基于TRDP實時以太網在高速列車火災自動報警系統中的應用

馮鎖磊

摘 要：高速列車的發展與網絡的發展都是民生項目，與人們的日常生活和日常學習都息息相關。我國這兩項技術的發展與應用處于世界先列地位，并且與鄰國之間展開了戰略合作，這為我國高速列車與網絡的發展應用提供了支持。文章以基于TRDP實時協議以太網火災自動報警系統的應用為主要論點展開研究，以期能夠為我國的軌道交通行業中火災自動報警系統的應用研究作出一定貢獻。

關鍵詞：TRDP實時以太網;火災自動報警系統;高速列車

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0039-02

0 引言

隨著我國經濟水平的提升、科學技術的發展，高速列車已經為我國人民的生活帶來了很大的便利，人們利用高速列車改善了自身的生活形式，而且我國高速列車技術的研發運營水平處于世界領先地位。但我國的高速列車在運行過程中也還有很多矛盾需要調和，例如火災自動報警系統。本篇文章利用基于TRDP協議實時以太網的功能來對高速列車上的火災自動報警系統設計進行有效研究，希望能夠為軌道交通中火災自動報警系統的發展提供支持。

1 高速列車火災的主要特點

如何更高效地進行高速列車火災自動報警系統的研究，就必須明確高速列車火災的特點，才能夠根據高速列車上火災的特點作出反應，研究出適應高速列車防火的火災自動報警系統。

第一，高速列車的行駛速度快。一旦列車上發生火災，在風的作用影響下火勢就會迅速蔓延，對乘客和車輛的安全造成嚴重影響。

第二，高速列車的火災控制難度大。主要因為兩點原因，一是高速列車上人員比較密集，發生火災時乘客在慌張的情況下難以有正確的心理狀態來逃離火災，這是造成高速列車一旦發生火災難以逃生的主要原因;二是外界救助比較困難，高速列車是在軌道上運行，大部分運行區間都是遠離城市，如果高速列車在運行途中發生火災，申請外界救助的難度比較大。

基于以上兩種原因，高速列車發生火災造成的后果比普通火災造成的后果要嚴重很多，而且救助很困難，所以我們就必須大力開展高速列車中火災自動報警系統的研究，學會防患于未然，才能真正防止火災對乘客們造成傷害，才能將高速列車的安全指數提升到最高。

2 基于TRDP協議的實時以太網技術的研究

TRDP（Train Real-time Data Protocol）協議，適用于列車通信網絡TCN中的以太網通信網絡架構ECN，由IEC61375-2-3規定其標準。法國阿爾斯通、德國西門子、日本三菱等國外鐵路設備企業，已對標準大力推廣。此標準制定的主要原因是目前列車通訊的數據量劇增，而傳統列車總線MVB越來越無法滿足大數據量傳輸，所以采用以太網通訊，可以滿足數據的傳輸要求。由于其在價格相對MVB通訊網卡，較低廉，速度快，數據量大等優點，使之成為未來TCMS網絡發展的一個重要方向。

TRDP協議位于TCP/UDP傳輸層之上。TRDP主要用于過程數據（Process Data）和消息數據（MessageData）的傳輸。過程數據主要用于列車控制，傳遞命令和狀態消息，數據量大，要求高可靠性、實時性和確定性，一般周期性傳送。消息數據主要用于故障和診斷信息，數據量長短不一，一般按需傳送，需要一定的實時性。基于TRDP的應用無論在終端設備、編組或者列車內部或者外部，都可以彼此之間以透明的方式通信。

PD和MD通信基于生產者/消費者模型，包含push和pull操作。PD消息一般由發布者（publisher）發布PD消息，訂閱用戶（subscriber）接收此PD消息。MD消息通常由請求者（caller）發出請求，已監聽的應答者（replier）作出回復，請求者再確認收到應答。

隨著科學技術的發展，列車上的很多管理工作都必須利用數據傳輸工作來完成，所以實時以太網便可以運用于這一系列的數據傳輸工作。目前，我國對列車的數據傳輸工作的要求已經越來越高，在這種高要求、高標準之下，基于TRDP協議的實時以太網技術的研究也越來越透徹。

3 TRDP協議的實時以太網在高速列車火災自動報警系統中的應用

3.1 國內高速列車火災自動報警系統與車輛網絡的主要通訊方式

中國高速列車火災自動報警系統與車輛網絡之間的信息交互方式主要有以下幾種方式：以中車長客股份生產的CRH5型動車組為代表的I/O觸點式火災自動報警系統;以中車四方股份生產的CRH2型動車組為代表的電流環串行總線接口火災自動報警系統;以350公里中國標準化動車組為代表的基于列車總線MVB通訊接口的火災自動報警系統。

3.2 實時以太網在高速列車火災自動報警系統中的應用

由于列車上需要傳輸的數據量越來越大，實時性要求越來越高，以往通訊方式的弊端日趨顯現。火災自動報警系統設計開發人員對系統的整體性能提升，并且將以太網運用到了新研制高速列車火災自動報警系統中去。在250公里中國標準化動車組中的火災自動報警系統已配備了TRDP實時以太網卡，現階段也實現了消息數據的上傳但還未進行用于列車控制的過程數據傳遞。

列車實時以太網按使用功能劃分為：控制功能和維護功能，控制數據的傳輸可靠性通過設置網絡優先級來保證。列車實時以太網按使用范圍分為兩級：車輛級和列車級。車輛級火災自動報警系統由一臺火災報警控制器和若干只火災探測器組成，安裝在火災報警控制器內部的以太網卡有固定分配的IP地址，并分配有全球唯一的MAC地址。車輛級火災自動報警系統通過ECN交換機與列車級網絡承載設備ETBN路由器組成列車級火災自動報警系統。列車級火災自動報警系統由8臺或16臺車輛級火災自動報警系統組成。

實時以太網卡對外接口使用雙網口時：火災自動報警系統維護使用和控制使用可分別使用不同的IP地址，維護功能可登錄ETBN對系統進行數據下載、軟件升級、數據查詢等功能操作。實時以太網卡對外接口使用單網口時：系統控制功能使用TRDP協議的PD模式的過程數據，系統維護功能使用TRDP協議的MD模式的消息數據。TRDP協議見表1。

基于TRDP協議的實時以太網技術在高速列車報警系統中的應用具體流程如下：

首先，啟動列車之后，火災自動報警系統和其它各個車載子系統完成初始化后，基于TRDP協議的ComID便可以進行數據傳輸工作。

其次，安裝在列車客車室內各個部位的火災探測器探測到火情的發生，便會通過火災報警控制器內的實時以太網進行災情信息的傳輸。車載無線傳輸設備將信息傳送至地面數據接收系統。

最后，數據處理中心便會對這組數據進行有效分析，得到分析結果之后，便會將相關的信息傳輸給車廂管理人員以及消防部門與醫院，再由具體的情況進行相關事務的處理。

使用實時以太網實現的列車實時數據的傳輸有傳輸速度快、容量大、兼容性好等特性，使用列車實時通信協議TRDP保證網絡通信的完整與實時性，包括存儲、發送/接收、可選擇的排序、通信量的形成。適用于在ETBN上的TCN過程數據或者消息數據的交換，TRDP的執行是在TRDP底層，TCP/UDP的上層。在總線上的所有TRDP數據作為大開端和字節隊端被定義。在命令TRDP服務原語發送數據之前，應用層將會讓明確的服務原語安排用戶數據的排序。

3.3 高速列車中火災自動報警系統與實時以太網結合發展的方向

建立車載預測及健康管理平臺PHM。通過火災報警控制器內部件級以太網PHM模塊實時的將安裝在車輛各部位的火災探測器實時監測到的煙霧值、溫度值等數據通過列車級PHM進行信息傳輸，地面大數據綜合PHM系統能夠對高速列車上火災自動報警系統的實時狀態信息進行監測、故障分析與預測、健康評估，可提高列車運行安全性、系統可靠性、應急聯動實時性。

4 結語

我國的高速列車在世界上安全系數排名位居世界前列，但列車產生火災的情況也時有發生。目前，將互聯網技術與高速列車的火災自動報警系統的設計作了一定的嫁接，將互聯網技術運用到了高速列車的火災自動報警系統的研究中去，最大限度的降低火災對行車安全和人生安全造成的影響。文章以基于TRDP協議的實時以太網技術在高速列車火災自動報警系統中的運用作為研究對象，以期通過TRDP協議的實時以太網技術的運用來不斷更新互聯網技術在高速列車火車報警系統里的應用，從而取得較大的科學進步。希望本人的研究只是拋磚引玉，能夠帶動在研究界的泰斗積極發表自己的意見，來促進學科的發展，推動科學技術的進步。

參考文獻

[1] 程艷麗，尤新，喬長亮.TRDP協議在列車控制管理系統中的應用[J].通訊世界，2017（23）：338-339.

[2] 張家良.基于T-MPLS的分組傳送網中以太網業務接入的研究與實現[D].北京：北京郵電大學，2010.

[3] 翟雅萌，李超，田麗.基于列車實時以太網過程數據通信研究的設計[J].工業控制計算機，2017，30（02）：8-9+13.

[4] 符偉杰，劉志剛，吳娟，等.基于工業以太網的高速列車通信網絡仿真研究分析[J].城市軌道交通研究，2012，15（12）：69-73.

[5] 李濤.CTCS-3級列控系統仿真測試平臺，CTCS-3級列控系統仿真測試平臺[D].北京：北京交通大學，2009.