基于GPRS通信技術的機車運行實時監測系統

于建順 洛琳 余丹 華東交通大學電氣與電子工程 330013

基于GPRS通信技術的機車運行實時監測系統

于建順 洛琳 余丹 華東交通大學電氣與電子工程 330013

列車在途中運行，隨時都有可能遇到各種突發原因導致中途停車或其它意外事故，本文針對目前列車運行狀態監測實時性差的缺點，為確保列車平穩、高速、安全運行，提高鐵路機務部門對在途機車的運行監管能力，設計了一種基于GPRS通信技術的機車運行實時監測系統，制定了機車運行狀態監測系統的整體設計方案，并闡述了GPRS無線通信技術在機車檢測系統中的優點。結果表明GPRS無線通信技術應用到列車運行檢測系統中具有較高的可靠性、實用性和經濟性。

GPRS；數據傳輸；機車運行狀態監測

引言

隨著我國列車速度的不斷提高，鐵道部對列車運行的安全提出了更高的要求。因此，各種為機車運行安全服務的監測系統和監控系統得到廣泛應用。同時也產生了新的問題，大量的監測和監控數據必須人工采集、傳送到地面相關部門進行處理，處理完的數據有一些還要以報表的形式傳送到管理部門保存。現有的人工方式存在數據的安全性和可靠性差、缺乏對操作員的管理、工作效率低、通用性和數據時效性差等。所以，如何將列車運行過程中的速度、位置和線路參數信息等通過GPRS無線通信方式傳遞到地面子系統（行車指揮中心），為運輸組織和機車管理提供及時、可靠的指揮依據，同時各級調度所和機車管理部門也可以通過網絡向司機直接下達調度指令，指揮司機正確操縱列車運行，為鐵路運輸提供安全、高效、可靠的保障，成為目前研究重點。

GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的簡稱，它突破了GSM網絡只能提供電路交換的思維定式，在現有的GSM網絡基礎上疊加了一個新的網絡，充分利用了現有的移動通信網絡設備。GPRS永遠在線、按流量計費、快速登錄、高速傳輸等優點。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務，特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。又由于中國移動GPRS覆蓋范圍廣的特點，使得它特別適合遠程監測等行業的通信要求。本系統中主要利用了GPRS數據傳輸業務來實現車載設備和地面子系統之間的遠程無線通信。

1.系統的基本組成

圖1 系統組成框圖

圖2 車載設備系統構成圖

系統組成框圖如圖1所示，GPRS無線通信技術的機車運行狀態監測系統主要包括三個部分:車載子系統、地面子系統和通信網絡。車載子系統，即查報裝置，其核心是一個ARM微處理器，實現對GPRS模塊的控制和其它程序控制，另外還有一些外部接口，實現與機車設備的通信和以備擴展使用。整個車載設備主要負責實現機車相關信息的收集、存儲和發送。地面子系統以數據中心計算機為核心，配合地面設備的使用，可實現與車載設備之間的短消息、電話和GPRS數據傳輸三種通信。數據中心計算機根據來自外部輸入的信息和來自車載設備回傳的信息，進行數據的綜合分析和處理，將機車運行狀態呈現于監測界面上，并且通過三種通信手段的靈活運用，能夠實現對車載設備的遠程通信配置和數據查詢。車載子系統和地面子系統之間的通信鏈路建立在GPRS網絡和INTERNET互聯網的平臺基礎之上，結合網絡通信應用程序的開發，最終使得數據在網絡中安全、可靠、及時地傳輸。

2.車載子系統

車載設備包括主機（車載安全計算機、軌道信息接收模塊、應答器信息接收模塊、列車接口單元運行記錄單元等）、人機界面、速度傳感器、應答器信息接收天線、軌道電路信接收天線等。車載設備系統構成圖(以CRH2型動車組為例)如圖2所示。

車載安全計算機采用高可靠的安全計算機平臺，根據地面連續式和點式設備傳輸的空車信息、線路數據以及列車參數，生成連續式速度監控曲線，監控列車安全運行。軌道電路信息接收模塊用于接收ZPW-2000系列軌道電路低頻信息，并將信息同時供給車載安全計算機和列車運行監控裝置（LKJ）。應答器信息接收模塊用于接收處理應答器信息，并將解碼得到的應答器報文提供給車載安全計算機。人機界面（DMI）顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離，并可接收司機輸入。

3.地面子系統

地而監控子系統的核心是故障診斷專家系統，其次還包括機車狀態實時顯示系統和機車部件病歷管理系統。

故障診斷專家系統仿真機務技術人員判斷故障的過程，對機車進行故障診斷與定位。它主要由知識庫、推理執行機構、知識獲取機構等構成。其中知識庫的形成及其知識的數量和質量是衡量專家系統好壞的重要因素。推理執行機構是專家系統的另外一個重要組成部分，它根據規則庫中的規則以及實時數據庫中的信息，確定故障及發生的原因，如果規則庫中沒有該規則，則調用知識獲取機構，在規則庫中產生新的規則。

所以地面子系統在數據積累方面是非常必要的。經過一定時間的數據累計，系統還可以生成機車優化操作曲線，給司機優化駕駛提供指導。

4.系統通信方案設計

根據系統需求分析，本課題設計了如圖3所示的數據傳輸回路，它實際上提供了兩個獨立的數據傳輸回路。一是通過GPRS網絡和INTERNET網絡構成的數據通信回路，二是通過GSM網絡構成的短消息通信回路。其中G P R S網絡和INTERNET網絡構成的數據通信回路是主要回路，負責列車運行數據實時傳輸；GSM網絡構成的短消息通信回路作為備用回路，當GPRS回路故障時，為保證車地實時傳輸數據而設計的備用回路。針對圖3所示的GPRS數據傳輸回路有幾個地方值得注意：

1）、車連地。在現有的網絡環境條件下，車載終端必須主動連接地面數據中心，否則數據中心無法通過網絡找到終端設備。

2）、車載GPRS模塊獲得的端口是有時效的。

圖3 數據傳輸回路框圖

3）、在進行GPRS上網操作之前，首先對GPRS模塊進行一定的設置。

4）、TCP連接方式。本文選擇的GPRS模塊內置了TCP/IP協議，為用戶提供TCP和UDP兩種連接方式的選擇，雖然UDP比TCP的傳輸效率高，但考慮本系統傳輸數據量大且要求可靠性高等其它因素，本系統采用了TCP連接方式。

綜上所述，機車運行狀態監測系統充分利用中國移動公網資源，建立了基于GPRS無線網絡的遠程數據傳輸平臺，從而實現了車地之間的雙向通信。

4.結束語

經過一系列的調試和實際使用，充分驗證了系統設計的正確性和合理性。利用GPRS數據通信的方式進行列車監控數據無線傳輸系統的構建將更有利于系統的穩定，也更能保證系統的實時性，具有良好的應用前景。在鐵路沿線均鋪設GPRS移動通信網絡的前提下，可以預期，隨著GPRS網絡的不斷完善和市場需求的不斷擴大，GPRS車載系統將會有更廣闊的應用前景。

[1] 張青苗，汪 斌, 無線傳輸技術在行車安全監控系統中的應用[J]. 南昌: 華東交通大學學報.2008, 25(5): 46-50.

[2] 延翠. 基于GPRS無線通信技術的機車運行狀態監測系統研究[D]. 湖南: 中南大學.2008, 5.

[3] 金 元. 基于GPRS無線網絡的電力機車狀態實時監測[J]. 成都:總線與網絡. 2008

[4] 徐嘯名.裂空車載設備（CTCS2-200H型）[M].北京：中國鐵道出版社.2008.

[5] 潘田，郭世明.基于GPRs的機車實時監測系統[J]. 國外電子測量技術.2006,25(5):46-49.

于建順 性別：男 籍貫：江西，出生年月：1984年1月 就讀學校：華東交通大學碩士研究生，研究方向：高速列車的運行建模。