GPRS在动车组车载故障信息无线传输过程的应用

孙惠琴

（中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京100081）

在动车组的运行过程中，需要进行了解其运行状况，及时将各个车厢中转向架、制动和轴温的数据和报警信息发送到地面服务器，以便于管理人员的查询、统计、分析和及时处理。由于动车组的运行速度已经超过300 km/h，保证车地传输的可靠性非常重要。本系统采用了GPRS进行车地之间的无线通信，数据传输稳定可靠。

整个系统的软件开发工具选用了Microsoft Visual Studio 2005开发嵌入式Windows CE应用程序。Microsoft Embedded CE是一个紧凑、高效和可扩展的操作系统，拥有多线程、多任务、确定性的实时和完全抢先式优先级等特性；模块化设计使得它能够在大量的平台上定制使用，例如专业工业控制器以及嵌入式通信设备。因此，Microsoft Windows CE非常适合动车组的车载故障诊断系统。

1 系统结构

基于GPRS （通用无线分组业务）进行无线通信，实现动车组车载主机与地面服务器之间的通信。GPRS有诸多优点：覆盖范围广，一直在线，资费便宜，登陆速度快等。目前，铁路正在建设GSM-R（铁路移动通信全球系统）网络，可以保证动车组正常传输数据， GSM-R网络兼容GPRS。

系统中，车载系统的GPRS模块采用西门子的MC55模块，连接在PC/104（CPU）的串口COM3上，串口波特率设置为115200。通过向串口COM3发送AT指令，实现与地面服务器的无线通信。

将动车组运行过程中的实时数据和故障信息打包，通过GPRS模块，建立与地面服务器的Internet连接，将信息发送到地面服务器。地面服务器上安装有客户端软件以及Oracle数据库。当接收到车载主机发送的实时报警信息后，地面服务器的客户端软件对这些报警报文进行解包，并将解包后的信息插入到Oracle数据库中，以便于今后管理人员的查询、处理、汇总与分析。

基于GPRS数据传输的动车组车载故障诊断系统的结构如图1。

2 数据传输的实现

2.1 AT指令

程序中所使用的AT指令如表1。

图1 基于GPRS数据传输的高速动车组车载故障诊断系统

表1 AT指令表

2.2 数据传输流程

车载主机与地面服务器的信息传输过程包括：车载主机在运行过程中与地面服务器通过GPRS建立Internet连接、发送车载系统初始参数、传输实时数据和报警信息。程序开发工具使用Microsoft Visual Studio 2005，信息传输过程包括传输通道的建立、传输数据与结束，都通过向串口COM3发送AT指令实现。在程序设计中，保证了传输数据的实时可靠，当不可避免出现GPRS暂时中断后，程序可以自动通过GPRS与地面服务器重新建立Internet连接，符合现场基本运用需求。整个传输流程如图2。

动车组车载故障诊断系统的GPRS传输特点：

图2 车载主机与地面服务器的GPRS连接与数据传输过程

（1）保证车地交换数据的可靠性非常重要。动车组在运行过程中，不可避免要经过隧道或是其它无法接收GPRS信号的地方，要保证动车组出了隧道之后，很快能自动通过GPRS与地面服务器重新建立Internet连接。数据传输的可靠性一方面要靠无线网络的硬件设备保证；另一方面，可以在程序中通过软件来保障，通过出现一定次数的GPRS连接错误后，重启GPRS模块（发送at+cfun指令）建立连接等机制实现。

（2）保证一个GPRS连接不要过长时间占用无线信道，以便保证所有运行的动车组能均衡地占用无线信道。对GPRS 连接时间进行统计，超过一定的连接时间之后，退出GPRS连接，保证其它动车组能够连接地面服务器。此功能可以在程序中实现，通过统计连接时间，超过一定的连接时间后，发送at^sisc指令退出此连接完成这项功能。

（3）GPRS通信为双工通信。通过向串口COM3发送AT指令，实现车载主机与地面服务器的双向通信。车载主机可以向地面服务器传输车载初始参数，包括软件版本、主机型号以及实时故障信息；地面服务器可以向车载主机传输参数回复、进行车载主机参数设置等信息。

2.3 故障报文的格式与地面数据库的结构

车地传输数据的格式为：[帧头] [数据发送方ID] [数据接收方ID] [包序号] [包类型] [数据内容长度] [数据内容] [FCS校验码] [帧尾] 。（不包含其中的“[”和“] ”。）

其中，当[包类型] 为0x01时，代表发送的是实时故障；[数据内容长度] 为要传输的实时故障的长度；[数据内容] 包括需要传输的实时故障的具体内容，这些故障包括转向架故障、制动故障、轴温报警等。

地面服务器接收到上述报文，要对这些报文进行解包，然后将信息填入到ORACLE数据库的表中，以便于查询与统计。

3 结束语

本文在软件实现无线传输的可靠性方面进行了设计和实现。测试过程中，发现其传输数据非常稳定可靠，即使出现了暂时的信号中断，软件也会很快地自动重新恢复GPRS的连接。

稳定可靠的车地无线传输是一种发展趋势，本文在这方面进行了有益的探索和实现。

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