鄧永祁，楊 將

（湖南中車時(shí)代通信信號有限公司, 長沙 410005）

LKJ設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測管理（LMD）系統(tǒng)是電務(wù)安全監(jiān)控技術(shù)體系的組成部分。按照“電務(wù)安全監(jiān)控技術(shù)體系”的規(guī)劃和基本要求，以及考慮到為其他專業(yè)領(lǐng)域提供信息管理支持，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車運(yùn)行車載設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測管理，為機(jī)車安全運(yùn)行和風(fēng)險(xiǎn)防范提供保障。

在LMD系統(tǒng)的推廣應(yīng)用過程中，其生產(chǎn)作業(yè)和管理往往局限于鐵路內(nèi)網(wǎng)電腦。隨著鐵路信息化技術(shù)不斷發(fā)展，鐵路信息部門在鐵路辦公內(nèi)網(wǎng)邊際搭建鐵路安全傳輸平臺，實(shí)現(xiàn)了鐵路內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的交互接口。在具備內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)安全交互的基礎(chǔ)后，鐵路電務(wù)系統(tǒng)對于LMD系統(tǒng)移動化應(yīng)用的需求十分迫切。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)作業(yè)效率，探索移動化生產(chǎn)管理作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，通過一系列技術(shù)革新，LMD系統(tǒng)移動APP應(yīng)運(yùn)而生。LMD系統(tǒng)移動APP通過鐵路安全傳輸平臺實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)安全數(shù)據(jù)交互，最終在移動APP上實(shí)現(xiàn)LMD系統(tǒng)功能，包括對LKJ設(shè)備質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、位置監(jiān)測和數(shù)據(jù)換裝。通過上述功能，對機(jī)車的行車安全、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備質(zhì)量和版本換裝進(jìn)行在線監(jiān)測、實(shí)時(shí)報(bào)警和智能化故障診斷。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LMD移動APP系統(tǒng)由移動APP應(yīng)用、外網(wǎng)通信系統(tǒng)、版本服務(wù)器、安全傳輸平臺、內(nèi)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)組成，整體框架如圖1所示。LMD系統(tǒng)移動APP采用中國國家鐵路集團(tuán)有限公司面向新一代應(yīng)用的鐵路安全傳輸平臺，由中國國家鐵路集團(tuán)有限公司頒發(fā)數(shù)字證書，各路局信息所管理配置，系統(tǒng)通過數(shù)字證書向傳輸平臺進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證成功后才能與內(nèi)網(wǎng)通信服務(wù)器進(jìn)行通信。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖Fig.1 System technical architecture diagram

LMD系統(tǒng)移動APP應(yīng)用提供了兩大主流系統(tǒng)（Android/IOS）的應(yīng)用軟件，集成了LMD系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，安裝于相關(guān)人員的移動設(shè)備，為管理作業(yè)人員實(shí)時(shí)掌握LKJ車載設(shè)備信息提供了便捷，實(shí)現(xiàn)了移動化管理作業(yè)。同時(shí)應(yīng)用軟件可安裝于鐵路電務(wù)系統(tǒng)的LKJ手持作業(yè)終端，通過手持終端和車載設(shè)備生產(chǎn)管理平臺的結(jié)合應(yīng)用，為作業(yè)者提供信息支撐。

外網(wǎng)通信系統(tǒng)主要承接移動APP的數(shù)據(jù)請求，并通過鐵路安全傳輸平臺認(rèn)證，將申請發(fā)至內(nèi)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)將內(nèi)網(wǎng)通信系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)回送移動APP端。

內(nèi)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)接收外網(wǎng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)申請，收到申請后，通過查詢或修改LMD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，將相關(guān)數(shù)據(jù)返回至外網(wǎng)通信系統(tǒng)。

版本服務(wù)器負(fù)責(zé)APP軟件的更新，當(dāng)有新版本發(fā)布時(shí)，給用戶提供APP新版本下載更新。

鐵路安全傳輸平臺主要負(fù)責(zé)內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)安全交互，由路局所屬信息所負(fù)責(zé)管理和配置，利用中國國家鐵路集團(tuán)有限公司頒發(fā)的數(shù)字證書驗(yàn)證請求是否合法，確保數(shù)據(jù)交互安全。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與運(yùn)用

LMD移動APP實(shí)現(xiàn)了LMD系統(tǒng)的查詢功能，包括LKJ設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，LKJ設(shè)備質(zhì)量監(jiān)測，列車位置監(jiān)測，LKJ數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測。各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)原理與數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

2.1 運(yùn)行監(jiān)測

LKJ作業(yè)手持終端具備LMD系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測模塊，可在移動端實(shí)時(shí)對LKJ系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)和設(shè)備質(zhì)量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，依據(jù)可設(shè)置參數(shù)的判斷邏輯，判斷設(shè)備異常情況，及時(shí)提供預(yù)警/報(bào)警信息。運(yùn)行監(jiān)測界面顯示如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)原理圖Fig.2 System schematic

移動終端具體可以查詢4類信息：

1) 運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)信息：信號燈、實(shí)速、限速、距離、車次、司機(jī)、所屬段、位置、里程、信號機(jī)、廠家、總重、計(jì)長、輛數(shù)、柴數(shù)、管壓、缸壓、輪徑等信息；

2) 實(shí)時(shí)監(jiān)測LKJ版本數(shù)據(jù)信息，包括：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，監(jiān)控程序，監(jiān)控生成，屏幕數(shù)據(jù)，屏幕程序，地面處理板，通信板，擴(kuò)展通信板；

3) LKJ設(shè)備燈顯信息：電源板，數(shù)字量輸入輸出，數(shù)字量輸入，擴(kuò)展通信，模擬量輸入輸出，通信，地面信息處理板，監(jiān)控主機(jī)板；

4) TSC設(shè)備信息：3G/4G模塊，GPS模塊，衛(wèi)星數(shù)，以太網(wǎng)，CAN,WLAN模塊，CPU溫度，TSC設(shè)備ID，SIM卡號等信息。

圖3 運(yùn)行監(jiān)測模塊Fig.3 Operation monitoring module

2.2 設(shè)備質(zhì)量監(jiān)測

LMD系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)通過運(yùn)行在TSC設(shè)備上的LKJ實(shí)時(shí)分析程序，接收LKJ設(shè)備的CAN數(shù)據(jù)，通過對接收到的CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、儲存、分析，得到LKJ及其相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測結(jié)果。然后將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送給TSC的通信程序，將結(jié)果發(fā)送至LMD地面服務(wù)器，將分析結(jié)果存入LMD的數(shù)據(jù)庫，最終在移動APP上顯示相關(guān)的報(bào)警信息。

LMD系統(tǒng)移動APP往往根據(jù)自身情況將上述報(bào)警項(xiàng)點(diǎn)設(shè)置分為三級，其中一級最為緊急，二級次之，三級報(bào)警較輕。報(bào)警類別及項(xiàng)點(diǎn)如表1所示。LMD系統(tǒng)移動APP會將每條報(bào)警信息詳情、項(xiàng)點(diǎn)、時(shí)間、機(jī)車、所屬單位進(jìn)行展示，便于管理與作業(yè)者在移動端實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備報(bào)警信息，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)備故障或報(bào)警，還可以在移動端查詢當(dāng)前的LKJ文件記錄，可以即時(shí)處置相關(guān)設(shè)備故障，保證設(shè)備穩(wěn)定安全運(yùn)行。設(shè)備監(jiān)測界面顯示如圖4所示。

2.3 位置監(jiān)測

LMD系統(tǒng)基于GPS/BD結(jié)合LKJ的列車定位技術(shù)實(shí)時(shí)追蹤機(jī)車/動車組位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)車/動車組運(yùn)行過程實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位，提供機(jī)車/動車組位置信息，為電務(wù)段車載設(shè)備管理、作業(yè)人員快速處置設(shè)備故障提供確定搶修地點(diǎn)等信息支持。利用LKJ位置數(shù)據(jù)+衛(wèi)星定位相結(jié)合的定位技術(shù)，將經(jīng)度、緯度構(gòu)成的二維坐標(biāo)系，簡化為一維的線性坐標(biāo)系。以信號機(jī)等關(guān)鍵地標(biāo)為對象，構(gòu)成線段。機(jī)車以這些關(guān)鍵地標(biāo)為原點(diǎn)，根據(jù)距原點(diǎn)的距離，將機(jī)車定位在線路上。

LMD系統(tǒng)移動APP獲取機(jī)車的定位數(shù)據(jù)后，通過在后臺的計(jì)算將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)GPS坐標(biāo)，并通過移動端的GIS技術(shù)將其顯示在地圖位置上，一旦作業(yè)人員需要尋找機(jī)車位置時(shí)，即可通過該功能迅速找到機(jī)車位置。位置監(jiān)測界面顯示如圖5所示。

2.4 數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測

數(shù)據(jù)換裝是電務(wù)系統(tǒng)LKJ日常管理的核心業(yè)務(wù)，主要包括數(shù)據(jù)管理、換裝作業(yè)和換裝銷號。LMD系統(tǒng)移動APP可獲取換裝計(jì)劃和換裝進(jìn)程兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，再結(jié)合TSC設(shè)備提供的實(shí)時(shí)版本信息，實(shí)現(xiàn)了換裝作業(yè)全過程的監(jiān)測。同時(shí)，系統(tǒng)通過實(shí)際的數(shù)據(jù)版本與下發(fā)的計(jì)劃版本進(jìn)行對比，對錯換漏換的機(jī)車進(jìn)行報(bào)警提示。換裝監(jiān)測主要應(yīng)用于以下兩個(gè)方面。

表1 報(bào)警類別與項(xiàng)點(diǎn)Tabi.1 Alarm types and item points

圖4 設(shè)備監(jiān)測模塊Fig.4 Equipment monitoring module

圖5 位置監(jiān)測模塊Fig.5 Position monitoring module

1）換裝作業(yè)過程管控: 車載設(shè)備車間的換裝管控人員在換裝作業(yè)過程中只需要在移動端盯控，LMD系統(tǒng)根據(jù)重點(diǎn)車次和換裝計(jì)劃的設(shè)置進(jìn)行數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測，當(dāng)作業(yè)人員未按換裝計(jì)劃進(jìn)行換裝作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)后自動進(jìn)行報(bào)警；報(bào)警信息會推送至移動APP，版本報(bào)警信息可提供信息支撐，輔助作業(yè)人員作業(yè)，對數(shù)據(jù)換裝卡控具有較大作用。對于數(shù)據(jù)換裝的管理者，在換裝過程中可以通過LMD系統(tǒng)移動APP即時(shí)查詢換裝進(jìn)度，把控?fù)Q裝過程。

重點(diǎn)車次與換裝版本實(shí)時(shí)監(jiān)測，對換裝計(jì)劃中的重點(diǎn)車次進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并實(shí)時(shí)報(bào)警提示；換裝過程中，通過LMD系統(tǒng)移動APP查詢當(dāng)前換裝進(jìn)度，把控?fù)Q裝過程；換裝完成后，通過LMD系統(tǒng)移動APP查詢當(dāng)前版本與計(jì)劃版本是否一致，防止錯換；換裝完成后，通過LMD系統(tǒng)移動APP查詢換裝情況與統(tǒng)計(jì)信息，防止漏換。

2）異地?fù)Q裝與委托換裝：當(dāng)換裝作業(yè)人員進(jìn)行異地?fù)Q裝或委托換裝的任務(wù)時(shí)，通過移動APP查詢的機(jī)車位置信息，迅速在地圖中定位機(jī)車，解決了以往尋找機(jī)車地點(diǎn)耗費(fèi)大量時(shí)間的問題，提高異地?fù)Q裝與委托換裝的效率，數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測界面如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測模塊Fig.6 Data change monitoring module

3 信息安全機(jī)制

3.1 傳輸通道安全性

移動APP鐵路內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交互通道利用鐵路安全傳輸平臺，采用數(shù)字證書認(rèn)證，保證請求的合法性。LMD系統(tǒng)移動APP到外網(wǎng)通信服務(wù)，外網(wǎng)通信服務(wù)器至內(nèi)網(wǎng)服務(wù)全程使用https通信，使用SSL證書保證通信加密，用以保障在Internet上數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，利用?shù)據(jù)加密(Encryption)技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸過程中不會被截取及竊聽。

3.2 數(shù)據(jù)完整性與保密性

數(shù)據(jù)傳輸全程采用密文傳輸，數(shù)據(jù)使用高級加密標(biāo)準(zhǔn) (Advanced Encryption Standard，AES)的塊加密(CBC)模式加密，即使在傳輸過程中被竊取，所被竊取的信息為密文信息，也無法獲取傳輸?shù)拿魑膬?nèi)容。

3.3 應(yīng)用安全性

APP軟件系統(tǒng)申請公安部認(rèn)可的第三方進(jìn)行安全檢測，經(jīng)過運(yùn)行狀態(tài)、權(quán)限提升、溢出測試、腳本木馬、跨站腳本攻擊、SQL注入攻擊、頁面隱藏字段、第三方軟件配置錯誤、cookie利用等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)測試，評定APP未發(fā)現(xiàn)高危漏洞風(fēng)險(xiǎn)等級為優(yōu)良。APP軟件下載位于版本服務(wù)器，Android采用高強(qiáng)度密鑰簽名，IOS軟件使用企業(yè)級證書發(fā)布，防止APP軟件在外部應(yīng)用商店流通。

3.4 安全審核機(jī)制

移動APP與LMD后臺建立了一套安全審核機(jī)制,用戶使用APP注冊時(shí)會將用戶手機(jī)號、手機(jī)的硬件信息（SIM卡號與手機(jī)IMEI）發(fā)送至后臺注冊，后臺管理員通過對比內(nèi)部數(shù)據(jù)信息來進(jìn)行審核，審核通過后實(shí)現(xiàn)人機(jī)綁定，才允許登錄。登錄時(shí)，無論是用戶名密碼錯誤，還是用戶更換了登錄設(shè)備，都無法進(jìn)行登錄。這保證了，無論是用戶泄露了用戶名與密碼，還是遺失了登錄設(shè)備，都無法進(jìn)行有效登錄。同時(shí)APP軟件根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)，使用系統(tǒng)的指紋認(rèn)證或人臉識別進(jìn)行登錄認(rèn)證，從另一方面加強(qiáng)了安全性。

4 運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)與體會

LMD系統(tǒng)移動APP已在多個(gè)鐵路局應(yīng)用，通過其實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，為LKJ設(shè)備移動化管理作業(yè)、數(shù)據(jù)換裝卡控和途中故障等突發(fā)事件的移動化應(yīng)急處置提供重要的手段，主要體會如下。

實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備質(zhì)量與運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)移動化管理作業(yè)： LMD系統(tǒng)移動APP已經(jīng)成為各路局LKJ設(shè)備移動化生產(chǎn)作業(yè)的重要工具，通過新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)安全互通，使得生產(chǎn)作業(yè)不再局限于內(nèi)網(wǎng)辦公電腦，可在移動端實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備質(zhì)量、LKJ設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、列車位置狀態(tài)與數(shù)據(jù)換裝信息。而通過LKJ手持終端搭載LMD移動APP,與電務(wù)車載設(shè)備生產(chǎn)管理平臺結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息流的高度共享，進(jìn)而使任務(wù)流程一體化。例如，當(dāng)LMD系統(tǒng)發(fā)出設(shè)備報(bào)警時(shí)，可實(shí)時(shí)推送至生產(chǎn)管理平臺發(fā)起設(shè)備故障處理，手持終端接收任務(wù)并完成后，將信息反饋至LMD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警消除與任務(wù)閉環(huán)。LMD移動APP使得生產(chǎn)管理作業(yè)更加便捷，效率更加高效，為今后各系統(tǒng)移動化管理作業(yè)的革新積累相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。

LKJ數(shù)據(jù)換裝效率提升： 在以往的數(shù)據(jù)換裝作業(yè)中，由于換裝任務(wù)繁重，換裝人員偶爾會發(fā)生錯換與漏換的事件，給列車的安全運(yùn)行造成了隱患。對于管理人員而言，只能在內(nèi)網(wǎng)辦公電腦中盯控?fù)Q裝進(jìn)度。在LMD系統(tǒng)移動APP應(yīng)用后，對于作業(yè)者而言，通過LMD系統(tǒng)移動APP的數(shù)據(jù)換裝監(jiān)測功能，可以在移動端實(shí)時(shí)查詢機(jī)車的換裝情況，有效避免錯換漏換事件；對于管理者而言，可在移動端查詢當(dāng)前換裝任務(wù)的換裝進(jìn)度，便于監(jiān)測與管理。

應(yīng)急處置變被動為主動：以前列車發(fā)生事故時(shí)，為了解LKJ等車載設(shè)備運(yùn)行情況，往往找司機(jī)或機(jī)務(wù)部門了解現(xiàn)場情況，還需要派員前往事故地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，然后將文件帶回車間進(jìn)行分析，進(jìn)一步得出分析結(jié)果，應(yīng)急處置十分被動。而LMD系統(tǒng)移動APP可迅速定位機(jī)車位置，并在移動端查詢LKJ運(yùn)行文件信息，即時(shí)獲取LKJ設(shè)備質(zhì)量和狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)移動化的應(yīng)急處置，應(yīng)急處置變被動為主動。