基于云計算的列車運行控制系統診斷中心

列車運行控制系統故障診斷是保證列車安全穩定運行的重要環節，是保持和提高列車運輸能力的重要因素。隨著分布式診斷組件應用的增加，對集中式診斷系統的需求也逐漸增強。運營商可以利用集中式診斷系統實時獲取列車運行控制系統的當前狀態數據，對所有相關的系統組件進行診斷，從而了解并記錄其功能狀態。西門子（Siemens）公司開發的Sidis Workstations（WS）診斷中心就是基于云計算的集中式診斷和預測系統（圖 1），本文將對其結構和功能進行介紹。

1 本地診斷組件

Sidis WS診斷中心的本地診斷組件是一個由數據采集單元（DCU）和具有相應存儲介質的Sidis數據存儲應用程序（Sidis DS）組成的數據記錄系統。

DCU以非交互的方式從列車各系統中提取數據，并將其以Wireshark（用于分析和準備數據協議的免費軟件）兼容的PCAPNG（Packet CAPure Next Generation）格式保存。

Sidis數據轉換器用于對獲取的原始數據進行實時轉換，并將其分類存儲在本地數據庫中。電控集中裝置（EIL）、數字集中裝置（DIL）、歐洲列車控制系統（ETCS）和列車運行控制系統（OCS）中都配置了相應的本地數據轉換器。Sidis數據轉換器應用程序支持用戶界面的語言切換和各種輸出格式，提供多種過濾器選項，可根據選擇內容顯示電子維護手冊中的相關說明和提示。借助這些功能，用戶可在本地診斷組件上利用診斷中心對列車運行控制系統各組件進行詳細的故障分析。

2 診斷中心系統結構

Sidis WS診斷中心的核心組件是帶有互聯網信息服務器（IIS）的Sidis WS計算機、網絡服務器及數據庫。這是一個可用性非常高的冗余系統，具有2個電源和1 個由數塊硬盤組成的磁盤陣列（RAID）系統。

診斷中心通過寬帶診斷網絡與所有監控區域連接。用戶可根據監控區域的大小和結構，在監控區域中設置控制區及其下屬子中心（圖2）。診斷中心還配備了1個網絡監視系統（Sidis NMS），可對整個診斷網絡和本地的下級診斷組件進行監控和診斷，例如監視本地的數據存儲系統，識別其是否對DCU的所有配置通道進行了正確記錄。

2.1 與控制區的連接

Sidis WS診斷中心通過診斷網絡與待監控的控制區連接。用戶可以借助Sidis運行控制系統（Sidis OC）監控該區域中列車運行控制系統組件（硬件和軟件）的狀態。相關數據將通過DCU以非交互的方式傳輸給Sidis遠程應用程序（Sidis OCR），并在診斷中心中顯示。

2.2 與子中心的連接

Sidis WS診斷中心通過診斷網絡與待監控的子中心連接。監控對象包括西門子公司生產的各種電控集中裝置，如EIL、DIL及Trainguard 200型RBC設備。運行控制系統組件的監視方式與控制區中所使用的診斷系統相同。目前，研發人員正在研究將Simis平交道口保護系統（LC）連接到診斷中心的方法，以便對其進行診斷。

2.3 用戶界面

Sidis WS診斷中心的用戶界面由地圖視圖、概覽和消息窗口3部分組成（圖3）。

用戶界面左側為地圖視圖，可根據用戶選定的區域和結構顯示細節程度（本地組件、控制區或子中心）顯示地圖。地圖顯示基于OpenStreetMap服務（可通過代理服務器提供）。

概覽位于用戶界面右側，可顯示選定區域中的所有受監控組件。對于每個組件，會根據選定的結構顯示細節程度顯示一個圖示，其中包含其當前狀態及故障數量的信息。

用戶界面下部是消息窗口，用于顯示選定區域中的相關信息。消息窗口中的信息可以單獨排序和過濾。消息窗口中還提供故障消息與維護手冊相關內容的鏈接。

通過點擊右上角的菜單選項，用戶還可以調用其他功能（如語言切換功能）和信息（如維護手冊、技術文檔等）。

3 角色理念

Sidis WS診斷中心遵循基于角色的應用程序理念，可為每個使用者分配相應的角色;使用者可根據其角色擁有相應的權限和負責區域，例如，柏林輕軌（S-Bahn）總部的地區經理可以看到柏林輕軌的所有控制區及下屬子中心（圖4）。使用者管理和角色分配的任務由用戶負責。

4 云連接

Sidis WS診斷中心通過西門子物聯網（IoT）平臺MindSphere的Railigent數字系統與云端中央共享數據庫連接，為客戶提供多種選擇。通過訪問云端中央共享數據庫，調用其中的數據資源，可以將診斷技術的優勢與數據分析的預測功能相結合。客戶可以通過雙重身份驗證在移動終端上（如平板電腦、手機等）使用這些功能;可以通過移動終端從中央共享數據庫中方便地調出有關各組件歷史故障的信息，如哪些故障在哪些組件上反復發生，以及出現過哪些跨集中裝置和跨系統的故障;還可以根據需要進行定期的統計評估。

在未來，Sidis WS診斷中心還將通過中央診斷接口提供用于連接外部系統的非專有數據模型（如用于過程控制的對象連接與嵌入統一架構（OPC UA）、開放平臺通信統一架構等）。

5 結語

Sidis WS診斷中心具有標準化的用戶界面和連接解決方案，客戶可通過該系統快速有效地對裝配了現代化列車運行控制系統的大面積區域進行診斷。通過使用基于云計算的中央共享數據庫，可將診斷和預測結合起來，簡化故障診斷，并得出預防措施。在未來，西門子公司計劃將Sidis WS診斷中心與更多系統連接起來，并創建一個開放的診斷接口，以便通過非專有接口集成來自其他信號裝備制造商的診斷數據。

參考文獻

[1]Matthias Brandt. Diagnosezentrale Sidis WS[J]. Signal+Draht，2020，112（3）：13-16.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-06-18