基本介紹
- 中文名：遠程監控及診斷系統
- 外文名：cmd
近年來，世界範圍內信息化水平的提高已成為鐵路信息技術發展的源動力。世界先進的鐵路信息化技術主要體現在機車實時跟蹤、綜合調度、車地無線通信、機車遠程監測與診斷等系統的研究與套用。國外鐵路如北美鐵路，機車的運用、檢修分開且沒有固定配屬，主要依靠機車遠程狀態監測與故障診斷系統來輔助機車的管理和維修，提高了機車利用率。
我國也正在加速鐵路生產套用信息系統的建設，大力推進鐵路信息化、智慧型化，提升鐵路運輸效率。鐵道部提出了增加運力、最佳化機車運用的新策略，提出建立以集中配置機車，推行長交路、車循環、輪乘制，建立“大運用、大整備、大檢修”新模式。“和諧號”大功率機車批量投入使用及與之相配套的五大檢修基地
的建設也同步啟動，實施運用與檢修分開的原則，逐步弱化機車配屬。這將大大擴展機車運用區域，提高機車運用效率，增加鐵路運輸能力。因此，為了保障新的運輸戰略思想的實現，必須實時掌握機車的運用、檢修情況，對機車車輛及時進行診斷和維護，保障機車車輛安全運行。通過建立一套適合我國機車運用檢修管理的中國機車遠程監視與診斷系統（Chinalocomo-tiveremoteMonitoringandDiagnosissystem，以下簡稱CMD），及時掌握機車運用狀況，實現對機車設備狀態信息的遠程集中監測，及時對機車設備進行診斷和維護，實現對機車設備故障進行預警，為推進機車設備狀態修提供支持。
1系統功能
CMD系統的總體設計思路是採用先進的車載信息
採集技術、通信技術和計算機技術，把機車實時狀態數據、故障信息等機車數據處理整合後，利用無線傳
輸技術傳至地面，通過防火牆後進入鐵路區域網路進行分析處理，地面系統通過計算機技術對機車運用、檢修等信息進行綜合套用。系統主要功能有以下6點。
1）提高機車利用率
遠程監測機車的運用情況，隨時掌握機車的正常使用、備用狀態，實時獲得機車當前位置、速度等信息，便於機車集中調度，充分利用機車，提高機車的利用率。
2）及時了解機車的狀態
遠程監測機車的技術狀態，隨時掌握每台機車的狀態是否完好，降低故障機車救援及維修成本，為機車的狀態修提供技術支持。
3）提供機車故障診斷數據分析工具
通過系統獲得機車設備故障相關的數據，結合智慧型分析與診斷技術方法，提供一個分析機車故障的工具給機車檢修技術人員，能夠有利於故障的分析工作。
4）輔助機車司機在途排除故障
為機車司機在途排除故障提供技術支持。在途機車一旦出現故障，通過該系統，檢修中心的技術人員就可以接收到相應的信息，地面技術人員就可以找出該故障原因，指導司機排除故障。
5）建立機車數據檔案及檢修專家庫通過對存儲的機車海量數據進行統計、分析處理、歸類匯總，可建立機車完整的數據檔案，指導機車的運用、檢修和維護，建立機車的檢修專家庫。
6）車載數據的無線下載
機車回段入庫後通過WLAN網路將LKJ、LDP等車載設備記錄的全程數據檔案下載到地面。
2系統結構與組成
CMD系統由車載子系統、數據傳輸
子系統、地面綜合套用子系統共3個子系統組成。系統結構如圖1所示。
車載子系統主要負責機車數據的採集、處理、記錄、傳輸與轉儲；數據傳輸子系統負責將機車數據通過GSM/GPRS移動公網、WLAN網路、鐵路綜合IT網
等網路傳輸到地面；地面綜合套用子系統實現對在途機車的遠程實時監測、故障報警及故障診斷等功能。
在CMD系統中，機車數據按信息類型分為機車安全信息、機車狀態信息及綜合監測信息；按數據大小分為小容量的實時信息、大容量的車載設備記錄檔案信息。
機車安全信息：機車運行過程中與行車安全相關的信息，主要來源於LKJ、TAX裝置的運行數據。
機車狀態信息：機車運行過程中牽引、制動、網路、輔助等系統的狀態數據和故障信息。
綜合監測信息：主要指機務運用相關的第三方綜合監測設備，如視頻監視、軸溫檢測、弓網檢測、軌道檢測等設備的運行狀態信息。
我國也正在加速鐵路生產套用信息系統的建設，大力推進鐵路信息化、智慧型化，提升鐵路運輸效率。鐵道部提出了增加運力、最佳化機車運用的新策略，提出建立以集中配置機車，推行長交路、車循環、輪乘制，建立“大運用、大整備、大檢修”新模式。“和諧號”大功率機車批量投入使用及與之相配套的五大檢修基地
的建設也同步啟動，實施運用與檢修分開的原則，逐步弱化機車配屬。這將大大擴展機車運用區域，提高機車運用效率，增加鐵路運輸能力。因此，為了保障新的運輸戰略思想的實現，必須實時掌握機車的運用、檢修情況，對機車車輛及時進行診斷和維護，保障機車車輛安全運行。通過建立一套適合我國機車運用檢修管理的中國機車遠程監視與診斷系統（Chinalocomo-tiveremoteMonitoringandDiagnosissystem，以下簡稱CMD），及時掌握機車運用狀況，實現對機車設備狀態信息的遠程集中監測，及時對機車設備進行診斷和維護，實現對機車設備故障進行預警，為推進機車設備狀態修提供支持。
1系統功能
CMD系統的總體設計思路是採用先進的車載信息
採集技術、通信技術和計算機技術，把機車實時狀態數據、故障信息等機車數據處理整合後，利用無線傳
輸技術傳至地面，通過防火牆後進入鐵路區域網路進行分析處理，地面系統通過計算機技術對機車運用、檢修等信息進行綜合套用。系統主要功能有以下6點。
1）提高機車利用率
遠程監測機車的運用情況，隨時掌握機車的正常使用、備用狀態，實時獲得機車當前位置、速度等信息，便於機車集中調度，充分利用機車，提高機車的利用率。
2）及時了解機車的狀態
遠程監測機車的技術狀態，隨時掌握每台機車的狀態是否完好，降低故障機車救援及維修成本，為機車的狀態修提供技術支持。
3）提供機車故障診斷數據分析工具
通過系統獲得機車設備故障相關的數據，結合智慧型分析與診斷技術方法，提供一個分析機車故障的工具給機車檢修技術人員，能夠有利於故障的分析工作。
4）輔助機車司機在途排除故障
為機車司機在途排除故障提供技術支持。在途機車一旦出現故障，通過該系統，檢修中心的技術人員就可以接收到相應的信息，地面技術人員就可以找出該故障原因，指導司機排除故障。
5）建立機車數據檔案及檢修專家庫通過對存儲的機車海量數據進行統計、分析處理、歸類匯總，可建立機車完整的數據檔案，指導機車的運用、檢修和維護，建立機車的檢修專家庫。
6）車載數據的無線下載
機車回段入庫後通過WLAN網路將LKJ、LDP等車載設備記錄的全程數據檔案下載到地面。
2系統結構與組成
CMD系統由車載子系統、數據傳輸
子系統、地面綜合套用子系統共3個子系統組成。系統結構如圖1所示。
車載子系統主要負責機車數據的採集、處理、記錄、傳輸與轉儲；數據傳輸子系統負責將機車數據通過GSM/GPRS移動公網、WLAN網路、鐵路綜合IT網
等網路傳輸到地面；地面綜合套用子系統實現對在途機車的遠程實時監測、故障報警及故障診斷等功能。
在CMD系統中，機車數據按信息類型分為機車安全信息、機車狀態信息及綜合監測信息；按數據大小分為小容量的實時信息、大容量的車載設備記錄檔案信息。
機車安全信息：機車運行過程中與行車安全相關的信息，主要來源於LKJ、TAX裝置的運行數據。
機車狀態信息：機車運行過程中牽引、制動、網路、輔助等系統的狀態數據和故障信息。
綜合監測信息：主要指機務運用相關的第三方綜合監測設備，如視頻監視、軸溫檢測、弓網檢測、軌道檢測等設備的運行狀態信息。
2．1車載子系統
CMD車載子系統由機車車載綜合信息監測裝置LDP、無線數據傳輸裝置TSC1及車載天線等組成，安裝在需要遠程監測的機車上，主要作用是採集、處理及記錄機車數據，完成車載與地面的雙向數據互動，是連線機車與地面的車載信息處理平台。CMD車載子系統結構示意圖如圖2所示。
LDP裝置通過MVB、乙太網、RS485、RS422等多種專用機車匯流排接口與機車各車載系統設備連線，實時採集機車安全信息、機車狀態信息及綜合監測信息等機車數據，同時對採集到的各型機車的不同數據格式
的機車數據進行相應的標準化、規範化處理後通過乙太網傳送至TSC1，TSC1通過GSM/WLAN無線網路採用TCP/IP協定把機車數據傳送到地面綜合套用子系統。
2．2數據傳輸子系統
數據傳輸子系統由GSM/GPRS移動公網、網際網路、WLAN、鐵路移動數據傳輸統一平台MTUP、鐵路綜合IT網及通信伺服器等組成。數據傳輸子系統結構圖如圖3所示。
圖1
系統總體結構圖
圖2
車載子系統結構示意圖
2.2.1在途機車的實時信息傳輸
機車在途運行時，車載TSC1通過GSM/GPRS移動公網、網際網路、MTUP完成車載子系統與地面綜合套用子系統間的信息雙向傳輸。
機車的實時信息目前主要依託在中國覆蓋範圍最廣的中國移動公司的GSM/GPRS無線網路傳送至地面，隨著3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA)技術在中國的推廣套用，條件成熟時將採用覆蓋範圍最廣的3G網路來傳輸機車數據。
1）GSM/GPRS網路相關技術指標
能提供最高115.2kbps的數據傳輸速率。在實際套用中，由於列車在高速移動，大部分時間車地的GPRS網路穩定傳輸速率為2~5kbps，每小時大約能傳輸10MB的數據。
2）3G網路相關技術指標
可支持384kbps到2Mbps不等的數據傳輸速率。在高速移動的狀態，可提供384kbps的傳輸速率，在低速或室內環境下，則可提供高達2Mbps的傳輸速率。
由於列車在高速移動，按車地10~50kbps的穩定傳輸速率，每小時大約能傳輸100MB的數據。2.2.2
機車入段整備時車載設備記錄檔案轉儲機車入段整備時通過建立在檢修基地、機務段等站段的WLAN無線區域網路將LKJ、LDP等車載設備記錄檔案根據預先設定的規則自動下載到地面，然後通過鐵路綜合IT網轉發到相應的鐵路專業管理部門，實現車載設備記錄檔案的集中轉儲。
WLAN無線區域網路技術指標：
①通信標準為IEEE802.11b，採用2.4~2.4835GHz頻段、直接序列擴頻(DSSS)作為傳輸方式。
②網路協定為TCP/IP，無線傳輸速率為1~11Mbps，傳輸距離不小於200m。
圖3
數據傳輸子系統結構圖
圖4
地面綜合套用子系統組成結構圖
2.2.3鐵路綜合IT網
依託覆蓋鐵道部、鐵路局/檢修基地和站段的鐵路綜合IT網路，採用鐵路統一MQ傳輸平台，實現鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三級網路範圍內的機車數據傳輸。
2．3地面綜合套用子系統
地面綜合套用子系統由數據處理中心、綜合服務平台和運行維護系統3部分組成，按照鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三層管理結構進行設計，具有安全性好、可移植性高、易於系統集成和擴展的技術特點。地面綜合套用子系統組成結構圖如圖4所示。
面向用戶的軟體採用JAVA技術開發，基於三層B/S體系結構即客戶機/套用伺服器/資料庫伺服器架構，系統數據採用Oracle資料庫進行管理，後台處理程式採用C語言開發，套用PRO*C進行Oracle資料庫操作。
地面綜合套用子系統的主要功能是把通過數據傳輸子系統實時發到鐵路區域網路的機車運行狀態和故障信息等機車數據，由數據處理中心負責處理、存儲和管理；由綜合服務平台向用戶統一展示CMD系統功能；由運行維護系統保障CMD系統正常運行。
1）數據處理中心
建立鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三級CMD系統數據處理中心，實現對機車數據的處理、存儲和管理。
2）綜合服務平台
綜合服務平台主要實現如下功能：
面。
2）視頻存儲
視頻存儲功能也是通過伺服器上的套用軟體來實現，按照軟體的設定參數進行視頻存儲，包括錄像存儲、快照存儲等功能。
錄像存儲：系統採用專用錄像伺服器集中存儲的結構，伺服器啟動後開始實時錄像,也可自動觸發報警錄像、畫面異動檢測錄像，列車所有視頻流均集中傳輸到該伺服器，按照時間表，動態檢測報警錄像、錄像檔案生存周期、檔案最大長度、保留的磁碟空間大小、預錄像時間，當磁碟空間滿了後，覆蓋錄像。
快照存儲：在司機看到重要監視信息畫面時可以選擇單屏顯示該監視點，點擊快照功能，系統自動選擇704×576圖像進行圖片存儲。
3）查看視頻
為了弄清楚突發事件的真實情況，需要回放已存儲的視頻。伺服器上的系統軟體提供了查看視頻的功能，包括視頻檢索、錄像回放、查看快照。
視頻檢索：按設定的檢索條件包括時間、監控點、檔案名稱等一個或多個條件進行檢索，檢索結果採用列表顯示。
錄像回放：根據已按條件檢索出來的視頻，點擊用播放器打開可回放系統內的任一攝像頭的視頻錄像。回放方式有逐幀、慢放、常速、快速等放大/縮小等多種方式，同時已存儲的快照也可以按條件檢索打開查看的。
5結語
基於上述構架的捷運列車視頻監視系統已經在國
內某捷運A型車上裝車套用，因其操作簡單、界面友好、可靠性高、可維護性強，得到客戶和乘客的好評，被稱為捷運列車上的電子眼。隨著技術的不斷發展，將來大容量的視頻信息可通過光纖傳送，還可採用IP攝像頭，實現更高清的錄像和大容量視頻存儲技術，實現更人性化的用戶體驗。視頻監視系統正成為捷運旅客信息系統必不可少的一部分。
CMD車載子系統由機車車載綜合信息監測裝置LDP、無線數據傳輸裝置TSC1及車載天線等組成，安裝在需要遠程監測的機車上，主要作用是採集、處理及記錄機車數據，完成車載與地面的雙向數據互動，是連線機車與地面的車載信息處理平台。CMD車載子系統結構示意圖如圖2所示。
LDP裝置通過MVB、乙太網、RS485、RS422等多種專用機車匯流排接口與機車各車載系統設備連線，實時採集機車安全信息、機車狀態信息及綜合監測信息等機車數據，同時對採集到的各型機車的不同數據格式
的機車數據進行相應的標準化、規範化處理後通過乙太網傳送至TSC1，TSC1通過GSM/WLAN無線網路採用TCP/IP協定把機車數據傳送到地面綜合套用子系統。
2．2數據傳輸子系統
數據傳輸子系統由GSM/GPRS移動公網、網際網路、WLAN、鐵路移動數據傳輸統一平台MTUP、鐵路綜合IT網及通信伺服器等組成。數據傳輸子系統結構圖如圖3所示。
圖1
系統總體結構圖
圖2
車載子系統結構示意圖
2.2.1在途機車的實時信息傳輸
機車在途運行時，車載TSC1通過GSM/GPRS移動公網、網際網路、MTUP完成車載子系統與地面綜合套用子系統間的信息雙向傳輸。
機車的實時信息目前主要依託在中國覆蓋範圍最廣的中國移動公司的GSM/GPRS無線網路傳送至地面，隨著3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA)技術在中國的推廣套用，條件成熟時將採用覆蓋範圍最廣的3G網路來傳輸機車數據。
1）GSM/GPRS網路相關技術指標
能提供最高115.2kbps的數據傳輸速率。在實際套用中，由於列車在高速移動，大部分時間車地的GPRS網路穩定傳輸速率為2~5kbps，每小時大約能傳輸10MB的數據。
2）3G網路相關技術指標
可支持384kbps到2Mbps不等的數據傳輸速率。在高速移動的狀態，可提供384kbps的傳輸速率，在低速或室內環境下，則可提供高達2Mbps的傳輸速率。
由於列車在高速移動，按車地10~50kbps的穩定傳輸速率，每小時大約能傳輸100MB的數據。2.2.2
機車入段整備時車載設備記錄檔案轉儲機車入段整備時通過建立在檢修基地、機務段等站段的WLAN無線區域網路將LKJ、LDP等車載設備記錄檔案根據預先設定的規則自動下載到地面，然後通過鐵路綜合IT網轉發到相應的鐵路專業管理部門，實現車載設備記錄檔案的集中轉儲。
WLAN無線區域網路技術指標：
①通信標準為IEEE802.11b，採用2.4~2.4835GHz頻段、直接序列擴頻(DSSS)作為傳輸方式。
②網路協定為TCP/IP，無線傳輸速率為1~11Mbps，傳輸距離不小於200m。
圖3
數據傳輸子系統結構圖
圖4
地面綜合套用子系統組成結構圖
2.2.3鐵路綜合IT網
依託覆蓋鐵道部、鐵路局/檢修基地和站段的鐵路綜合IT網路，採用鐵路統一MQ傳輸平台，實現鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三級網路範圍內的機車數據傳輸。
2．3地面綜合套用子系統
地面綜合套用子系統由數據處理中心、綜合服務平台和運行維護系統3部分組成，按照鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三層管理結構進行設計，具有安全性好、可移植性高、易於系統集成和擴展的技術特點。地面綜合套用子系統組成結構圖如圖4所示。
面向用戶的軟體採用JAVA技術開發，基於三層B/S體系結構即客戶機/套用伺服器/資料庫伺服器架構，系統數據採用Oracle資料庫進行管理，後台處理程式採用C語言開發，套用PRO*C進行Oracle資料庫操作。
地面綜合套用子系統的主要功能是把通過數據傳輸子系統實時發到鐵路區域網路的機車運行狀態和故障信息等機車數據，由數據處理中心負責處理、存儲和管理；由綜合服務平台向用戶統一展示CMD系統功能；由運行維護系統保障CMD系統正常運行。
1）數據處理中心
建立鐵道部、鐵路局/檢修基地、站段三級CMD系統數據處理中心，實現對機車數據的處理、存儲和管理。
2）綜合服務平台
綜合服務平台主要實現如下功能：
面。
2）視頻存儲
視頻存儲功能也是通過伺服器上的套用軟體來實現，按照軟體的設定參數進行視頻存儲，包括錄像存儲、快照存儲等功能。
錄像存儲：系統採用專用錄像伺服器集中存儲的結構，伺服器啟動後開始實時錄像,也可自動觸發報警錄像、畫面異動檢測錄像，列車所有視頻流均集中傳輸到該伺服器，按照時間表，動態檢測報警錄像、錄像檔案生存周期、檔案最大長度、保留的磁碟空間大小、預錄像時間，當磁碟空間滿了後，覆蓋錄像。
快照存儲：在司機看到重要監視信息畫面時可以選擇單屏顯示該監視點，點擊快照功能，系統自動選擇704×576圖像進行圖片存儲。
3）查看視頻
為了弄清楚突發事件的真實情況，需要回放已存儲的視頻。伺服器上的系統軟體提供了查看視頻的功能，包括視頻檢索、錄像回放、查看快照。
視頻檢索：按設定的檢索條件包括時間、監控點、檔案名稱等一個或多個條件進行檢索，檢索結果採用列表顯示。
錄像回放：根據已按條件檢索出來的視頻，點擊用播放器打開可回放系統內的任一攝像頭的視頻錄像。回放方式有逐幀、慢放、常速、快速等放大/縮小等多種方式，同時已存儲的快照也可以按條件檢索打開查看的。
5結語
基於上述構架的捷運列車視頻監視系統已經在國
內某捷運A型車上裝車套用，因其操作簡單、界面友好、可靠性高、可維護性強，得到客戶和乘客的好評，被稱為捷運列車上的電子眼。隨著技術的不斷發展，將來大容量的視頻信息可通過光纖傳送，還可採用IP攝像頭，實現更高清的錄像和大容量視頻存儲技術，實現更人性化的用戶體驗。視頻監視系統正成為捷運旅客信息系統必不可少的一部分。
