未发现高危漏洞风险等级为优良。APP软件下载位于版本服务器，Android采用高强度密钥签名，IOS软件使用企业级证书发布，防止APP软件在外部应用商店流通。

3.4 安全审核机制

移动APP与LMD后台建立了一套安全审核机制,用户使用APP注册时会将用户手机号、手机的硬件信息（SIM卡号与手机IMEI）发送至后台注册，后台管理员通过对比内部数据信息来进行审核，审核通过后实现人机绑定，才允许登录。登录时，无论是用户名密码错误，还是用户更换了登录设备，都无法进行登录。这保证了，无论是用户泄露了用户名与密码，还是遗失了登录设备，都无法进行有效登录。同时APP软件根据设备系统，使用系统的指纹认证或人脸识别进行登录认证，从另一方面加强了安全性。

4 运用经验与体会

LMD系统移动APP已在多个铁路局应用，通过其实际运用经验，为LKJ设备移动化管理作业、数据换装卡控和途中故障等突发事件的移动化应急处置提供重要的手段，主要体会如下。

实时监测设备质量与运行状态，实现移动化管理作业： LMD系统移动APP已经成为各路局LKJ设备移动化生产作业的重要工具，通过新技术实现了内外网数据安全互通，使得生产作业不再局限于内网办公电脑，可在移动端实时监测设备质量、LKJ设备运行状态、列车位置状态与数据换装信息。而通过LKJ手持终端搭载LMD移动APP,与电务车载设备生产管理平台结合，实现信息流的高度共享，进而使任务流程一体化。例如，当LMD系统发出设备报警时，可实时推送至生产管理平台发起设备故障处理，手持终端接收任务并完成后，将信息反馈至LMD系统实现报警消除与任务闭环。LMD移动APP使得生产管理作业更加便捷，效率更加高效，为今后各系统移动化管理作业的革新积累相当的经验。

LKJ数据换装效率提升： 在以往的数据换装作业中，由于换装任务繁重，换装人员偶尔会发生错换与漏换的事件，给列车的安全运行造成了隐患。对于管理人员而言，只能在内网办公电脑中盯控换装进度。在LMD系统移动APP应用后，对于作业者而言，通过LMD系统移动APP的数据换装监测功能，可以在移动端实时查询机车的换装情况，有效避免错换漏换事件；对于管理者而言，可在移动端查询当前换装任务的换装进度，便于监测与管理。

应急处置变被动为主动：以前列车发生事故时，为了解LKJ等车载设备运行情况，往往找司机或机务部门了解现场情况，还需要派员前往事故地点进行数据转储，然后将文件带回车间进行分析，进一步得出分析结果，应急处置十分被动。而LMD系统移动APP可迅速定位机车位置，并在移动端查询LKJ运行文件信息，即时获取LKJ设备质量和状态信息，实现移动化的应急处置，应急处置变被动为主动。