城市軌道交通列車實時無線傳輸技術的應用

（中車長春軌道客車股份有限公司總體研發部，130062，長春∥第一作者，工程師）

城市軌道交通列車實時無線傳輸技術的應用

文永亮 歐陽瑞璟 王艷秋

（中車長春軌道客車股份有限公司總體研發部，130062，長春∥第一作者，工程師）

隨著城市軌道交通技術的發展，遠程無線傳輸技術已開始應用于運行中的列車信息傳輸。實時無線傳輸技術可將列車運行狀態及列車故障等信息可靠地傳輸到地面，以方便地面運營維護人員及時了解車輛運行狀態，從而為列車運行提供遠程技術支持和遠程故障診斷。

城市軌道交通列車；無線傳輸；故障診斷

Author′saddressCRRC Changchun Railway Vehicles Co．，Ltd．，130062，Changchun，China

隨著城市軌道交通的快速發展，支撐安全運營的相關業務不斷增加，迫切需要將列車運行狀態及列車故障等信息實時并可靠地傳輸到地面，以方便地面運營維護人員及時了解車輛運行狀態，從而為列車運行提供遠程專家支持和遠程故障診斷。遠程無線傳輸技術能很好地滿足此需求，它可以將相關數據可靠地傳輸到地面，通過在地面設置的服務器，實現遠程專家技術支持和遠程故障診斷的功能。本文以某車輛段試車線的試驗段改造為基礎，對列車遠程無線傳輸技術開展應用分析。

1 技術方案

無線傳輸系統主要功能是收集列車數據，通過無線方式發送列車信息到地面接收站（服務器），從而為列車運行提供遠程專家技術支持和遠程故障診斷。無線傳輸系統與地面接收站的通信如圖1所示。

圖1 列車無線傳輸通信系統

通過地面覆蓋的無線局域網絡，列車將實時故障及運行數據發送到地面信息服務器，地面信息服務器解析后進行列車狀態及故障的實時顯示。列車實時運行數據主要包括：時間、車次、編組、速度、位置等信息；牽引和制動狀態；牽引電壓和電流等關鍵運行參數；車門、空調等設備工作狀態信息。實時故障數據主要包括對列車運行影響較大的各類故障信息。

列車監控管理系統（TCMS）主機將運行中的列車運行數據及故障數據等通過車地無線專用通道實時傳送至地面信息服務器。TCMS主機將列車狀態數據經以太網接口傳輸給監控主機，再經過車載網絡設備、車載AP（接入點）、地面AP等設備組成的車地無線傳輸通道，將數據傳輸至地面信息服務器。為安全考慮，無線傳輸系統配置了企業級硬件防火墻，地面信息服務器通過防火墻和路由器連接至公網。無線傳輸系統拓撲圖如圖2所示。

圖2 無線傳輸系統拓撲結構

在地面部署一套EWP－WX3024E有線無線一體化交換機，對無線AP等系統內設備實現統一管理，以便能夠隨時監控無線傳輸系統每一個AP的工作狀況。

車地無線網絡主要由軌旁AP與車載AP構成，AP產品的選型均采用基于IEEE 802．11ac標準的新一代無線AP。車地無線雙向實時傳輸系統作為傳輸網絡的延伸，提供地面與列車之間的通信，車地無線雙向傳輸基于IEEE 802．11ac標準實現。車地無線通信能夠保證列車在高速行駛的情況下，滿足列車實時數據傳輸要求，以有效帶寬不低于30 Mbits／s的速率在列車和地面間雙向傳輸，并能保證最小延遲，同時保證車載AP與軌旁AP切換時做到“0”丟包。

2 方案實施

技術方案的實施主要有車載硬件設備的安裝和地面硬件設備的安裝兩個部分。

2．1 車載硬件設備安裝

基于車輛目前實際情況，需要在列車上加裝以下設備：智能型定向扇區天線，安裝在司機室頂部；專用無線AP，安裝在司機室電氣柜中；視頻電纜等附件，用于天線與車載AP、車載AP與數據存儲設備的連接。

2．2 地面硬件設備安裝

需要在地面安裝的硬件設備主要有：列車信息服務器、路由器、防火墻、有線無線一體化交換機、光電轉換器、定向扇區天線、軌旁AP箱、光電收發器、視頻電纜及光纜等附件。以上設備按照安裝位置可以分為機柜安裝、軌旁AP及天線安裝、軌旁布線等3部分。

（1）機柜安裝：地面設備大部分安裝于標準機柜內。機柜內設備包括列車信息服務器、路由器、防火墻、有線無線一體化交換機、光電轉換器、配電開關等。

（2）軌旁AP及天線安裝：軌旁設備主要為軌旁AP箱和AP天線。

（3）軌旁布線：軌旁設備的供電需要從機柜中引出，軌旁AP與地面信息服務器的通信光纜也需要從機柜中引出，這些接線均布置在軌旁。

3 數據應用

地面信息服務器接收到車輛傳輸的數據后，以網站的形式呈現給用戶，用戶可以通過電腦、手機等移動終端登錄，從而為列車運行提供遠程專家技術支持和遠程故障診斷。網站的監控功能列表主要包括：列車狀態查詢、運行數據查詢及故障信息統計等。

（1）列車狀態頁面。其顯示了所有列車的運行狀態，主要包括序號、列車號、狀態、運行模式、網壓、網流、起始站、終點站、下一站等信息（見圖3）。

（2）運行數據頁面。通過單擊列車編號可以查看該列車詳細的運行數據，主要包括運行狀態、通信狀態、牽引輔逆狀態、制動狀態、空調狀態等信息（見圖4）。每列車的當前故障發生和消除信息也會在頁面上實時顯示。

圖3 列車狀態頁面

圖4 列車運行數據頁面

（3）故障信息統計頁面。故障信息統計頁面具備以下功能：①可以按照列車編號及故障等級進行故障查詢，查詢結果顯示目前所查詢車輛所有已發生的故障；②重要運行數據趨勢分析功能，可以按照列車號及時間查詢數據趨勢；③可以按列查詢列車每日故障情況，查詢結果顯示所查詢日內該車所有發生的故障；④可以按照列車編號、故障等級、故障模式及發生時間等對記錄的所有故障信息進行查詢，查詢結果以列表的形式顯示；⑤可以將所查詢時間段內所有的故障按照故障模式進行統計分析，并以餅狀圖和柱狀圖方式顯示。

（4）全網監控頁面。全網監控頁面可以顯示所監控的所有列車當前實際所處位置，用戶可以實時查看在線列車當前所處的站點區間（見圖5）。

4 結語

城市軌道交通列車無線傳輸技術按數據傳輸方式可以分為兩種：一種是在線路上布置無線AP，通過無線局域網進行數據傳輸，此方式的缺點是前期投入較高，優點是傳輸速度快且穩定，后續基本無費用支出；另一種是采用3G／4G網絡傳輸數據的方式，此方式前期投入相對較少，易于實現，但使用網絡流量需繳納費用，同時因為使用的是公網，安全性也相對較低。

圖5 列車運行全網監控頁面示例

［1］ 上海申通地鐵集團有限公司．上海江楊北路試車線試驗段無線傳輸系統實施方案［R］．上海：上海申通地鐵集團有限公司，2012．

Real－time Wireless Transmission Technology Applied to Urban Rail Transit Vehicle

WEN Yongliang，OUYANG Ruijing，WANG Yanqiu

With the development of urban rail transit technology，the remote wireless transmission technology has been widely applied to urban rail transit trains．This technology could transmit the real－time status and fault information of the train to the control center，helping the operation and maintenance personnel to understand the running state of the vehicle timely，and provide remote technical supports and remote train fault diagnosis at the same time．

urban rail transit vehicle；wireless transmission；fault diagnosis

U285．21＋1

10．16037／j．1007－869x．2017．02．000

2016－09－21）