远程监控与诊断系统加装方案设计

张燕萍 王 晨 周 晓 邢宇晗 蔡玮玮

(1.长春市轨道交通集团有限公司 吉林 长春 130021；2.长春中车轨道车辆有限公司 吉林 长春 130052)

目前，国内城市以轨道交通线网为主流交通方式的特征逐步体现，且客流量持续增长。随着轨道交通车辆数量的增加，车辆运管单位需要更高效、准确、及时的运维手段。建立智能化的轨道交通运维体系成为轨道交通行业不可或缺的重要组成[1]。

提高车辆维护效率，确保车辆在线发生故障后，检修人员能够第一时间了解车辆故障，通过大数据对车辆各系统进行监控，当车辆系统出现不稳定或异常时能够提前进行预警，是车辆智能运维的发展趋势[2]。车辆远程监控与诊断系统能够有效监控车辆各主要系统的运用状态，为了便于车辆维护，在既有车辆上加装远程监控与诊断系统成为目前车辆运用的迫切需求。

1 远程监控与诊断系统简介

CCQG型轻轨车辆自2006年上线运行现已十余年，目前进入厂修期，在厂修过程中对车辆加装远程监控与诊断系统，可以有效提升车辆整体的运用性能。受既有车辆结构及各系统接口限制，远程监控与诊断系统主要采集车辆网络系统、列车广播系统、空调系统及受电弓工作状态，并对系统运行期间主要数据进行监测及传输。

CCQG型轻轨车辆增加的远程监控与诊断系统车载部分由系统主机、4G(5G)无线通讯天线、GPS天线及设备馈线等部件组成。远程监控与诊断系统通过车载设备收集列车各系统运行参数、监控图像等数据，通过4G(5G)无线通讯将数据发送到地面数据服务器，通过服务器后台处理和分析，将数据传输至地面车辆段，从而为列车运行提供远程监控和诊断，其系统拓扑图如图1所示。

图1 远程监控与诊断系统拓扑图

远程监控与诊断系统可以通过手机端或PC端对车辆各系统信息进行监控，具体功能如下：

(1) 显示当前线路的车辆位置，显示每台车辆的实时状态,以及当前线路车辆的上线运营情况。

(2) 可在任意时段监控和查看车辆瞬时闪现故障及不易锁定的故障进行长时间的实时监控，便于对故障进行排查和跟踪。

(3) 显示空调系统实时温度对比车内外温度，对空调系统运用状态进行实时监控。

(4) 对车辆牵引系统、辅助供电系统等运用状态及网压、网流等数据参数进行实时监控，从而对车辆各系统运用状态进行有效监测。

(5) 对车辆监控摄像头采集的图像进行压缩整合，通过后台智能图像流控系统，在不消耗大量流量的同时，使用户在需要远程技术指导时，能够提供清晰的现场画面，且方便查看司机应急处理的操作，可确保在远程指导过程中让司机的操作准确无误。

(6) 具有完善的权限管理认证功能，可根据权限开放的层级限定系统查看权限。

2 远程监控与诊断系统加装方案

CCQG型轻轨车辆因制造批次不同，其采用的网络控制系统通讯制式不同，主要有MVB、CAN两种模式，继而需要远程监控与诊断系统间的数据通讯采集接口具有兼容性。此次远程监控与诊断系统加装设计为在既有车辆进行改造，需要在车辆司机室内增设系统主机、车顶加装4G(5G)天线、GPS天线装置及受电弓工作状态监测摄像头。

2.1 远程监控与诊断系统主要硬件设备组成

远程监控与诊断系统主机采用标准3U机箱(即高度为13.335 cm的机箱)，如图2所示，PCB板卡插拔的机笼式结构设计，便于设备维护，且适配CAN通讯、RS232通讯及MVB通讯等通讯接口，可与多系统进行数据通讯；其内部设有SD卡可对本地数据进行记录存储，存储可大于30天以上。

图2 远程监控与诊断系统主机

对司机台下方内部结构进行调整，将远程监控与诊断系统主机加装至司机台内部，结合CCQG型轻轨车辆网络系统、列车广播系统既有对外通讯预留接口及远程监控与诊断系统信息接收需求，确定系统主机安装位置。CCQG型二期车辆远程监控与诊断系统同网络系统通讯主要通过重联端网关模块，与列车广播系统通讯通过列车广播分机，即CCQG型二期车辆远程监控与诊断系统主机安装至重联端司机室；CCQG型三期车辆与网络系统通讯主要通过IDU显示屏预留通讯接口，与列车广播系统通讯通过列车广播主机，即CCQG型三期车辆远程监控与诊断系统主机安装至MC端司机室。

车辆数据与地面传输通过4G无线通讯将数据发送到地面列车数据服务器， 最高传输速率可达300 M， 充分确保了数据传输的实时性和流畅性， 此外主机内部预留5G无线网卡通讯接口， 可升级为5G通讯。 同时， 通过GPS天线定位车辆位置， 为客户端提供车辆位置信息。 4G及GPS天线安装至MC端车顶， 充分确保信号传输的稳定性、 可靠性。

在MC/M模块加装受电弓监控摄像头，摄像头外壳采用高强度材质，用于抵挡车外的恶劣环境，外部玻璃面罩采用高强度电加热玻璃，且设有温度控制装置，可根据外部环境温度进行加热，用于冬季除霜，充分确保了对受电弓工作监测的可靠性。

2.2 车辆各主要系统同远程监控与诊断系统间的数据传输方案

加装的远程监控与诊断系统，主要对车辆网络系统、列车广播系统、空调系统及受电弓工作状态各数据进行监测。结合车辆各系统数据传输通讯模式确定远程监控与诊断系统同车辆各系统间的接口形式，远程监控诊断系统与车辆各系统间的通讯数据传输如图3所示。

图3 远程监控与诊断系统原理图

2.3 远程监控与诊断系统加装后的功能

远程监控与诊断系统采集车辆数据后，将数据发送给数据处理服务器，服务器将数据进行存储转发，可通过客户端设备查看车辆实时数据。客户端包含多个模块和单元，包括用户的注册、登录的认证、车辆在线离线状态的展示、车辆基本信息、车辆的位置、车辆的实时数据以及车辆故障的查看和回放。

远程监控与诊断系统支持不低于200个通信端口对数据进行采集查看， 且可根据客户端不同使用人员设定车辆数据查看权限； 客户端首页可选择监控线路车辆， 且可显示当前线路的车辆位置， 每台车辆的实时状态， 以及当前线路车辆的运行情况； 可在客户端实时监测和查看车辆各系统的具体运行情况。对车辆牵引系统、 制动系统、 辅助系统、车门、空调等状态进行监测，终端界面如图4所示。

图4 远程监控与诊断系统界面示意图

此外，可以针对故障进行分级记录，例如：可以分为一般、轻微、严重，同时对故障发生的时间和地点进行记录，为事后的故障分析提供依据，根据故障单元能够对整体的车辆故障进行统计，对车辆各个单元的状态进行整体评估。

3 结论

随着城铁车辆监测系统要求的增加，远程监控与诊断成为现有车辆对各系统进行实时监控的发展方向。CCQG型轻轨厂修车搭载的远程监控与诊断系统的设计合理，同时具有一定前瞻性。车辆信息手机端推送软件技术具有统一完整可扩展的应用构架；具有较高可用性且系统响应时间迅速，能够提供较快的访问速度，用户操作便捷、系统维护方便，具有较高稳定性和可靠性。此外，从应用信息和数据多方面提供安全保障，采用安全可靠的系统平台和数据库平台，在有效监测车辆信息的同时确保信息传输的安全性。