杜志辉，林加根

（1. 中国铁路总公司 运输局，北京 100844；2. 成都运达科技股份有限公司，四川 成都 610041）

中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）地面综合应用子系统及实例分析

杜志辉1，林加根2

（1. 中国铁路总公司 运输局，北京 100844；2. 成都运达科技股份有限公司，四川 成都 610041）

介绍中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）地面综合应用子系统组成、数据来源及架构，重点讨论其实时性和时效性、大数据挖掘与应用、量身定制服务及综合应用平台的典型特点，并以地面综合应用子系统在实际生产中的应用实例证实其功能的实用性。

机车；远程监测；诊断；CMD系统；综合应用平台；大数据；量身定制

0 引言

我国铁路机务信息化的发展历程中，LKJ及TCMS的引入是一次机车从纯人力管控到程序化自动控制的革命性飞跃[1-2]，机车6A系统的引入为机车各关键部件加入“神经末梢”，而如何将这些“神经末梢”连接并充分利用起来，成为我国铁路机务信息化进程中又一重要课题。通过综合考虑国家安全因素和国外系统应用车型单一等问题，国外系统不具备全路统一推广条件，因此，自主开发的中国机车远程监测与诊断系统（CMD系统）应运而生。

CMD系统按功能可分为车载子系统、数据传输子系统和地面综合应用子系统3部分（见图1）。车载子系统主要实现与车载其他系统接口并收集数据功能；数据传输子系统主要实现车载子系统所收集数据传输到地面的功能；地面综 合应用子系统则是CMD系统的核心部分，提供人机交互界面。从实际应用角度讨论地面综合应用子系统为铁路机车运管修带来的一系列技术提升。

1 地面综合应用子系统组成

1.1 系统数据来源

根据机车日常安全应用及维护需要，地面综合应用子系统主要采集三大类数据，包括机车安全信息、机车状态信息和机车监测信息。其中机车安全信息主要是LKJ数据；机车状态信息源于TCMS系统，包括中央控制单元、牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元等；机车监测信息主要来源于6A系统，包括空气制动安全监测、防火监控、高压绝缘检测、列车供电检测、走行部故障检测、自动视频监控及记录[3]。

1.2 系统架构

地面综合应用子系统在设计上采用一级部署、三级应用的模式。集中部署在中国铁路总公司（简称总公司），由中国铁路信息技术中心进行统一技术管理，总公司、铁路局、机务段三级用户使用（见图2）。地面综合应用子系统对功能、权限、角色进行逐一约束，确保每级用户可以查看管辖范围内的各种信息[4]。

图1 CMD系统组成结构示意图

地面综合应用子系统提供用户追踪机车位置、接收在途机车故障、分析机车故障的手段，包括实时监测、专家诊断、数据中心、跨局运用、故障/事件、数据管理、车载设备、履历管理8大功能模块，在这8大功能模块中：

（1）实时监测模块主要用于用户追踪机车位置、查看实时数据、监测报警信息。

（2）专家诊断模块主要用于用户处置报警信息。

（3）数据中心模块用于用户查询LKJ、6A、TCMS、北斗历史数据和机车运行轨迹；分析机车实时数据，分析报警发生原因，点播机车高密数据。

（4）跨局运用模块主要用于查询分界口过车信息和机车跨局运用信息。

（5）故障/事件模块主要用于统计机车故障和事件发生频次，方便用户持续提高机车运用质量。

（6）数据管理模块主要用于查询基础数据和维护基础数据。

（7）车载设备模块主要用于LDP设备装车和运行监测管理，提高CMD系统稳定性和可靠性。

（8）履历管理模块主要用于查看机车履历的上传下载记录，管理机车电子档案。

2 地面综合应用子系统功能特点

2.1 实时性和时效性

地面综合应用子系统的实时性、时效性主要体现在对机车关键部件的时实监测和诊断、机车重要部位的实时视频监控和对机车实时的全程跟踪，以及对机车定位的无死角全覆盖等几方面。

2.1.1 实时监测与诊断

地面综合应用子系统实时监测模块主要包含机车实时信息监测、机车实时信息查询、乘务员出乘记录、故障事件时实动态显示等。能够实时监测的信息包括：司控屏显示内容、微机屏显示内容、6A屏显示内容、LKJ关键参数、TCMS关键参数[5]及6A各模块值。

实时故障诊断功能主要体现在安全防控部分。技术人员可通过地面综合应用子系统查看机车故障报警信息并结合其他信息综合判断故障原因及程度，给出相应处置措施或处置预案，达到远程及时发现并处置故障的目的。

地面综合应用子系统具备上述功能后，可随时查看机车数据，可实时准确获取故障关键数据，可直接通过系统远程获取数据，缩短时空距离，充分体现了CMD系统的实时性、时效性和时空性。

2.1.2 实时视频监控

6A系统所具备的机车重点部位视频全程监控功能，在司机标准化作业方面起到了事后有据可查的作用。但在实时监管和预防方面仍存在一定局限性，每台机车每天所产生的海量视频数据，不管是人力还是软件自动分析，均无法做到司机作业过程全覆盖分析查看[6]。

引入CMD系统实时视频监控后，用户可实时点播查看司机行车过程中的全部视频通道，并可及时纠正司机驾驶过程中的不规范行为，可在一定程度上防范和减少行车安全隐患。同时，实时视频监控功能还具有对发生事故的现场进行时实查看，如实时查看机车前方线路、查看机车机械间等重点部位等。

对于运用管理过程中所需的添乘工作，既费人力又费物力。引入地面综合应用子系统后，管理人员即可在电脑前实现多台机车同时添乘的远程添乘工作（见图3），司机作业过程尽收眼底，降低资源开销并提高工作效率。

图3 实时视频监控

2.1.3 机车定位跟踪无死角全覆盖

CMD系统采用4G网络和北斗通信2种方式向CMD服务器发送数据，无论机车在哪里应用，用户均可在CMD系统地面综合应用子系统的地图上实时找到其位置，解决了机车长交路应用过程中跟踪困难的现实问题。当机车进入4G信号覆盖不好的区域时，北斗通信通道可实时发回位置信息；当北斗因上方遮挡（如机车进站、过隧道等）无法与卫星通信时，仍可通过4G通道传回的LKJ信息找到机车准确位置。双通道设计形成互补，防止机车定位出现盲点。

2.2 大数据挖掘与应用

LDP通过3G/4G通信通道每10 s一包、北斗每分钟一包的频率下发数据，按目前CMD系统中已注册机车超过4 000台，每日服务器收到的数据大小在50G以上，一年超过18T。如此海量的数据中蕴含所有重要信息，可直观查询、也可统计分析深入挖掘，尽可能发挥大数据优势来解决实际问题。

2.2.1 机车信息分类统计

（1）机车运用状态统计。如何提高机车利用率，以此降低投入产出比，提高企业经济效益和社会效益，是摆在各级铁路管理者面前的重要课题。

地面综合应用子系统为用户提供了一个有效的管理工具，即“机车动态信息汇总”统计功能和“机车跨局应用”统计功能，实时、详尽地提供了全部机车的运用状态（见图4）。管理者可以此优化管理方式，合理调配资源，最大程度发挥每台机车的利用效率，提高经济效益。

图4 总公司机车动态信息汇总及跨局应用统计

图5 某局某车型某时段按故障分类的统计

（2）机车故障/事件统计。故障统计和事件统计功能不仅可为机车管理单位提供一定范围内全部机车所产生的各类故障/事件数量统计，还可同时提供任意一台机车发生某一故障/事件时的详细信息（见图5）。单台机车所发生的某类故障/事件为个例，但站在全局角度的整体统计可为管理者提供明确的整体趋势判断（哪些故障/事件高发，哪些影响行车安全需要采取措施提前预防等）。作为机车维修部门，故障/事件统计为其制定维护保养计划提供参考，更加合理安排人力及物料资源。

（3）CMD系统质量状态统计。从CMD系统自身设备状态角度做出的统计功能，包含如LDP设备失效统计、LDP故障统计、LDP状态统计等。这些统计大到对各局段整体数量上LDP设备运行质量的判定，小到对每台机车LDP设备自身各重要部件的监控，如对信息传输通道（如4G与北斗）的状态判定，对LDP与其他车载设备（6A、LKJ、TCMS等）通信链路好坏判定等。为用户维护好LDP设备提供准确参考依据，保障LDP作为CMD系统最远端设备的良好工作性能。

2.2.2 历史数据挖掘利用

（1）机车运行轨迹。在机车运用精细化指挥和管理方面，机车运行历史轨迹的查询可帮助用户查询机车历史运行轨迹。在地图中回放机车运行轨迹过程中，对车次和乘务员的变更事件给出提示，便于定位事件发生位置。对运输调度指挥、机车运用管理和相关机车运用考核工作提供支持。1台机车一段时间内运行轨迹查询见图6。

图6 机车历史运行轨迹查询

（2）历史视频点播。当机车在外运行期间发生意外事件时，用户第一时间最希望得到车上事发当时的视频数据。地面综合应用子系统为用户设计了远程历史视频点播功能，用户可点播机车上各通道视频任意时段数据，节省了人力和时间成本，提高了工作效率。

（3）高密数据点播。CMD系统受商用4G通道网络覆盖不同地域差异的影响及北斗通信带宽限制，再加上机车上其他系统实时产生巨大数据量因素，要实时传输所有数据存在困难。因此，当前CMD系统所传输的实时数据在数据源基础上作了降低频度的技术处理，以满足数据传输量限制。为了弥补这个客观条件造成的不足，CMD系统地面综合应用系统设计了历史高密数据点播功能。只要用户需要，随时可提取任意机车任意设备任意时段的原始数据作为分析依据。

高密数据点播功能把每台机车作为网络云，可随时从那里提取所需数据。这一设计有效避开了无线传输通道信号质量及带宽限制，同时也降低了地面综合应用子系统的数据库存储压力，大数据集中存放转变为各机车云存储随要随取，分散了系统的风险和压力。

（4）图表联动。机车发生某类故障或需要对某项参数进行持续跟踪以研判其发展趋势时，将其历史数据以表格或图形曲线方式展现出来，可更直观方便帮助用户得出结论。

在系统数据中心模块中有一项图表查询功能，可对LKJ、6A、TCMS项点及故障进行绘图。可单独观看一项物理量参数的曲线变化图，也可同时将多项参数显示在一张图上对照观看。某机车运行途中1轴1位传感器所监测到的温度变化过程及相应轴的其他参数变化情况见图7。

图7 某机车运行途中所涉及相关参数变化组合曲线

（5）WLAN数据转储。对于商用无线传输网络（4G与北斗），不仅存在机车运行途中网络信号不稳定及带宽限制问题，还存在数据流量成本较高问题。如要按此思路实现大容量机车运行记录文件的自动下载，必将付出更高的设计代价和运用成本代价，不利于现实应用的推广。为解决这一难题，CMD系统引入WLAN文件自动下载转储功能，既解决了网络带宽问题，又满足低成本应用需求。

机车进入机务段整备场后，车载设备自动接入专用WLAN网络，将车载记录文件下载到机务段数据服务器中，机务段用户可通过文件解析软件查看分析下载的数据文件。

2.3 量身定制服务

2.3.1 角色配置

铁路机车应用管理涉及不同部门的多个不同岗位，各岗位对机车应用管理有不同需求范围。对于不同岗位的特殊定向需求，如何同时满足不同需求而又不浪费资源，这就对地面综合应用子系统的设计提出了新的要求，即按角色进行功能分配。由此，地面综合应用子系统按不同岗位进行角色权限定制，所设计的角色包括调度角色、110/120角色、技术角色、整备角色和LDP管理角色。

2.3.2 用户关注项点定制

机车应用管理各部门职责分工不同，所需了解的机车信息范围也不同。如何让各岗位操作人员更精简、高效地了解自已所需信息，这就需要为其量身定制服务。在地面综合应用子系统中，定制功能主要体现在实时监测所需显示的故障事件项点配置、图表项点查询两方面。

以实时监测模块的关注项点配置为例，根据用户所关注的项点信息勾选对应项点（见图8），实现在实时监测界面上的报警窗口只提示关注项点内容的功能。

2.4 综合应用平台

随着铁路信息化程度的不断发展，各业务部门间信息交流逐步增加，需要在各信息系统间进行数据共享与数据转换，可更充分使用已有数据资源，减少资料收集、数据采集等重复劳动和产生的相应成本。地面综合应用子系统设计之初就充分考虑与机务信息平台及其他信息系统间的数据共享（见图9），整合各大系统资源，最大程度发挥信息化和大数据优势。

（1）CMD地面综合应用系统从其他机务信息系统获取基础编码、机车配属等信息，确保基础数据的一致性。

图8 实时监测关注项点配置界面

图9 数据共享接口

（2）机车运行过程中采集的机车状态数据及数据分析结果对于其他信息系统具有参考价值，地面综合应用子系统通过数据共享的方式提供给其他系统。如地面综合应用子系统将车载故障数据通过机务信息平台共享给整备系统，机车在回段前整备人员就能够提前查询到机车线上发生的故障，提前做好相应准备工作，有效缩短整备时间，提高机车运用率。

2.5 平台化设备管理

地面综合应用子系统将为系统提供信息传输服务的远端LDP设备也列入管理对象，主要功能在车载设备模块中实现。不仅记录了LDP设备从安装开始的重要原始信息，也监控LDP设备的整个应用过程；不仅为用户提供每台LDP设备的运行状态信息，也以考核评比的方式对设备供应商进行质量评分，增强供应商间的设备质量竞争，有效促进供应商提高设备质量的同时维护好设备的正常应用，为CMD系统的地面综合应用提供有力保障。

2.6 机车自我统计

地面综合应用子系统作为一个信息化综合应用平台，除包含上述功能外，还引入了机车自身的电子履历管理功能。对机车全生命周期进行详尽记录，随时供用户查阅。不仅支持对机车原始电子履历上传进行手动更新，也支持用户下载进行本地保存；同时伴随着机车日常应用进行相应记录的动态同步更新，如机车应用里程记录，将实时更新进相应机车电子履历。

3 典型应用案例

在地面综合应用子系统的实际应用过程中，发生了通过地面综合应用子系统进行故障远程处置的较多案例，在此以其中1例为对象，展示运用地面综合应用子系统处置远程故障的完整流程。

（1）报警产生。2016年3月14日，某局地面综合应用子系统的实时监测窗口报警提示某机车1轴5位轴温异常，应急处置人员进入CMD系统安全防控页面查看详情（见图10）。

图10 该机车轴温报警信息

（2）分析判断。通过查看该机车实时数据，发现其6A走行显示1轴5位传感器温度异常（见图11）。

图11 该机车实时6A走行数据

查看机车辅助系统实时数据（见图12），辅助变流器1无电压和电流输出，且控制系统也没有相应故障提示，初步判断导致该车1轴5位传感器温度异常的原因是APU1偷停引起。根据初步判断结论，指导司机将1轴通风电机电源切换为辅助变流器2后持续观察实时6A走行数据，直到其值逐渐恢复到正常范围，确认影响行车安全的隐患消除后恢复正常运行。

图12 该机车实时辅助系统数据

（3）填写处置意见。在指导司机完成上述作业后，相应结论及后期处置仍需给出相应意见，并转机统6提票，这些操作均可在地面综合应用子系统中完成（见图13）。

图13 填写处置预案

本次故障的发现、分析及处置过程不仅有效避免了一次可能发生的安全事故，还节省了一次机车救援及由此引起的一系列成本代价；不仅保障了行车安全，还节约了成本开支，体现了科技为提高生产力所发挥的巨大作用。

4 结束语

随着我国铁路机务信息化的推进，作为机车应用状态的远程时实监测与诊断功能显得至关重要。不仅需要用现代化的技术手段解决监测与诊断的时实性与时效性，更要解决时空距离，同时要发挥大数据优势，把以前靠人力管控的有限数据资源变为完整的信息储备，并对这些海量数据进行挖掘整理，以曲线图表等更直观的方式展现给用户，为机车的日常运管修提供便利。

[1] 申瑞源．构建大功率机车整备体系的研究与思考[J]．中国铁路，2012(6)：7-10．

[2] 赫忠梁，商德君．LKJ信息管理系统功能设计[J]．铁道通信信号，2013(5)：17-20．

[3] 张大勇．提升我国机车技术水平的路径探讨[J]．中国铁路，2015(6)：1-4．

[4] CMD项目组．CMD系统（v1.0）研制和技术报告[R]．北京，2016．

[5] 李新，李哲．HXD3C型电力机车自主化控制与监视系统（TCMS）研究与实现[J]．铁道机车车辆，2016，36(3)：28-33．

[6] 张启安，刘峰．机车车载安全防护系统（6A系统）数据的应用[J]．中国铁路，2012(12)：7-10．

责任编辑 高红义

Ground Comprehensive Application Subsystem of China Locomotive Remote Monitoring and Diagnosis System(CMD System) and Case Analysis

DU Zhihui1，LIN Jiagen2
（1. Transportation Bureau，CHINA RAILWAY，Beijing 100844，China；2. Chengdu Yunda Technology Co Ltd，Chengdu Sichuan 610041，China）

This article introduces the composition, data sources and architecture of the Ground Comprehensive Application Subsystem of China Locomotive Remote Monitoring and Diagnosis System (CMD system) and focuses on instantaneity, timeliness and typical features of big data mining and application, customization and the comprehensive application platform and uses an actual case of the Ground Comprehensive Application Subsystem used in real production to prove its functional practicability.

locomotive；remote monitoring；diagnosis；CMD system；comprehensive application platform；big data；customization

U26；TP277

A

1001-683X（2017）04-0027-07

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.027

2016-12-16

杜志辉（1972—），男，高级工程师。

林加根（1976—），男，电子工程师，本科。E-mail：sailorljg@163.com