動車組DMS與LAIS系統設備融合方案探討

張明星

(中國鐵路呼和浩特局集團有限公司工務部，呼和浩特 010050)

《鐵路技術管理規程（高速鐵路部分）》第106條，《鐵路技術管理規程（普速鐵路部分）》第109條規定，裝備CTCS-2級列控車載設備的動車組應裝設LKJ設備。為便于實時掌握動車組列控車載設備（ATP）及LKJ設備實時運用狀態和動車組運行速度、位置等信息，動車組上一般都安裝了用于監測ATP運用狀態的動車組列控設備動態監測系統（DMS）以及用于監測LKJ設備運用狀態的列車運行狀態信息系統（LAIS）。而現場運用過程中，由于動車組需要在既有線改造200 km/h區段及其以下區段運行，ATP設備與LKJ設備的工作轉換經常發生，且在時速250 km及以下客運專線運行發生ATP故障時，也需轉換至LKJ控車運行.而現有狀況下，DMS與LAIS設備為2套獨立的設備，且地面分析、監測軟件使用不同的平臺和分析方式，造成現場監測與分析的不便。DMS設備和LAIS設備同時有諸多功能存在一定的相似和重合，探索使用1套設備實現對LKJ和ATP設備運行狀態進行實時監測非常必要。

1 DMS及LAIS系統設備介紹

DMS用于實現CTCS-2（簡稱C2）區段ATP狀態及行車實時監測，在CTCS-0（簡稱C0）區段，動車組行車狀態及LKJ車載設備實時工作狀態需要通過LAIS車載設備實時獲取。

1.1 LAIS系統設備簡要介紹

LAIS是在2004年投建的6大干線提速安全標準線建設工程中的“客運機車走行部檢測及調度查詢系統”的基礎上發展而來，可在鐵路綜合IT網實現對列車當前運行狀態的跟蹤監視，能夠針對列車實現運行速度、位置、操縱狀態的跟蹤監視，能夠實現LKJ設備的遠程診斷、報警、實時狀態監測。系統由車載子系統、通信傳輸、數據處理及服務子系統和應用子系統4個部分組成。

1.2 DMS系統設備簡要介紹

DMS是在動車組運行過程中完成對ATP運用狀態、應答器位置及報文、軌道電路傳輸特性等信息的采集，通過無線方式傳回地面數據中心，經處理、分析、統計后，通過鐵路綜合IT網傳給各數據查詢終端，從而實現動車組運行過程中，對涉及行車安全和效率的信號設備ATP、應答器、軌道電路等內容進行實時監測和分析。主要由列控設備動態監測裝置、地面數據中心及列控設備動態監測系統瀏覽端軟件(簡稱DMS查詢終端)3個部分組成。

2 DMS與LAIS系統設備構成及功能分析

DMS設備與LAIS設備均為實時監測機車（動車組）列車運行監控裝備運行狀態的監測設備，通過比較兩者在系統架構、設備構成，以及功能方面的特點，提出設備融合的合理方案。

2.1 系統架構分析

對比DMS系統設備與LAIS系統設備，雖然在個別地方存在差別，總體上均由車載設備部分、網絡通信傳輸部分、服務器及數據處理部分、以及應用部分組成，重合度較高。下面對系統架構的不同部分進行簡要分析。

網絡通信傳輸部分：DMS系統支持公網GPRS/Internet、鐵路移動通信網絡GSM-R傳輸，支持GPS授時、定位。而LAIS同樣支持公網3G/GPRS/Internet、GSM-R網絡通信傳輸，還支持BDS/GPS雙衛星系統授時、定位。

服務器及數據處理部分：DMS系統將數據處理及服務器部分分為兩層，即中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱國鐵集團）數據中心和鐵路局數據中心兩個部分。而LAIS系統目前服務器及數據處理中心少部分部署于各鐵路局集團公司，大部分部署于生產廠家或租用云服務器。

應用部分：DMS系統設備主要為C/S架構，LAIS對B/S，C/S架構均支持。

2.2 主要設備構成及系統功能分析

DMS系統設備與LAIS系統設備一般都由車載設備和地面設備組成，下面就車載設備及地面設備構成及功能進行分析。

2.2.1 車載設備構成分析

DMS車載設備由DMS主機、車載天線及相關連接線纜組成。DMS主機主要由POWER插件、GPRS插件、GPS插件、CPU插件、CIR插件、TCR插件、GSM-R插件、以及與ATP設備通信的插件組成。不同ATP設備對應的與ATP設備通信的插件不同，其中ATP-H用于與200H/300H設備通信，ATP-C用于與200C設備通信，MVB插件和C2插件用于與300S設備通信。DMS主機結構如圖1所示，圖中DMS主機為適用于200H/300H型ATP車載設備，其他主機結構根據ATP型號不同，將圖中ATP-H插件置換為相應型號的功能插件即可。

圖1 DMS主機結構Fig.1 DMS host structure

LAIS車載設備由TSC2主機、車載天線和相關連接線纜組成。TSC2主機一般由電源、主控、通信接口、數據采集、無線通信（包括定位、WLAN）等功能單元（插件）組成。

通過分析DMS車載設備及LAIS車載設備構成，發現兩者在構成上重合度較高，兩者均由電源、主控、通信接口、數據采集、無線通信模塊組成，其中DMS車載主機通信接口、數據采集模塊由ATP-H、CIR、TCR插件組成，LAIS車載設備為通信接口與數據采集模塊；DMS車載設備無線通信模塊由GPRS、GPS、GSM-R插件組成，而LAIS車載設備集成將無線通信模塊集成化。

2.2.2 地面設備構成分析

DMS及LAIS地面設備均由服務器及用戶終端構成。服務器方面，DMS系統分為兩層，即在國鐵集團和鐵路局分別部署服務器，構成兩級服務器，數據傳輸至國鐵集團服務器，經處理后分發至各鐵路局服務器。而LAIS系統目前服務器少部分部署于各鐵路局集團公司，大部分部署于生產廠家或租用云服務器。用戶終端方面，兩者訪問方式上存在一定差別，DMS用戶終端通過鐵路綜合辦公網完成訪問，而LAIS用戶終端通過互聯網完成訪問。

2.2.3 系統功能分析

DMS系統功能主要為：1）動車組及電務車載設備信息及狀態實時查詢；2）動車組運行信息實時跟蹤；3）歷史數據回放；4）異常信息實時報警；5）電子地圖定位跟蹤；6）動車組運行跟蹤示意；7）統計分析。

LAIS系統主要功能為：1）LKJ系統設備狀態實時監測；2）列車運行狀態監測，包括實時狀態查詢、列車運行曲線復示以及機車、動車組定位；3）LKJ軟件和數據版本監測；4）LKJ記錄文件遠程下載分析；5）檢測作業實時分析；6）LKJ數據遠程換裝過程及結果監測；7）數據統計分析。

3 DMS設備與LAIS設備融合方案

動車組DMS系統設備與LAIS系統設備融合主要分為車載設備融合及地面設備融合。

3.1 車載設備融合方案

DMS與LAIS車載設備電源、無線通信單元、CPU可以實現共用，數據采集方面根據采集信息不同，利用擴展單元實現對LKJ、CIR、ATP以及動車組車輛信息的采集。由于DMS主機箱擴展單元冗余較多，可在設計時利用DMS主機箱，將LAIS設備的功能插件集成到DMS車載設備中，以達到減少動車組安裝設備的目的。車載設備融合后的組成結構如圖2所示。

圖2 車載設備融合后的組成結構框Fig.2 Structure of onboard equipment composition after integration

融合后的系統設備暫稱為“動車組列控設備監測系統”，通過增加C0通信插件、以及C0采集單元，用來實現“動車組列控設備監測系統”車載設備與LKJ、TAX裝置之間的通信以及數據采集。“動車組列控設備監測系統” 原理如圖3所示。

圖3 “動車組列控設備監測系統”原理Fig.3 Principe of EMU train control equipment monitoring system

CPU核心算法需要重新設計，需要在現有DMS核心算法基礎上兼容對LKJ設備信息數據的采集和處理。算法邏輯修改如圖4所示。

圖4 “動車組列控設備監測系統”主控邏輯流程Fig.4 Main control logic flow chart of EMU train control equipment monitoring system

3.2 地面設備服務器及終端軟件的融合

地面服務器在現有DMS服務器基礎上納入對LKJ設備信息數據的支持，在設計時需要考慮不同格式信息數據的兼容性，總體架構上仍采用國鐵集團、鐵路局集團公司、站段三級管理架構。

終端軟件做相應的修改，統一用戶終端界面，并支持BS和CS兩種模式訪問。軟件底層做必要修改，使終端軟件能自動無縫切換C2及C0模式軟件監測及分析界面，達到便于現場作業人員操作及分析的目的。

網絡方面，融合后使用DMS系統目前支持的GSM-R數據網絡、以及WLAN方式，終端訪問使用鐵路綜合辦公網，有效杜絕使用互聯網傳輸數據的信息安全隱患。

4 結語

動車組電務車載設備實時運行狀態信息的掌握，對及時預防及處理車載設備故障有重要意義。整合動車組DMS及LAIS設備實時監測及記錄分析功能，并合并部署DMS、LAIS地面服務器，共享服務器電源及相關配置，既能節省設備安裝空間、節約成本，也減少了設備維護工作量，便于現場生產效率提高。同時還解決了目前動車組C2、C0區段分別使用DMS、LAIS監測設備導致的數據查詢入口不統一的問題,方便現場工作人員操作。此外，由于普速鐵路列車一般裝備LAIS監測設備，本文中融合后的設備可向下兼容普速鐵路列車LKJ設備的監測，可大面積推廣使用。