建设国家铁道试验中心数字试验信息平台研究

王文华，王 都，张金月，林 峰

（中国铁道科学研究院国家铁道试验中心，北京100015）

从20世纪90年代起，日本、法国、德国、意大利以及英国等国家先后采用先进的计算机技术、网络技术和通信技术开发建设铁路信息行业，如美国国家铁道试验中心TTCI开发建设了inte-RRISR，用计算机管理列车试验、设备检测等信息，安全、高效地进行试验，并节省了大量人力和成本。

国家铁道试验中心试验线自开通以来，完成了大量的国内、国际合作试验项目。但是各试验数据都以文件形式进行管理，随着试验增多，试验数据分散、试验数据相关性脱节、信息孤岛、历史数据利用率低下、试验数据安全性难以保证等问题凸显。

为解决以上出现的问题，有必要来用信息化的手段协调多专业、多部门进行试验，科学地管理试验数据，快速检索和安全共享试验数据，并对试验数据进行挖掘和相关性分析。

因此，加快国家铁道实验中心数字试验信息平台的研究与设计，保证国家铁道试验中心科学、有效地进行试验，具有十分重要的意义。

1 平台设计目标及原则

1.1 平台设计目标

国家铁道试验中心数字试验信息平台的具体目标是：满足国家铁道试验中心车、机、工、电、辆、环境等多种专业进行系统性检测。系统性试验的调度，指挥，试验数据采集的需要；信息平台不仅能控制列车试验，还要实现对试验计划、设备维修、牵引供电、机车车辆、试验人员等的综合管理；信息平台能够对试验数据自动采集、自动分析；信息平台能够对试验过程进行监控，保证试验的安全性。以试验流程为主线，以数据为基础，集成数字试验管理平台、试验调度指挥平台、综合数据系统、试验安全监控系统、视频监测系统、试验仿真系统、电力监测系统（SCADA）等系统，建设开放性数字试验信息平台。

1.2 平台设计原则

1.2.1 试验过程程序化

国家铁道试验中心试验采用程序化方式，规范试验业务工作流程，控制列车试验的全过程；通过对试验资源管理的有效调配和管理使其得以与试验流程整合，实现对试验计划数据、试验资源数据、试验信息数据、试验测试数据和结果数据的统一存储和管理。

1.2.2 保持试验的系统性

为充分发挥国家铁道试验中心的综合检测和系统实验能力，信息平台应综合考虑试验中心的多种试验装备和多个实验室情况，开展系统性，综合性试验，充分发挥综合检测优势，提高生产率。

1.2.3 保持系统的可拓展性

国家铁道试验中心提供公共试验平台，能够为新增试验内容提供软件接口，为多种新增试验、多种新增试验手段服务，保持国家铁道试验中心数字试验信息平台开放性。

国家铁道试验中心以系统试验，综合试验，试验保障，为试验提供技术、决策支持为宗旨，确保试验科学性，准确性，安全性的目标和准则。

2 平台总体结构

国家铁道试验中心数字试验信息平台由布置在数据中心的数据库服务器、系统应用服务器，布置在环行线的专业测试设备站、无线接入设备、无线网络及布置在列车上的无线接收终端、布置在列车上专业测试设备等组成。总体结构见图1。

图1 数字试验信息平台总体结构

3 平台基本功能设计

国家铁道试验中心数字试验信息平台以建设数字化试验、系统性试验为中心，为试验提供信息共享平台。信息平台以包括数字试验管理平台、试验调度指挥平台、综合数据处理系统、试验仿真系统、安全报警系统、电力监测系统（SCADA）、视频监测系统、地对车监测系统和车对地监测系统等系统有机结合起来。

图2 数字试验信息平台系统功能

3.1 数字试验管理平台

数字试验管理平台是以程序化的方式对试验全过程进行管理，贯通列车试验的“试验准备”、“试验执行”、“试验分析处理”、“试验评估”的全过程，并对试验资源进行管理。数字试验管理平台能够使多个专业部门和多学科领域的协同试验。

数字试验管理平台主要功能包括试验计划管理、试验流程管理、试验过程管理、试验资源管理、设备状态监控、试验报告与评估、OA功能、试验可视化和试验数据管理等。

3.2 试验调度指挥平台

试验调度指挥平台是国家铁道试验中心试验生产的核心与关键系统，根据试验生产任务制定环行线运行计划，组织试验计划的实施，实现对信号与供电系统的控制与监视，统一调度与试验相关的各种试验资源，完成车辆运用、维修管理、列车调度和供电调度等工作。

试验调度指挥平台的功能包括行车计划编制、人员管理、运行管理、车辆管理、供电管理和维修管理等。

3.3 综合数据处理系统

3.3.1 数据中心

数据中心由中心设备构成，设置于数据中心，有数据库服务器、网络设备、系统维护管理设备构成。用于试验数据的存储管理，能够向数据挖掘等系统提供数据。

3.3.2 数据采集系统

数据采集系统主要通过数据转换方式实现数据采集，电力监测系统（SCADA）、机车车辆检测设备、视频监测系统、信号系统、地对车监测系统、车对地监测系统及各专项试验等系统根据综合数据处理系统要求提供相应的数据。以上监测系统提供的数据首先存入接口服务器数据库中，经过数据处理（如数据协议转换、数据过滤等）后，上传到数据中心。

3.3.3 设备及环境数据采集部分

本部分为远端监测单元（RTU）实现对电力监测系统（SCADA）、机车车辆检测设备、视频监测系统、信号系统、地对车监测系统、车对地监测系统及各专项试验等系统实时监测。

3.4 试验仿真系统

该系统用试验数据中心的试验数据，建立试验模拟系统，形成多种应用模式相结合、功能较齐全的试验模拟环境，在试验前对试验过程及结果进行预测。在试验后，用仿真数据校对试验数据。

3.5 安全报警系统

试验安全报警系统利用地对车监测设备，车载设备，电力监控设备，视频监控设备等多种监测设备对试验列车、试验线路、电力系统、重要作业场所进行全方位的监控，对实时监测数据进行分析处理，超过限定阀值时发出声光报警，提醒试验人员，保证试验安全。

3.6 电力监测系统

电力监控系统又称电力SCADA系统，对国家铁道试验中心供电系统设备进行远程状态监视、远程控制。用于实现对沿线各变电所内主要电气设备的遥控、遥信、遥测、遥调和遥视等功能。使用SCADA系统对供电系统的参数变化进行实时记录，同时使用车载弓网关系试验系统对车辆受流情况进行实时记录，数据用于研究供电系统与车辆动力系统之间的相互影响。

4 平台关键技术及解决方案

4.1 综合通信系统

国家铁道试验中心环行试验线沿线分布着多种测试系统，为满足多种系统试验数据采集的通信需求，节约成本，利于管理，需要建设综合通信系统。

综合通信系统采用多业务传送平台（MSTP）技术，可以为基于通信的列车控制（CBTC）、调度指挥平台、电力监测系统、综合数据处理系统和视频监控等系统设备提供可靠的、可重构的、灵活的传输通道。

4.2 车地无线通信和安全性技术

车对地监测系统的数据通过车地通信系统实时传输到数据中心，无线传输网络采用基于IEEE 802.11标准的无线局域网，由多个轨旁无线接入点和车载无线设备构成。

由于无线局域网传输介质的开放性，该网络存在着信息安全风险，为防止相同或兼容无线局域网协议的无线设备接入，无线局域网采用IPSec（IP Security）安全体系结构，采用端对端的安全可靠协议。

4.3 系统整合与SOA技术

国家铁道试验中心内拥有车、机、工、电、辆等多种专业测试系统，随着试验技术的发展，将来也必将有大量新的试验系统加入，如何将各种各样的试验系统整合在一起是技术难点。

试验中心各测试系统使用不同的技术进行支撑，彼此之间通过标准的协议实现弱耦合的系统协作是国家铁道试验中心数字试验平台建设的最佳方式，基于SOA的软件平台是支持这一方式的最优选择。

5 结束语

随着我国铁路的不断发展，国家铁道试验中心将承担更多的试验任务，整合现有试验资源，建设数字试验信息平台，开展系统性、综合性试验，为多种试验项目提供服务平台，必将大大提高试验效率。

本论文从国家铁道试验中心实际出发，结合数字信息发展现状，论述了在国家铁道试验中心建设数字试验信息平台的可行性、技术难点和解决方案。在下一步工作中，不断深入研究，紧密联系试验需求，建设国家铁道试验中心数字试验平台，促进试验技术的发展和完善。

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