北斗短报文技术在机车车载数据远程监测及诊断专家系统中的应用

（大连机车研究所公司电力电子事业部，大连 116000）

0 引言

1 机车远程监测与诊断系统概述及总体架构

该机车远程监测与诊断系统分为3个子系统：车载综合信息子系统、数据传输子系统以及地面综合信息处理子系统[2]，系统总体架构见图1。车载综合子系统主要由车载终端、通信天线以及配套线缆组成，实现对机车的在途状态、故障信息以及安全信息的采集、存储以及传输，完成不同系统之间的信息统一传输以及共享。数据传输子系统分为有线和无线两个部分，根据不同的传输需求，采取不同的传输策略。地面综合信息处理子系统主要功能为处理数据传输子系统发送的数据，存入信息处理系统数据库，经过后台解析，在前台形成图像化界面，从而形成从车到地的立体展示平台，实现包括专家诊断、数据管理、故障事件、业务数据库等功能。

2 车地数据传输方案

在机车远程监测与诊断系统中，机车上的各个设备是整个系统的“神经末梢”，为了实现机车各设备所产生的相关数据最后能够存入信息处理系统数据库，该系统的车载综合信息子系统根据不同的数据类别，采取不同的传输策略，将机车数据通过数据传输子系统传送至地面综合子系统[3]。

图1 系统总体框架

数据传输子系统传输的数据类别主要分为实时视频信息、历史视频信息、实时数据信息、故障信息以及事件信息等，该子系统结构图如图2。因为目前已知的车地传输技术如GSM-R、3G/4G、WLAN、北斗报文通信等均存在一定局限性，所以通过分析不同数据的特点，选用不同的传输技术，这样才能够真正实现实时信息互通和车地管理互动。例如，对于视频数据，要确保其视频的丢帧达到最小，使其对网络传输的速率以及丢包率要求比较严格，另外考虑到视频的传输需要大量的流量需求，因此适合采用移动通信网络。再比如WLAN网络能够在局域网范围内进行大容量的数据存储，对于实时性要求不高的故障数据以及事件信息，可以等在机车入段之后通过连接入合法的无线网络中实现高速率、大宽带传输以及零资费。

此外，因为北斗报文短报文通信技术由于具有全天候、不受地形地貌以及自然灾害发生所造成移动信号中断的影响，所以可以利用该技术，传送机车关键状态信息，并且发送北斗短报文的北斗通信模块供电方式灵活，当机车在断电时，通过机车蓄电池，北斗通信模块仍然能够周期性发送机车关键信息，有助让铁路部门及时掌握机车的状态，有利于恢复行车秩序。另外，北斗短报文信息在落地之后可以不经过任何公网直接进入地面数据中心，使用该技术也确保了时效性以及保密性。

图2 数据传输子系统框架

3 北斗短报文发送信息内容

由上节所述，在机车远程监测与诊断系统中，为了防止在因自然灾害造成的机车电力中断或移动信号中断的情况，系统使用北斗短报文通信技术，通过机车供电或蓄电池供电方式，周期性发送的传送关键信息至地面综合子系统。北斗短报文发送信息包含以下几种。

（1）机车型号信息。即在途机车的类型以及车号，表明机车身份，是分析机车状态不可缺少的信息。

（2）时间信息。表示该北斗短报文发送的时间，该时间信息为车载综合信息子系统的LDP机箱系统信息。

猪链球菌镜检呈圆形或椭圆形，常多个集聚呈链状排列，链长短不一，革兰氏染色阳性。链球菌细胞壁内含多种氨基酸糖，根据其特异性抗原的不同共有19个血清型。引起猪链球菌的病原C群的兽疫链球菌占绝大多数，此次未能对分离的链球菌进行血清型鉴定。猪链球菌病根据临床表现可分为四种类型：败血症型、脑膜脑炎型、关节炎型、化脓性淋巴结炎（淋巴结脓肿）型。

（3）经纬度信息。该信息为通过四颗北斗卫星计算出的机车坐标信息[4]。

（4）机车速度信息。该信息由车载LDP的GPS信息确定。

（5）机车海拔高度。该信息由车载LDP的GPS信息确定。

4 北斗短报文编码

北斗短报文数据的传输格式包括指令、长度、信息内容以及校验和四部分组成，如图3所示。

图3 北斗短报文数据传输格式

根据对北斗传送信息分析，对短报文中的内容信息格式进行定义，如图4所示。

图4 信息内容格式定义

为了使短报文中的信息内容表达关键信息，举例对经纬度、海拔、速度等信息进行编码如下。

（1）源设备号。代表通信发送方设备编号，此编号与以太网通讯设备编号相对应，用1个字节表示。

（2）宿设备号。代表通信接收方设备编号，此编号与以太网通信设备编号相对应，用1个字节表示。

（3）机车型号。标识发送北斗短报文的机车类型，用2个字节标识。

（4）机车号。标识发送北斗短报文的机车编号，用2个字节表示。

（5）时间。标识北斗短报文的具体时间。包括年、月、日、时、分、秒，每个单位用一个字节表示，一共6个字节。

（6）经度。标识北斗短报文的东经信息，由北斗卫星确定，一共4个字节。

（7）纬度。标识北斗短报文的北纬信息，由北斗卫星确定，一共4个字节。

（8）速度。标识北斗短报文的速度信息，由GPS确定，一共2个字节。

（9）海拔。标识北斗短报文的高度信息，由GPS确定，一共2个字节。

（10）数据内容。在机车蓄电池供电的情况下，该数据内容为LDP厂家编号、北斗软件版本信息、北斗软件时间版本信息，一共10个字节。在机车正常供电的情况下，也为10个字节，但该字节段内容为0x00。

通过编码，短报文可以基本保证地面获取关键信息，并且留有信息扩展余地。

5 北斗短报文应用

车载综合信息子系统的LDP接收到机车各类原始数据之后，通过封包处理等手段将各类信息按照不同的传输策略发送至地面综合子系统，其中机车的关键信息按照图3、图4进行编码，继而传送至地面，从而实现北斗短报文技术在机车车载远程监测及专家诊断系统中的应用。

通过调试笔记本，可以查看到按照编码规则进行编码后的北斗短报文，如图5所示。

图5 通过调试笔记本查看LDP发送的北斗短报文内容

当机车供电北斗短报文传送至地面综合子系统后台，通过读取短报文中信息类型字段，解析出短报文供电类型，再通过后台运算处理，将北斗短报文中关键信息通过前端显示，如图6、图7所示。

图6 地面综合信息处理子系统接收到的机车供电时北斗短报文界面

图7 地面综合信息处理子系统接收到的蓄电池供电时北斗短报文界面

6 结束语

随着我国铁路信息化的逐步推进，对机车载数据进行远程监测及诊断功能显得举足轻重。北斗通信短报文技术为机车数据传送提供了传输策略，将机车关键数据进行发送至地面综合子系统，为机车的日常维护提供了便利条件。