TVDS探測站通道故障診斷系統的研制

陳 冬 中國鐵路上海局集團有限公司車輛部

1 概述

鐵路客車故障軌旁圖像檢測系統（TVDS）在保障行車安全方面發揮了重要作用，取得了良好效果。TVDS系統由沿線軌旁探測站設備、調度監測中心及網絡傳輸通道等組成，現場軌旁探測站設備由車輛部門維護，探測站至調度監測中心的網絡通道由電務通信部門維護。

在日常維護中發現，由于缺少網絡傳輸通道末端的有效監控手段，增加了TVDS系統故障處理難度，無法及時發現現場告警，無法準確判斷障礙是通信設備原因還是網絡通道的原因，導致車輛及通信維護部門需要花費較大工作量開展障礙分析定位及現場排查處理工作，在某種程度上也給列車的安全穩定運行帶來了一定的隱患。

大量的實際運行數據表明，當設備漸進性功能失效時，前期會出現通信質量變差的情況，表現為信噪比降低，通信延時加大，丟包率增加等。此時設備雖然可用，但已處于故障的邊緣，對于使用者而言此時需要密切關注。

根據要求，需按周、月等時間節點對TVDS系統故障進行統計，并要求對故障原因進行具體分析，而目前維護人員只能通過人工方式進行統計，工作量大，影響了工作效率。

2 項目建設目標

實現TVDS探測站通道實時監測、故障自動定位、通道質量監測，實現通道故障及時報警、故障遠程維護、故障分析統計，完成TVDS通道智能化運維，有效提高運維效率，節約運維成本。

3 系統原理

系統運行基于TVDS通道實時狀態獲取，當系統獲取到TVDS通道的異常狀態時，即啟用系統的通道故障診斷功能，由此項功能完成對通道異常狀態進行智能診斷及故障點判定，并將通道的故障信息與實時狀態一同展示在監測平臺上，完成系統的通道實時監控與故障定位，并依據故障信息實現系統的報警、分析、統計等功能。系統工作流程如圖1所示。

圖1 系統工作流程

3.1 數據采集

實時接收監測設備上傳的監測信息，根據約定的協議格式對報文數據進行解析。報文解析完成后，組裝發送響應報文給監測設備。如果監測設備上報的狀態數據中有一個或多個設備狀態為異常，則將狀態指示燈設置為“閃爍”。若能夠收到監測設備的上報數據，則認為整個通信通道都是正常的，因此為了保證狀態的實時性，需及時將該通信通道上設備的狀態都設置成“正常”。

為了能夠在通信通道發生故障的時候能夠及時發現故障，并迅速判斷故障原因，設計了監測數據輪詢判斷模塊。流程如圖2所示。

圖2 獲取網絡質量參數流程示意圖

為了能夠更加及時準確地提供通道通信質量信息，為維護人員提供更早、更精確的預警信息，需要獲取更多的網絡質量參數。

3.2 故障診斷

定時診斷當前網絡通訊質量，檢查網絡是否通暢，當網絡出現故障時，定位故障點。利用ICMP協議中的網絡監測功能，可以追蹤探測站通信設備到調度中心之間的網絡質量狀況（如時延、丟包率等）。通過分析這些信息，可以診斷出發生故障的網段。

3.3 數據傳輸

定時上傳TVDS通道狀態數據、網絡通道質量信息、以及通道故障原因。如果傳輸網路斷開，系統會保持正常采集并緩存數據，直到網絡恢復后，將所緩存的數據發送出去，最大可能的保證系統在網絡環境異常時，數據采集不受影響。

4 系統功能

4.1 實時診斷

實時監測TVDS通道主機和鏈路設備的狀態以及網絡通道質量參數（包括丟包率、時延、流量、上下行信噪比等），當通道出現故障時自動診斷故障原因。

系統利用ICMP協議判斷網絡設備能否到達，對于支持SNMP協議的設備，通過SNMP協議獲取并判斷設備工作狀態。系統利用SNMP協議，從網絡傳輸設備獲取與之連接的鏈路狀態，并以此判斷網絡鏈路的通斷；如設備不支持SNMP協議而支持WEB管理頁面，系統則通過HTTP協議，從設備上獲取相應的狀態。

4.2 故障報警

當診斷到通道發生異常時，系統及時進行故障報警，提醒運維人員及時處理。

首先監測平臺會有聲音報警提示，界面右下角自動彈出報警消息提醒框。點擊報警消息提醒欄中任意一條異常報警信息，界面跳轉至報警展示界面，顯示通道異常詳細信息，定位故障點。

報警展示頁面以列表形式統計當前正在報警的通道，詳細展示故障原因，以便定位可能的故障點。

頁面右上角消息提醒會顯示報警個數，點擊消息提醒按鈕，可以重新打開消息提醒框，顯示詳細報警信息。

4.3 遠程維護

通過智能電源實現遠程重啟TVDS探測站內網絡通信設備。智能電源有網口、CPU、多路繼電器組成，當系統診斷到通訊設備異常時，由網管或監測設備下發重啟設備的指令，CPU通過網口接收信號，判斷開啟或關閉某路繼電器，實現遠程重啟設備的功能。

當用戶操作遠程手動重啟通信設備時，系統會自動記錄重啟方式、重啟時間以及重啟結果等記錄上傳至監測平臺，并存儲至實時數據庫。

5 應用前景

TVDS探測站通道故障診斷系統基于實時狀態監測技術、網絡診斷技術以及嵌入式開發技術，結合實時數據壓縮算法、故障定位分析算法、實現TVDS系統通道的實時監測、及時報警、準確定位故障、系統故障分析、遠程維護通信設備等功能，為故障排查和故障分析統計提供強有力的手段，實現了TVDS系統通道運維的自動化和智能化，有效提高了通道運維的效率和管理水平，大大節約了通道運維的人力成本與投入，為TVDS設備的穩定運行提供有力保障。