利用GSM-R建设列车运行状态信息系统

刘静波 赵海萍 赵文斌

刘静波:青藏铁路公司电务部 助理工程师 810007 西宁

赵海萍:青藏铁路公司电务部 工程师 810007 西宁

赵文斌:青藏铁路公司西宁电务段 高级工程师 810007 西宁

2004年全路六大干线开始建设和推广使用列车运行状态信息系统(以下简称LAIS)以来，各路局已建成和运用的LAIS都是基于移动公网，即利用移动或联通GSM/GPRS网络实现车-地之间的数据远程传输。由于GSM/GPRS用于民用，在铁路沿线和山区存在信号盲区，隧道等特殊环境完全没有信号，从路局使用效果来看，不可避免地存在掉线及数据传输速度慢的问题，从而造成信息的短时中断和不稳定情况，影响数据的实时性和连续性，导致运用效果不够理想。同时，使用GSM/GPRS网络传送数据，每年会产生几十万元甚至更高的GPRS流量资费，增加了铁路的运输成本。

鉴于以上问题，青藏铁路公司在设计建设LAIS系统时，结合青藏铁路已全线覆盖GSM-R铁路专用网络的实际，率先采用GSM-R铁路专网实现车-地之间的数据远程传输，重新设计组网结构和应用软件，实现了列车运行数据远程稳定、快速传输和机车入库自动下载LKJ记录文件的功能。

1 系统方案

1.1 系统架构

本系统由车载采集系统、地面应用系统、GSM-R铁路专网、WLAN无线局域网4部分组成。

1．车载采集系统:由TSC1无线传输装置通过CAN总线向LKJ实时获取设备信息、运行实时信息、记录文件。采用UDP协议与GSM-R铁路专网中的M-GRIS服务器进行连接，实现车载设备的远程接入与数据交互。

2．地面应用系统:在原有系统上新增GSM-R接口服务器，采用TCP协议与M-GRIS服务器进行数据实时交互，实现铁路生产网与GSM-R铁路专网间的数据传输。优化改进了通信服务器、数据处理服务器的软件。

3．WLAN无线局域网:在西宁、格尔木机务段库内建设2.4 G的无线局域网络，重新设计开发了WLAN无线转储服务器软件，实现了机车入库后自动下载LKJ记录文件。

4．GSM-R铁路专网:青藏公司根据本地实际情况建设运营的无线移动铁路专网，其系统架构如图1所示，较好地实现了无线数据的传输。

图1 系统架构图

1.2 WLAN无线网络架构

青藏铁路公司在设计建设LAIS系统时，采用先进的AP无线级联技术，解决AP间的快速路由，实现AP之间的互联，如图2所示。图中AP(根)相当于根天线，AP和天线构成了一定范围的WLAN无线覆盖区域。安装有LAIS车载设备的机车进入WLAN范围后，车-地自动建立无线连接，经服务器认证后，车载数据通过无线AP下载到地面。AP使用2.4 GHz的射频信号用于WLAN网络的覆盖，使用5.8 GHz的射频信号用于AP与AP之间的数据回传。

图2 WLAN无线局域网结构图

2 系统的数据流

系统通过GSM-R铁路移动专网实现了对在途列车运行状态的远程实时监测和运行记录的回传下载;通过WLAN无线局域网络实现机车入库WLAN无线自动下载LKJ记录文件，可替代以往人工数据转储的工作。不仅对行车安全提供了保障，而且提高了整体运输效率。

2.1 远程数据流处理

按照数据流向，列车运行实时信息数据传输流程如图3所示。它包括数据传输、数据处理、数据应用三部分。

1．数据传输部分，包括车载数据采集层、数据车-地传输层、地面传输层。其中车载数据采集层通过车载无线数据传输装置的各种通信接口如以太网、CAN、RS485、RS422、RS232等，从其他行车设备获取数据;数据车-地传输层主要依托GSM-R铁路专网实现在途机车的远程数据传输，机车入段后利用2.4G无线局域网，将机车车载设备的全程记录信息通过无线下载到WLAN通信服务器;地面传输层主要为有线网络，通过MQ中间件的形式实现数据的转发，完成数据信息传递。

2．数据处理部分，主要完成数据的解析，对数据进行逻辑分析，判断设备状态，并将结果存入ORACLE数据库。

3．数据应用部分，主要为系统提供各种应用服务，如机车追踪、机车分布、故障报警等功能。

2.2 WLAN无线转储数据流处理

机车回段入库后，列车运行监控全程记录文件和机车检测全程记录文件，通过WLAN无线局域网自动下载到地面服务器。机务段、电务段各相关业务部门可以通过相应的处理终端对数据转储服务器中的数据进行调用以及分析处理。全程记录文件也可以通过铁路办公网络传送到公司等业务主管部门，对其进行分析、查询。数据转储信息流程如图4。

图3 列车运行实时信息数据传输流程图

图4 WLAN数据转储信息流程

3 使用效果

青藏铁路公司LAIS经过半年的运用，达到了以下效果。

1．利用GSM-R铁路专网建成的LAIS系统运用质量较移动公网建设的系统更加稳定可靠，在高原、山区和隧道中实现了全线无盲区，传输掉线情况极少发生，数据传输的实时性和连续性良好，远程下载LKJ运行记录文件速度快、下载稳定。目前GSM-R远程文件下载一次性成功率大于98%，记录文件远程下载100KB约为5 min。而利用移动公网的GPRS传输，100KB字节的文件需耗时30 min，数据传输速度有了较大提高。同时，使用GSM-R铁路专网传输数据，每年可以节省几十万元甚至更高的通信费用。

2．青藏铁路公司在西宁机务段、格尔木机务段库内建设了全覆盖的高速、高可靠性的WLAN网，网络的实测速率达到20 Mb/s，机车入库可快速自动下载LKJ运行记录文件，并发送到相应处理系统，节省了转储设备，减少了人员的工作量。

3．利用新建的LAIS系统，可以实时跟踪、对比LKJ数据版本的更新情况，掌握LKJ数据的换装工作并保证换装的及时性和准确性。

4．LAIS车载主机应用软件的无线自动升级功能，节省了人工逐台升级的繁重工作量。

4 结论

青藏铁路公司首次利用GSM-R网络建设开发的LAIS系统，现场运用和验证都取得了良好的效果，达到了预期目标，提升了列车运行安全信息化管理质量，为铁路行车安全和应急处置提供了快捷的信息渠道，提高了运输效率和管理能力。同时，利用GSM-R网络建成的LAIS系统的传输平台和WLAN无线局域网可以传输更多种类的列车信息，因此，利用GSM-R网络建设的LAIS系统，具有广泛推广运用的价值和前景。