杨 凯

（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）

复兴号CR200J型动车组[1]是我国新一代普速客运列车主力产品，是复兴号动车组系列的重要组成部分。自2019年1月CR200J型动车组上线运营以来，铁路运用单位对其运行状态的监测需求十分迫切。按照《时速160公里动力集中动车组运用维修管理暂行办法》（铁总机辆[2018]200号）有关要求[2]，CR200J型动车组的运用维修管理方式有别于既有机车和客车，不再以单辆车体为对象，而是以列车做为管理主体实行一体化管理，由机务、车辆和电务等多专业联合作业完成运用工作。为此，整合机车CMD[3]和客车TCDS[4]等车载监测系统现有联网应用基础，结合TVDS[5]、TADS[6]和TPDS[7]等地面安全监测系统数据，根据CR200J型动车组运用管理需求，实现其运行安全监测联网应用具有重要的研究意义与实际的应用价值。

1 研究现状

目前，复兴号CR200J型动车组在动力车和控制车上均安装有针对CR200J改造后的CMD车载子系统设备，在拖车和控制车上均安装有针对CR200J改造后的TCDS车载检测设备。上述改型设备的安装能够实现对CR200J型动车组运行过程中动力车、拖车和控制车车载信息的全面采集检测，检测数据能够分别通过CMD和TCDS的传输通道，落地于各自系统既有的地面综合应用平台，供地面安全监测及运用检修应用。同时，CR200J型动车组在开行通过TVDS、TPDS和TADS检测设备时，各系统会分别采集到CR200J运行状态，并对实时列车运行故障情况进行诊断，诊断结果分别上传于各自系统的联网应用平台，便于运用单位对列车开展相应的故障实时处置及检修复核。

现有技术手段虽已初步实现对复兴号CR200J型动车组的覆盖检测，但也存在诸多改进优化空间。首先，按照CR200J型动车组现有运用管理办法规定，CR200J的运用维修工作在客整所开展车辆、机务和电务等多专业一体化作业，然而，现有客整所没有CMD非实时数据下载条件，无法有效下载CMD完整过程数据，给动力车和控制车运行状态的充分掌握带来困难；同时，按照实施运用维修生产组织管理的运用管理要求，使得原本使用不同监测系统的用户需要一体化整合，而现有各自独立运行的监测系统，其界面众多分散，不利于现场用户集中统一使用；此外，随着运用检修经验的不断丰富，以列车为维度开展一体化作业的专业运用团队对综合各监测系统多源检测数据开展关联诊断分析的需求变得日益强烈。为此，整合现有CR200J型动车组行车安全检测数据，建立集中统一联网架构及应用平台，实现多源检测信息的综合状态诊断，就成为复兴号CR200J型动车组运行安全监测亟待解决的问题。

2 联网应用设计

2.1 系统架构设计

（1）总体架构

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统在国铁集团及机辆站段建立两级部署，实现与CMD、TCDS、TVDS、TPDS和TADS各系统间的联网，实现国铁集团、铁路局集团和机辆站段三级应用，系统总体架构示意如图1所示。

其中，在国铁集团级部署的系统，直接与CMD、TCDS、TPDS、TADS和TVDS等系统的国铁集团级平台进行连接，汇总上述系统的实时监测数据，并与复兴号CR200J型动车组管理信息系统建立数据接口实现数据共享。

在机辆站段部署的系统，与TCMS、LKJ、6A和TCDS等系统的机辆站段级专家分析模块系统建立连接，汇总上述系统的下载状态、分析结果和检修建议等数据，并上传至国铁集团级系统供应用。

全部应用的使用入口设置在国铁集团级部署的系统上，各级用户均通过国铁集团级系统按照用户权限的约束使用各项应用功能。

图1 总体架构图

（2）网络架构

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统的网络利用铁路综合信息网建设，其总体网络架构示意如图2所示。

其中，位于车辆段的TCDS I类、II类服务器，部分WLAN设备及网络接入设备，为原车辆段TCDS系统既有设备；位于机务段的CMD数据交换中心服务器及相关网络设备，为原机务段CMD系统既有设备；外部系统的相关数据接口，建立于既有各专项系统服务器上。

位于车辆段的应用服务器、数据库服务器、转储服务器和部分WLAN设备，需要新建，用于在车辆段下载CMD相关数据及部署复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用段级系统，开展各专项数据的专家分析；位于国铁集团的国铁集团级服务器，需要新建，用于复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用国铁集团级系统提供全路监测应用。

为满足监控数据的传输效率及质量，车辆段局域网内传输带宽应不小于100 Mb/s，国铁集团、车辆段和机务段及各专项系统间传输带宽应不小于8 Mb/s。

图2 网络架构图示意图

（3）技术架构

应用系统技术架构设计分为6个基础层级，示意如图3所示。

其中，展示层整体应用功能通过浏览器方式进行展现，不同的业务人员通过相应权限的登录实现相关系统的应用和资源的浏览查询操作。

接口层主要分为两类接口，一类为给系统页面展示提供数据的应用接口层，另一类为对外部系统开展数据交互的服务接口层，系统接口按统一标准设计实现。

业务层是应用系统的实际建设层，设计实现时将应用系统分成多个应用体系，执行应用分类标准规范，以实现对应用系统的整合。

应用组件层是应用系统的基础技术层，通过流程集成引擎实现工作流、表单、统一管理、数据交换、代码及主数据等应用组件的整合和管理。

数据层是整体项目的数据资源的保障，通过对资源库的有效分类，建立元数据管理规范，从而有效实现资源的共享机制。

基础层是系统部署的基础，具体包含了网络、服务器资源、数据存储、安全和操作系统等资源建设，通过基础配置为应用奠定基础。

图3 技术框架示意图

（4）部署平台架构

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用的机辆站段级系统平台设计配备超融合平台（虚拟转储、应用和数据库服务器），路由器、交换机、无线控制器和无线接入点等网络设备，监控终端等监测显示设备，以及多计算机切换器（KVM）、机柜和不间断电源（UPS）等配套设备。其核心设备连接如图4所示。

其中，超融合平台用于提供系统转储服务器、应用服务器和数据库服务器资源虚拟化服务；网络设备用于与车载设备和超融合平台通信，并提供监控终端接入服务；监控终端用于应用系统访问。

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用的国铁集团级系统平台用于存储较长时间全路范围的实时监测信息及故障报警信息，提供各级用户应用，设计配备应用服务器、数据库服务器、磁盘阵列、监控终端和网络设备等设备，主要硬件配置根据《铁路车辆运行安全监控系统联网及信息综合应用总体方案》[8]确定，结合国铁集团信息化总体建设工作综合考虑。

2.2 数据传输设计

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统数据传输主要采用MQ和Webservice等数据传输技术，基本上可划分为几个步骤：

（1）列车运行过程中，TCDS、CMD、TPDS、TADS和TVDS国铁集团级系统通过统一的数据接口，将TCDS和CMD实时数据，以及TPDS、TADS和TVDS途中监测数据传输至CR200J型动车组运行安全监测应用系统国铁集团级系统；

（2）列车运行入库时，通过车辆段无线局域网将TCDS和CMD非实时数据传输至CR200J型动车组运行安全监测应用系统机辆站段级系统；

（3）机辆站段级系统可与各专项系统的专家分析模块进行数据共享；

（4）CR200J型动车组运行安全监测应用系统机辆站级系统与国铁集团级系统间，相互传输监控信息和专家分析结果等数据。

其数据传输流程如图5所示。

图4 机辆站段级平台核心设备结构示意图

图5 数据传输示意图

2.3 数据接口设计

（1）实时数据接口

各专项监测系统的国铁集团级系统向复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统开放实时监测数据接口，在国铁集团级进行接收汇总，接口方式为Web Service，数据内容和传输方式如表1所示。

（2）非实时数据接口

各专项系统的专家分析模块向复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统开放数据接口，在机辆站段级进行接收汇总，接口方式为Web Service，数据内容和传输方式如表2所示。

2.4 应用功能设计

（1）业务流程

复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用的主要业务流程如图6所示。

表1 实时监测系统数据接口内容

系统汇总CMD、TCDS、TPDS、TADS和TVDS等安全监测系统的实时数据，向国铁集团、铁路局集团及机辆站段的专业管理、技术、调度和监控等人员提供实时监测功能。

出现故障报警时，监控人员通知随车机械师进行现场查看核实，确定故障报警的真实性和紧急程度。如果需要途中处置，则由随车机械师进行处置，并由监控人员将处置情况回填到系统中。

列车回库后，系统对TCMS、6A、LKJ和TCDS的非实时数据、实时监测数据以及途中回填的内容进行专家分析，分析结果用于故障提票。故障检修完毕后，检修情况被录入到系统中，并反馈到专家分析模块。

表2 专家系统数据接口内容

（2）功能设计

依据业务需求及相应流程设计的应用功能如图7所示。

系统功能主要包括实时监测、专家分析、故障处置、统计分析及相关系统后台支持等模块。其中，实时监测模块主要包括车组状态综合监控、报警综合查询、图表关联分析、列车追踪和电子地图监控等功能，实现各专项系统实时安全监测信息的综合展示，以及多源监测信息的关联分析；专家分析模块主要包括车组分析状态和车组分析结果等功能，实现对列车运行状态的专项专家分析及诊断；故障处置模块主要包括故障提票及回填和故障处置查询等功能，主要实现综合安全监测故障的全流程处置；统计分析模块主要包括故障统计、过车统计、专家分析统计、运用情况统计和报警关联分析等功能，便于管理人员进行数据的汇总分析和规律总结；后台支持模块主要包括数据接口处理、系统管理、用户管理和数据管理等功能，便于对系统的使用进行全面管理。

3 应用系统实现

根据联网应用的设计，研发了复兴号CR200J型动车组运行安全监测应用系统软件。系统软件主要包括国铁集团、铁路局集团和机辆站段三级应用，其基本应用组成如图8所示。

其中，国铁集团级应用能够提供全路监测数据的汇总、查询、统计分析和规律总结，提供全路故障车辆跟踪提示，可与外部信息系统进行信息共享。

铁路局集团级应用能够实时接收转发管内故障报警信息，并可配合进行现场处置，提供路局管内监测数据查询，提供过车情况、车辆故障以及故障处理信息等汇总和统计分析。

图6 业务流程图

图7 功能架构图

图8 应用系统组成图

机辆站段级应用能够接收处理管内列车信息及故障报警信息，进行复核、检修及结果反馈，提供对列车运行状态的关联分析及展示，并开展专家分析诊断，能够对过车情况和故障处理信息等进行统计分析。

图9～图11分别为系统应用中车组状态综合监控、车组状态明细和监控信息关联分析界面。

图9 车组状态综合监控界面

图10 车组状态明细界面

4 结束语

图11 监控信息关联分析界面

研究了复兴号CR200J型动车组运行安全监测联网应用技术，设计了多源检测信息的综合联网监测方案，实现了行车监测数据的关联分析及专家诊断，构建了安全监测一体化管理架构，实现了归一化的故障检测、传递、处理及复核全流程闭环管理，为有效保障CR200J型动车组的运行安全提供了有力的技术支持。后续的研究将集中于专家综合故障诊断模型的建立与改进。