轨道车监测信息综合运用探讨

龚和宏

（中国铁路武汉局集团有限公司，武汉 430071）

1 问题的提出

轨道车（含接触网作业车、大型养路机械等自轮运转特种设备）的信息监测目前由GMS地面维护监测平台、轨道车作业视频监控平台、自轮运转特种设备运用安全管理系统及其他监测信息管理系统进行多平台管理，各种信息依赖人工进行跨平台采集、记录、统计、分析、核对及管理的状态，耗费了大量的人力和物力成本，运用管理效率较低，误差较大，实时性较差，存在漏查和混淆的风险。由此引起维修维护滞后，给管理部门的轨道车管理工作带来极大的困扰，甚至影响轨道车的安全运行，造成安全隐患。铁路各级、各部门对于轨道车的运用管理维护上不透明、不及时、关注内容有交叉但不一致、综合度差、共享性差、利用率低下，不能为科学化配置和管理轨道车提供依据，对各部门的管理工作效率造成了较大制约，极大的降低铁路运营经济效益，不能形成良性的、可循环的轨道车运用管理周期环。

为解决上述问题，通过对国内外先进作业系统的实践经验进行分析和总结，创建轨道车监测信息综合管理平台，实现轨道车精准、有效、合理的维护管理，利于企业运用维护效率的提升及管理成本的节约。

2 轨道车监测信息综合管理的实现

2.1 解决方案综述

轨道车监测信息综合管理系统，分两级部署，其中二级部署在国铁集团，用于数据的集中综合分析、挖掘，为轨道车的综合运用、配属、车辆使用预警提供数据支撑；一级部署在各路局集团公司，用于综合收集路局集团公司轨道车状态监测信息。两级之间采用安全性高的多协议标签交换虚拟专用网（MPLS VPN）技术实现监测信息的上传和预警信息的下达。

2.2 系统结构组成

该系统由5部分组成，信息采集节点、轨道车监测信息综合管理平台、专用传输通道、轨道车监测数据中心、用户终端，如图1所示。

2.2.1 信息采集节点

利用既有路局集团公司轨道车状态监测系统作为信息采集点，通过共享接口将获取的轨道车信息发送至路局集团公司级轨道车监测信息综合管理平台。

图1 系统架构示意Fig.1 Schematic diagram of system architecture

2.2.2 轨道车监测信息综合管理平台

该平台由共享信息收集服务器和分类数据处理服务器组成，从已有的轨道车监测系统，将轨道车GYK、GMS设备状态及换装信息统计、工作状态、轴温监控状态、视频监控状态、空气制动状态、供电状态、走行部状态、高压绝缘检测状态、CIR机车电台状态、防火报警状态等信息进行分类处理，路局集团公司用户终端实时掌握本局车辆在线情况，设备运行状态，进一步加强对轨道车的管理，提升综合管理能力。

2.2.3 专用传输通道

在从路局集团公司传输至国铁集团时，由于原有路局集团公司内网带宽不足，在使用已有的带宽和设备的前提下，应另辟蹊径，需要既保障信息传输的安全性，又要保障足够的带宽，较低的成本。采用主流、成熟、可跨区域的安全通信MPLS VPN 技术，在路局集团公司和国铁集团之间建立独立的虚拟专用网络，为轨道车监测信息的传输提供稳定、可靠、安全、成本较低的数据传输通道。

2.2.4 轨道车监测数据中心

数据中心部署在国铁集团，由接口通信服务器和数据分析服务器组成。接口通信服务器用于对接18个路局集团公司的轨道车监测信息综合管理平台分类处理后的数据，之后转发给数据分析服务器；数据分析服务器进一步对数据综合处理、数据分析挖掘和状态评价预警，并可以与铁路防灾监测系统等结合联动，向国铁集团和路局集团公司终端用户提供综合应用服务，以及提供相关车辆、设备、环境等方面的预警，全面提升设备管理水平，降低设备使用风险，加强灾害发生前的预警，减少人员安全隐患。

2.2.5 用户终端

用户终端分为两级，路局集团公司级和国铁集团级。

路局集团公司级用户终端可以查看本局所有轨道车状态监测信息，详细了解本局轨道车运用现状，为轨道车的运用、管理等提供决策性依据。

国铁集团级用户终端可以查看经过轨道车监测数据中心综合分析挖掘之后的汇总数据、预警信息等，以及和其他铁路防灾监测系统综合联动得到的分析数据，为国铁集团在轨道车配属、管理、在途运行安全预警等方面提供有效、准确的依据。

2.3 系统功能简述

2.3.1 轨道车监测信息综合管理平台

轨道车监测信息综合管理平台的功能组成如图2所示。逻辑结构如图3所示。

图2 功能组成示意Fig.2 Schematic diagram of functional composition

2.3.2 轨道车监测数据中心

数据中心主要处理来自于各路局集团公司上传的轨道车各种监测信息，包含信息统计、数据分类分析、数据挖掘、数据联动、预警下达5个主要功能。

1）信息统计

主要针对各路局集团公司轨道车上线数量、各类车载设备安装数量、下达的揭示数据、基本数据、程序更换次数和车载设备故障数量进行分类统计。

2）数据分类分析

通过对轨道车监测信息统计后，针对不同路局集团公司的同类数据的对比分析，综合分析获得轨道车运用现状，包含车辆利用率及故障率、作业规范率，车载设备故障率、配属是否合理等。

3）数据挖掘

经过数据分类分析，联合多种不同分类数据，进一步挖掘数据信息，为轨道车的运用管理方面提供决策性依据，增强轨道车管理维护，减少轨道车管理维护成本，提高轨道车运行安全，避免事故的发生。

图3 轨道车监测信息综合管理平台逻辑结构示意Fig.3 Schematic diagram of the logical structure of the integrated management platform for railway trolley monitoring information

4）数据联动

结合铁路已有的防灾安全监测系统、异物侵限监测系统等，形成横向联动，分析在途轨道车是否处于灾害发生区段，为灾害预警信息的准确性提供前提条件。

根据系统内数据的横向联动，可预判轨道车自身状态是否存在安全隐患，提前提出警示信息。

5）预警下达

在通过一系列功能的实现后，及时下达预警和警示信息给对应的路局集团公司相关运用单位，以期减少车辆和人员安全事故的发生，避免因此带来的损失。

2.4 关键技术实现

2.4.1 数据处理技术

采用Python语言对轨道车监测信息各类数据进行统计、集中、精简，通过分类、聚类、关联、预测算法建立挖掘模型，对各路局集团公司轨道车监测数据进行分析和深度挖掘之后，利用数据可视化手段，运用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及动画显示，展现轨道车运用管理维护现状，以及联动预警信息。

2.4.2 MPLS VPN安全传输技术

MPLS VPN主要由P网络和C网络两个部分组成。P网络是运营商已经建立好的，之内的设备为PE设备。C网络为用户自建的网络，之内的设备为CE设备。用户通过租用运营商MPLS VPN线路实现多用户节点之间快速、安全、可靠的通信，用户仅需要维护本地网络边缘的CE客户端网络设备。

在本系统中，将会使用轴辐状结构（Huband-Spoke），Hub-CE节点为国铁集团网络节点，Spoke-CE节点为路局集团公司本地网络节点；该结构下，可以实现路局集团公司与国铁集团的安全通信，也可以实现路局集团公司之间的互相通信。如图4所示，假设AS65430为国铁集团网络，是作为Hub-and-Spoke的核心；中间部分的AS100为某运营商网络（该部分是可以跨运营商部分）；AS65410和AS64520均为路局集团公司网络，虚线对应的是MPLS VPN通道。

如图4所示，可以实现路局集团公司和国铁集团之间的安全通信，也可实现路局集团公司之间的安全通信。在实现路局集团公司之间的安全通信时，可以直接通信，也可以通过国铁集团间接通信，建议通过国铁集团Hub节点来通信。

图4 数据传输通道架构示意Fig.4 Schematic diagram of architecture of data transmission channels

国铁集团和路局集团公司之间的MPLS VPN 使用VRF虚拟路由转发来单独形成一个属于铁路自身的虚拟局域网，与运营商其他网络是完全独立的，因此完全可以保证数据传输的安全性。其次，传输带宽是取决于接入运营商专线的带宽大小，按照目前数据传输业务的情况，专线接入带宽保证100 Mbit/s线路就可以满足轨道车监测信息的传输，同时还可为其他业务扩展需求预留带宽。

CE用户端与PE运营商端设备之间可以使用各种路由协议进行数据的转发，比如静态路由、RIP路由信息协议、OSPF开放式最短路径优先协议、ISIS中间系统到中间系统协议以及BGP边界网关协议，推荐使用BGP协议来实现数据的转发。

2.4.3 应用系统基础平台技术

采用目前较为流行的IT技术来提供高可靠性、高稳定性、高可用性的应用服务。如图5所示。

1）硬件基础：由物理硬件服务器和存储设备组成，提供资源虚拟化的基础。

2）资 源 池：通 过Vmware、Linux KVM、Windows Hyper-V的虚拟化技术，将物理CPU、内存、硬盘、网络等资源进行虚拟化，并通过使用对应的Cluster集群技术提供高可用性的应用基础。

图5 轨道车数据中心基础架构示意Fig.5 Schematic diagram of architecture of infrastructure of railway trolley data center

3）虚拟应用：使用Docker容器技术和其他虚拟化技术，将不同应用打包到轻量级、可移植的独立容器中，便于快速部署，提供高可用性，更好的实现应用服务的快速无缝切换。

3 应用展望

3.1 综合监测的发展

轨道车监测越来越全面，监测系统越来越多的情况下，建设综合监测，有利于铁路各相关部门对轨道车的运用、管理、维护、作业监控、状态监控等有更详细的、综合的掌握，未来终会走向各种应用的融合，才能增加效益，降低成本，为铁路的飞速发展提供基础支撑。

3.2 MPLS VPN 线路为其他业务数据传输带来的益处

铁路大多数较为重要的业务数据几乎都是通过早期建设的铁路内网进行传输，而早期的铁路内网带宽较低，不能满足现在需要高带宽、低延迟、安全性高、综合传输的要求，因此也导致了很多应该部署的业务系统没有上线，而本文设想建设的MPLS VPN铁路专用网络，在很大程度上是可以满足这些需求的，能为铁路的丰富业务数据传输和更好的业务系统提供可能性，为提升铁路的安全保障提供技术性支持。