适用于高速综合检测列车的无线数据传输系统

■ 邢小琴

我国GSM-R系统的首要任务是保障与行车安全相关的列车控制信息传输，因此铁道部对该网络的使用制定了严格的规范控制。为满足行业内越来越多的通信业务需求，在保障安全的前提下，开始使用无线公网进行数据传输。如在动车组司机室内安装GPRS（中国移动）无线数据传输终端，将车载设备操作及运行状态监控数据实时传输到地面控制中心，便于及时了解列车运行状态，并作为动车组调度、检修的重要依据。对于保障铁路运营安全的高速综合检测列车，也迫切需要利用无线网络将检测数据实时传输到地面数据分析处理中心，以便及时处理，及早发现安全隐患。这方面的应用在国内外还未有相关的研究，亟待发掘。未来，如何进行铁路沿线尤其是高速铁路沿线的3G/4G等公共通信网络覆盖和优化，在高速环境下保障可靠的数据通信，有效利用各种无线网络资源服务于铁路行业等问题还有待深入研究。

1 数据传输需求

高速综合检测列车在保障铁路运行安全方面起着非常重要的作用。通过将各专业检测系统集成于1辆车上，可同时对铁路沿线轨道、弓网、通信、信号等基础设施状态进行时空同步检测。从高速铁路的安全管理和运行维护出发，检测产生的大量数据，尤其是发现的严重病害数据、超限报警数据及列车运行关键信息，需及时发送到地面数据分析处理中心进行处理。一般通过电话或邮件方式进行车-地间信息或数据传递。而对于完成一个交路或一个检测计划任务后所形成的大量检测数据，则只能通过检测人员刻盘或存储到移动硬盘的方式带回到数据分析处理中心。该方式使检测数据得不到及时分析处理、延误养护维修时机，危及列车运行安全。如何将这些检测数据及时、准确地传送到地面数据分析处理中心，已成为亟待解决的关键技术之一。

按照传输实时性要求，可将高速综合检测列车检测数据分为两类：一类是检测过程中产生的严重病害数据、超限报警数据（统称报警信息）和运行关键信息（包括列车运行线路、行别、速度、里程等信息）；另一类是检测任务完成当日各专业所有检测数据，这类数据一般较大，需要在高速综合检测列车完成检测任务入库停车后，及时传输到地面数据分析处理中心。高速综合检测列车各个专业检测数据统一存储到综合数据管理服务器上，进行统一管理，并定义了专用数据接口协议。

2 系统方案设计

通过考察铁路沿线尤其是京沪高速铁路沿线各种无线通信网络覆盖特点，提出综合采用短消息（GSM）、3G（中国电信、中国联通）网络及铁路GPRS网络将报警信息、运行关键信息实时传送到地面数据分析处理中心，并通过短消息方式将紧急报警信息发送到相关负责人的手机上，同时高速综合检测列车也可及时接收到地面数据分析处理中心发送的指令。采用“WLAN+铁路数据网”方式实现大量检测数据的及时传输。在高速综合检测列车停靠的动车库建立通信中转站，一方面可与高速综合检测列车通过WLAN网络建立无线链路连接，另一方面通过铁路数据网与地面数据分析处理中心建立有线连接。当高速综合检测列车完成当日检测任务入库停车后，可自动建立WLAN无线网络连接并将检测数据发送到中转通信服务器，该服务器接收到完整检测数据后，自动上传到地面数据分析处理中心通信服务器。

3 系统结构组成及功能特点

从系统整体构成上划分，车-地无线数据传输系统由3部分组成（见图1）。车载通信子系统由通信服务器、车载天馈系统和无线通信模块组成。负责与车载综合数据服务器连接，从中自动获取待发送数据，并完成将各类检测数据分级、分类处理后，选择最佳网络（信道）发送到地面数据分析处理中心的功能。地面基地站通信中转子系统由通信服务器、WLAN无线通信模块、WLAN宽带天线组成。通信中转服务器通过WLAN无线网络自动接收高速综合检测列车传输的大批量检测数据，再经铁路数据网上传到地面数据分析处理中心。北京地面数据分析处理中心通信子系统主要由公网、专网通信服务器组成，负责接收、存储检测列车发送的各类检测数据。

系统主要实现如下功能：

（1）检测报警信息、关键运行信息的实时传输功能。系统中综合使用3G网络、铁路GPRS网络及GSM网络，可根据运行线路的网络覆盖及信道容量实时监测情况，自适应选择最佳信道进行传输，在现有条件下最大限度保证数据传输的实时性和可靠性。

（2）大容量检测数据的到站传输功能。

（3） 提出一套适用于高速综合检测列车数据传输的优先级算法，保证高优先级数据的优先传输。

（4）为保证数据安全、可靠传输，对数据进行加密/解密、压缩/解压缩运算。

（5）适应高速综合检测列车的数据接口协议，系统可自动获取需要发送的各类数据，地面数据分析处理中心通信设备可将接收到的数据自动存储到相应的数据库中。

4 系统传输网络结构及实现

4.1 铁路GPRS专网在系统中的应用实施

图1 系统总体结构

图2 基于铁路GPRS网络的车-地数据传输拓扑

基于铁路GPRS网络的车-地数据传输拓扑见图2。车载端配置铁路GPRS网络通信模块，在地面数据分析处理中心设置通信服务器，并接入铁路GPRS专用网络。铁路GPRS网络的使用首先需要向铁道部运输局通信处上报系统设计方案、传输内容、传输数据大小等，同时申请以下内容：（1）数据分析处理中心通信服务器与北京铁路局机房MGRIS服务器的铁通专线连接；（2）申请GPRS数据传输专用SIM卡1张，用于车载GPRS无线终端，用于数据传输的每张SIM卡需绑定一个固定IP地址；（3）申请为数据分析处理中心通信服务器分配一个固定IP地址。

4.2 “WLAN+铁路数据网”在系统中的应用实施

基于“WLAN+铁路数据网”的数据传输网络拓扑见图3。在车载端配置WLAN无线通信模块，在列车停靠的动车库配置通信中转服务装置（需同时连接WLAN无线网络和铁路数据网），在地面数据分析处理中心配置数据接收通信服务器（连接铁路数据网）。WLAN无线网络的布置和铁路数据网的使用首先需要向铁道部上报设计方案。该方案的制定可由北京铁路通信技术中心协助完成，方案内容包括中转通信服务子系统安装地点选择、安装设备清单、具体施工方案及铁路数据网连接起始点、相关网络设置及连接起始点的固定IP地址分配。

图3 基于“WLAN+铁路数据网”的数据传输网络拓扑

图4 基于公网的实时数据传输网络拓扑

4.3 3G公网在系统中的应用实施

基于公网的实时数据传输网络拓扑见图4。在车载端配置3G网络无线通信模块，在地面数据分析处理中心设置通信服务器（接入互联网专线）。该网络使用相对简单，按照车载端无线通信模块的配置采购相应的SIM卡（本系统使用中国联通、中国电信3G网络）。地面数据分析处理中心互联网接入采用中国联通专线，需要固定IP地址。

5 结束语

适用于高速综合检测列车的无线数据传输系统已实现所有设计功能，该系统可最大限度地利用铁路沿线各种无线网络资源，实现报警信息、运行关键信息的实时传输；采用“WLAN+铁路数据网”的方式实现当日检测数据的及时传输；适应高速综合检测列车专用检测数据接口协议，满足高速综合检测列车的数据传输需求；为京沪高速铁路的安全运行和综合科学化管理提供有力的辅助技术手段。

[1] 贾志凯，韩激扬，吕赫. 动车组车载信息车地间数据传输协议集的设计[J]. 铁路计算机应用，2011，20(5)：15-17