车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统研究与设计*

祁苗苗，蒋 荟，史晓磊，王华伟，肖 齐

（1 中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；2 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京 100081）

机车运行安全是铁路运输安全生产的重要组成部分，当前铁路机车安全监控主要依托于铁路机车远程监测与故障诊断系统（简称CMD系统）和机车车载安全防护系统（简称6A系统），利用车载设备监测数据对机车运行状态进行在线监测。车辆运行安全监测设备（含THDS、TPDS、TADS客货兼容设备）以地对车的监控方式，利用轴温探测、力学检测、声学诊断、车号识别等技术对通过机车、车辆进行多方位监测，目前已建成覆盖动车组、客车、货车的车辆运行安全监控系统（简称5T系统），多年来在保障车辆运行安全，指导车辆运用检修发挥了不可替代的作用［1-3］。

为了更充分有效地利用既有资源，实现铁路机车车辆运行安全监控设备资源共用、信息共享的融合应用，迫切需要开展5T系统对机车运行安全监控的应用系统研究与建设，充分利用5T设备种类多、数量大、分布广等特点，补强机车安全运行地面监测手段，以机车运行安全在线监测为切入点，融合CMD系统相关检测监测信息，按照规范的信息处置流程，实现监测报警信息、处置信息在机车检修、运用、监控等作业环节、管理环节间受控流转，使机务管理人员、现场作业人员及相关人员全面掌握机车运用质量，及时发现检修、运用及安全监控与安全管理中存在的问题，进一步保障机车安全稳定的运行。

1 建设目标及内容

1.1 建设目标

依托物联网、数据挖掘、系统整合与数据集成等信息技术，建立架构先进、功能完善、性能卓越的铁路车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统。实时采集客货兼容THDS、TPDS、TADS设备探测机车信息，接入机车配属信息，建立机车轮对状态预警模型，实现机车运行状态分散检测、智能报警、网络监测和信息共享；根据机车运用要求，建立两级部署、三级联网、四级应用的信息系统，为各级机车检修及管理人员提供集监测控制、安全管理、维修决策分析为一体的机车运行安全监控及管理服务，补强铁路机车安全监控信息化手段，保障机车运行安全。

1.2 建设内容

（1）国铁集团、铁路局、机务段建立三级安全监控中心，整合既有资源复用或部分增配系统硬件设备，实现对监测故障机车的实时监控、核实处理以及闭环管理。

（2）制定与5T系统、CMD系统、机务闸楼AEI联网运用系统相关数据接口标准，为实现5T系统探测机车综合应用以及与机务专业系统的互联互通、数据集成和信息共享奠定基础。

（3）依托既有车辆运行安全监控技术架构、传输通道及数据服务，分别在国铁集团、铁路局集团公司部署应用软件及数据库，支撑国铁集团、铁路局集团公司、机务段、整备场（检修车间）的铁路机车运行安全监控与管理的四级联网应用。

（4）研发车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统软件，支持机车运行安全监测信息的综合应用，并且在应用中不断完善与优化机车运行安全监控与管理应用。

（5）利用资源共享、信息融合、数据挖掘和综合分析等关键技术，建立面向监测预警、维修处理、设备管理等主题数据集市，建立机车综合报警评判、安全风险管控、考核评价模型等，为机车管理部门提供管理依据和辅助决策支持。

2 技术方案

2.1 总体架构

车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统利用物联网、数据挖掘、系统整合与数据集成等信息技术，依托铁路综合信息网建立国铁集团、铁路局集团公司、机务段三级机车运行安全监控中心，实现国铁集团、铁路局、机务段、整备场四级联网监控与管理应用。在国铁集团、铁路局依托既有车辆运行安全监控系统服务器部署应用软件及数据库，建立完整的机车安全监测数据存储、处理、分析与应用环境，为各级用户提供统一的数据及应用服务；机务段、整备场利用计算机终端访问系统，实现对配属机车的状态监控及故障处置反馈。总体架构如图1所示。

图1 车辆运行安全监测设备探测机车联网应用系统总体架构

系统总体应用说明：

（1）国铁集团汇总全路车辆运行安全监测设备探测机车监测及报警数据，对全路机车运行状态实时监控；接入CMD系统机车支配/配属信息、机车6A监测报警信息以及机务闸楼AEI联网运用系统机车进入整备场位置信息，以路局、机务段、整备场为单位，汇总配属机车的监测及报警信息，并推送至即将到达的整备场和配属/支配单位处理反馈；分析故障规律，制定机车标准检修规程、运用管理办法等。

（2）铁路局对局管内THDS、TPDS、TADS探测机车信息进行入库处理和报警智能评判，并将机车监测及报警信息实时上传国铁集团；接收国铁集团下发的本局配属/支配机车、外局整备机车在全路5T、6A系统的监测及报警信息，实时监控配属/支配机车运行状态，对管内机车故障处理反馈进行监督管理；分析机车故障规律，为机车运用管理提供辅助决策支持。

（3）机务段对本段配属/支配或外局入场机车报警信息进行实时监控，通知检修车间/折返段/整备场对故障机车进行处理，并将相关处理信息逐级上报至铁路局、国铁集团。

（4）检修车间/折返段/整备场利用计算机终端访问系统，查询配属/支配机车报警信息，对比分析其他机务相关信息系统预报情况，按要求处置报警机车并将处置结果反馈至系统。

2.2 网络架构

车辆运行安全监测设备探测机车联网应用系统的网络需覆盖国铁集团、18个铁路局集团公司、机务段以及系统运用涉及的检修车间（整备场）等，通过铁路综合信息网实现监控中心与监测设备以及监控中心与铁路局集团公司、国铁集团间的联网，接入THDS、TPDS、TADS探测机车监测信息和报警信息等。系统网络架构如图2所示。

图2 车辆运行安全监测设备探测机车联网应用系统网络架构示意图

3 系统设计

3.1 业务流程设计

（1）监测数据采集与自动报警

THDS、TPDS、TADS探测站设备采集通过机车的地面安全监测数据，上传至所属铁路局级5T服务器进行入库处理级报警评判，并最终将监测及报警数据上传至国铁集团5T系统服务器进行集中存储和综合应用。国铁集团5T系统服务器定时与CMD系统交换全路机车配属、6A报警、机务闸楼AEI信息，将THDS、TPDS、TADS探测机车监测报警信息自动推送到配属/支配局、整备局5T系统服务器，从而实现对车辆运行安全监测设备探测机车的联网综合报警。

图3 报警机车故障核实处理流程

（2）入场检修处理

由机务段监控值班员、质量分析中心数据分析员按规定通知整备场值班员进行报警机车检查。

机车回库后，整备场作业场值班员根据机车报警信息生成库检作业检查单，通知作业班组。

由行修作业班组（检车工长、检车员）对报警故障进行检查确认，并反馈检查确认情况。

（3）核实反馈

机务段值班员核对系统预报机车故障信息及检车员记录的故障确认及处置情况，并将报警机车的故障处理结果回填至系统中。

（4）闭环监督管理

对报警机车实行“预警→核实→处理”闭环控制机制，检修车间/折返段/整备场利用手持终端或监控终端向系统反馈报警机车处置结果，国铁集团、铁路局集团公司、机务段监控值班员分别对报警机车及其处理情况进行监督，实现问题车闭环管理。

3.2 系统功能设计

车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统的功能主要由：实时监控、处理反馈、机车追踪、轮位追踪、信息查询、统计分析、用户管理、后台处置等8个功能模块构成，功能框架如图4所示。

图4 车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统功能框架

（1）实时监控

实时监控全路机车通过THDS、TPDS、TADS探测站的监测信息，对监测报警车辆进行预警提示；提供对各铁路局配属/支配机车在全路范围内THDS、TPDS、TADS探测轨迹进行跟踪与监控；提供对各局配属机车被THDS、TPDS、TADS探测的列车信息进行监控。

（2）处理反馈

提供对各铁路局配属机车经过THDS、TPDS、TADS预报故障的核实反馈情况进行回填、查询与汇总。

（3）机车追踪监控

提供对指定机车在全路范围内THDS、TPDS、TADS探测站监测信息的轨迹进行跟踪与监控。

（4）机车轮位追踪监控

提供对指定机车指定轮位在全路范围内THDS、TPDS、TADS探测站监测、报警信息的轨迹进行跟踪与监控。

（5）信息查询

提供对全路各局配属机车通过THDS、TPDS、TADS探测站监测及报警信息、报警机车其核实处理情况进行查询等功能。

（6）统计分析

提供机车通过THDS探测站轴温与6A系统轴温状态趋势分析；提供THDS、TPDS、TADS探测机车报警趋势分析。

（7）用户管理

提供对系统各类用户基本信息、用户角色及用户功能权限进行维护与管理。

（8）后台处理

提供系统数据接口处理、数据入库与校验、数据组织与集成处理、数据传输与监控管理。

3.3 数据接口设计

信息接口是车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统实现数据接入的基础和关键，是实现信息共享和信息综合利用的基础。车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统的信息接口主要包括：采集信息接口和外部系统信息接口。

（1）采集信息接口

车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统利用数据文件方式共享客货通用THDS、TPDS、TADS设备探测机车数据，其共享数据主要内容见表1。

表1 客货通用THDS、TPDS、TADS设备探测机车信息接口的主要内容

（2）外部系统信息接口

外部系统信息接口主要包括：与CMD系统、机务管理等外部系统的数据交换接口。其数据交换的内容见表2、表3。

表2 与CMD系统信息接口的主要内容

表3 与机务闸楼AEI联网运用系统信息接口的主要内容

4 结束语

车辆运行安全监测设备探测机车联网运用系统的设计与实现，将加快推进机车、车辆信息化和检测监测资源共享，最大限度地挖掘了车辆运行安全监测设备投资价值，进一步提高了铁路机车信息化管理水平和技术水平。今后，要结合业务需要，进一步加强5T系统与CMD、6A系统的信息共享与融合，深入分析机车报警规律，完善系统报警模型，提高预报准确率，保障机车运行安全。