铁路轨道车运行控制设备远程维护监测系统设计

何 宏

（中国铁路兰州局集团有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

轨道车运行控制设备（GYK）是列车运行控制系统的组成部分，是防止轨道车冒进信号、运行超速并辅助司机提高操纵能力的重要设备。随着铁路现代化发展及维修体制改革的不断推进，传统的维修管理模式已不适应现代企业的发展，为提高维护工作效率，确保设备安全运用，须充分利用现代化检测、监测手段和大数据分析功能，高效率开展设备维护管理工作。

1 GYK 设备维护现状

GYK设备日常维护工作由于受轨道车作业时间长、作业地点不固定、作业方式分散、运行交路环境复杂等多种因素的制约，存在基础数据换装难度大、运行数据回传不及时、分析滞后、设备故障不能及时处置、数据版本管理不便捷和无法实时获取轨道车位置信息等问题，造成GYK设备维护效率低，也给行车安全带来隐患。文章通过设计轨道车运行控制设备远程维护监测系统（GMS），以解决GYK设备运用维护管理中存在的诸多问题。

2 系统设计

2.1 系统结构

GMS系统由车载设备、地面服务器和用户终端3 部分组成，采用铁路专用通信网（GSM-R）和公共移动通信网作为业务数据传输通道，通过铁路既有接口服务器（M-GRIS）平台、移动数据传输平台（MTUP）及网络安全设备实现数据车地传输，GMS系统结构如图1所示。

图1 GMS系统结构图

（1）车载设备。车载设备包括GMS车载主机、组合天线、铁路专用通信多频段天线和连接电缆等，可实现GYK设备相关信息采集、文件上传、数据存储和实时传输。

（2）地面服务器。地面服务器即地面维护监测平台，建设在铁路综合信息网中，主要包括数据服务器、通信服务器、交换机和存储设备等，可实现GMS相关业务数据的通信、数据处理分析和备份。

（3）用户终端。用户终端实现站段GMS相关业务数据的查看、分析与传输。

2.2 网络连接

GMS网络系统包括铁路GSM-R及公共移动通信网，网络连接架构主要包括数据传输、数据安全和系统安全。

（1）数据传输。GMS数据通过M-GRIS和MTUP平台实现落地，M-GRIS和MTUP不仅作为GMS数据透明传输通道，还可以防止非法用户利用M-GRIS和MTUP平台进行数据解析，防止未经授权的用户终端发送数据，GMS系统网络连接图如图2所示。

图2 GMS系统网络连接图

（2）数据安全。从M-GRIS和MTUP平台到GMS地面维护监测平台转发的数据会经过硬件防火墙等设备进行安全过滤，最终进入铁路综合信息网，从而保证数据安全。

（3）系统安全。GMS服务器安装的铁路综合信息网作为第1层网络安全防护；GMS服务器相关安全防护软件及配置系统安全策略作为第2层网络安全防护。

2.3 关键技术

GMS关键技术主要包括地面维护监测平台、网络端口协议及铁路SIM卡等。

（1）地面维护监测平台。通信服务器和数据服务器是GMS地面维护监测平台的主要组成部分，主要实现GMS业务数据通信、数据分析处理。GMS通信服务器完成M-GRIS、MTUP平台与铁路综合信息网相关设备的数据交换，对接收和发送的数据进行流量控制，通过安全协议对非法数据进行过滤，对数据流量、访问情况、连接状态等信息记录，保证整个数据传输的稳定性。GMS数据服务器完成数据处理、分发、存储和访问控制，对GYK基本数据、软件、控制程序等远程发送；对GYK运行记录数据远程回传及分析；接收GYK运行状态信息、轨道车位置信息、报警信息等，数据服务器采用双机热备方式，保证整个数据应用、存储的可靠性和安全性。

（2）网络端口协议。GMS系统要准确高效地完成数据信息端到端的传输，需提供GMS服务器接入端口，并提供GMS接入MTUP平台的通信协议、业务端口、IP地址等信息，进行GMS业务载入以及调试配合。若采用铁路通信专用网则需要提供M-GRIS的IP地址，以及M-GRIS的服务器连接端口，针对GMS业务铁路办公网应允许访问。交换机预留GMS服务器连接接口的同时需要在安全防护设备上放行GMS应用软件所需传输端口和协议。

（3）铁路SIM卡。开通运行轨道车GMS系统需特殊的铁路SIM卡、存储设备及MTUP安全平台ID（通常为轨道车号）。

2.4 安全机制

GMS系统承担数据安全传输职责，在数据传输中要通过多次加密校核，为数据运用提供端到端的安全保障。

（1）GYK数据在编辑环节按私有协议加密编辑，在GYK运用环节采用私有协议解密并读取数据，该私有协议对其他第三方（包括GMS系统）保密，确保GYK收到的数据真实有效。

（2）数据传输采用对称加密和非对称加密方式进行动态加密，确保数据传输安全可靠。

（3）GMS采用数字签名技术，验证收到数据的完整性和准确性，同时利用私有方法提取数据帧对数据特征值进行再次核对，验证数据的正确性。

2.5 应用功能

（1）GYK基本数据、控制软件的远程升级。GMS通过用户终端下发GYK升级文件，车载设备通过无线网络接收下发的升级文件，到达升级时刻后，GMS系统在轨道车人机界面（DMI）显示升级提示信息，并语音提示升级，由司机进行升级确认，实现数据、软件的对车传输。

（2）GYK运行记录数据自动回传和网络化分析。GMS可将获取到的GYK运行记录数据通过无线网络自动上传至地面维护监测平台，用户可及时对回传的GYK运行记录数据进行设备质量和作业质量分析，实现运行记录数据文件车对地的传输，有效促进GYK设备的运用维护管理。

（3）轨道车运行状态、车载设备状态、车辆位置等实时监测。 GMS通过无线网络获取GYK运行状态、设备报警信息、轨道车位置信息等并实时传输至地面维护监测平台；用户终端可通过平台实时查看当前轨道车的运行状态、位置信息及报警信息等，为设备维护管理提供有效依据。

（4）GYK广播信息数据转发和校时。GMS车载设备可向其他车载设备转发GYK时间、速度、管压、机车信号、工况、公里标、交路号、车站号、司机号、车次和限速等广播信息；当GYK设备系统时间误差大于30 s时，GMS设备可依据全球定位系统或北斗卫星导航系统（GPS/BDS）对GYK设备校时。

（5）数据断点续传。当通信链路出现异常时，GMS系统对已传输成功的数据进行保存，通信链路恢复正常后，能够继续从断点处进行数据传输，确保数据的完整性和一致性。

3 应用效果分析

（1）提高工作质量和效率。GMS系统的有效使用，实现了GYK设备基础数据、控制软件的更换及数据版本的有效监控，提高了GYK设备运用维护管理工作质量和效率。2020年，嘉峪关电务段通过GMS系统实施GYK设备远程数据换装8版，换装轨道车705台次，缩短了数据换装时间，消除了人工上线作业、道路交通、现场换装等可能存在的人身安全隐患。

（2）提升设备运用质量。GMS系统能够实时监测GYK设备的运用状态，对设备报警信息进行及时回传分析，从而实现异常信息的及时有效处置，提升设备运用质量。2020年，嘉峪关电务段分析GMS系统报警预警信息3 850余件，处置有效报警信息70余件，有效避免多起设备故障的发生，保障行车安全。

（3）提高经济效益和安全效益。GMS系统的有效使用，强化了现实安全及设备管理质量，节约大量人力资源，同时减少生产维修成本，产生较大的经济效益和安全效益。

（4）提高轨道车运用维护管理水平。GMS系统的有效使用，为GYK设备运用维护管理提供了现代技术手段，实现GYK运行记录数据的远程回传，有助于轨道车使用和管理单位及时开展GYK运用安全和设备质量分析，进一步提高轨道车运用管理水平，对促进专业融合发挥了积极作用。

4 结语

通过GMS 系统的设计与应用，有效强化了基础管理，保障设备运用安全、提升GYK设备维修质量和工作效率，同时也降低了生产维修成本，是落实铁路企业提质增效的有效举措。随着铁路体制改革的不断推进，GMS的投入使用必将产生更大的安全效益和经济效益。