張燕萍 王 晨 周 曉 邢宇晗 蔡瑋瑋

(1.長春市軌道交通集團有限公司 吉林 長春 130021；2.長春中車軌道車輛有限公司 吉林 長春 130052)

目前，國內(nèi)城市以軌道交通線網(wǎng)為主流交通方式的特征逐步體現(xiàn)，且客流量持續(xù)增長。隨著軌道交通車輛數(shù)量的增加，車輛運管單位需要更高效、準確、及時的運維手段。建立智能化的軌道交通運維體系成為軌道交通行業(yè)不可或缺的重要組成[1]。

提高車輛維護效率，確保車輛在線發(fā)生故障后，檢修人員能夠第一時間了解車輛故障，通過大數(shù)據(jù)對車輛各系統(tǒng)進行監(jiān)控，當車輛系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定或異常時能夠提前進行預(yù)警，是車輛智能運維的發(fā)展趨勢[2]。車輛遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控車輛各主要系統(tǒng)的運用狀態(tài)，為了便于車輛維護，在既有車輛上加裝遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)成為目前車輛運用的迫切需求。

1 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)簡介

CCQG型輕軌車輛自2006年上線運行現(xiàn)已十余年，目前進入廠修期，在廠修過程中對車輛加裝遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，可以有效提升車輛整體的運用性能。受既有車輛結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)接口限制，遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要采集車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及受電弓工作狀態(tài)，并對系統(tǒng)運行期間主要數(shù)據(jù)進行監(jiān)測及傳輸。

CCQG型輕軌車輛增加的遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)車載部分由系統(tǒng)主機、4G(5G)無線通訊天線、GPS天線及設(shè)備饋線等部件組成。遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)通過車載設(shè)備收集列車各系統(tǒng)運行參數(shù)、監(jiān)控圖像等數(shù)據(jù)，通過4G(5G)無線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過服務(wù)器后臺處理和分析，將數(shù)據(jù)傳輸至地面車輛段，從而為列車運行提供遠程監(jiān)控和診斷，其系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)拓撲圖

遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)可以通過手機端或PC端對車輛各系統(tǒng)信息進行監(jiān)控，具體功能如下：

(1) 顯示當前線路的車輛位置，顯示每臺車輛的實時狀態(tài),以及當前線路車輛的上線運營情況。

(2) 可在任意時段監(jiān)控和查看車輛瞬時閃現(xiàn)故障及不易鎖定的故障進行長時間的實時監(jiān)控，便于對故障進行排查和跟蹤。

(3) 顯示空調(diào)系統(tǒng)實時溫度對比車內(nèi)外溫度，對空調(diào)系統(tǒng)運用狀態(tài)進行實時監(jiān)控。

(4) 對車輛牽引系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)等運用狀態(tài)及網(wǎng)壓、網(wǎng)流等數(shù)據(jù)參數(shù)進行實時監(jiān)控，從而對車輛各系統(tǒng)運用狀態(tài)進行有效監(jiān)測。

(5) 對車輛監(jiān)控攝像頭采集的圖像進行壓縮整合，通過后臺智能圖像流控系統(tǒng)，在不消耗大量流量的同時，使用戶在需要遠程技術(shù)指導(dǎo)時，能夠提供清晰的現(xiàn)場畫面，且方便查看司機應(yīng)急處理的操作，可確保在遠程指導(dǎo)過程中讓司機的操作準確無誤。

(6) 具有完善的權(quán)限管理認證功能，可根據(jù)權(quán)限開放的層級限定系統(tǒng)查看權(quán)限。

2 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝方案

CCQG型輕軌車輛因制造批次不同，其采用的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通訊制式不同，主要有MVB、CAN兩種模式，繼而需要遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊采集接口具有兼容性。此次遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝設(shè)計為在既有車輛進行改造，需要在車輛司機室內(nèi)增設(shè)系統(tǒng)主機、車頂加裝4G(5G)天線、GPS天線裝置及受電弓工作狀態(tài)監(jiān)測攝像頭。

2.1 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要硬件設(shè)備組成

遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機采用標準3U機箱(即高度為13.335 cm的機箱)，如圖2所示，PCB板卡插拔的機籠式結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于設(shè)備維護，且適配CAN通訊、RS232通訊及MVB通訊等通訊接口，可與多系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊；其內(nèi)部設(shè)有SD卡可對本地數(shù)據(jù)進行記錄存儲，存儲可大于30天以上。

圖2 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機

對司機臺下方內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，將遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機加裝至司機臺內(nèi)部，結(jié)合CCQG型輕軌車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)既有對外通訊預(yù)留接口及遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)信息接收需求，確定系統(tǒng)主機安裝位置。CCQG型二期車輛遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊主要通過重聯(lián)端網(wǎng)關(guān)模塊，與列車廣播系統(tǒng)通訊通過列車廣播分機，即CCQG型二期車輛遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機安裝至重聯(lián)端司機室；CCQG型三期車輛與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊主要通過IDU顯示屏預(yù)留通訊接口，與列車廣播系統(tǒng)通訊通過列車廣播主機，即CCQG型三期車輛遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主機安裝至MC端司機室。

車輛數(shù)據(jù)與地面?zhèn)鬏斖ㄟ^4G無線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面列車數(shù)據(jù)服務(wù)器， 最高傳輸速率可達300 M， 充分確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和流暢性， 此外主機內(nèi)部預(yù)留5G無線網(wǎng)卡通訊接口， 可升級為5G通訊。 同時， 通過GPS天線定位車輛位置， 為客戶端提供車輛位置信息。 4G及GPS天線安裝至MC端車頂， 充分確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性、 可靠性。

在MC/M模塊加裝受電弓監(jiān)控攝像頭，攝像頭外殼采用高強度材質(zhì)，用于抵擋車外的惡劣環(huán)境，外部玻璃面罩采用高強度電加熱玻璃，且設(shè)有溫度控制裝置，可根據(jù)外部環(huán)境溫度進行加熱，用于冬季除霜，充分確保了對受電弓工作監(jiān)測的可靠性。

2.2 車輛各主要系統(tǒng)同遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸方案

加裝的遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)，主要對車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、列車廣播系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及受電弓工作狀態(tài)各數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。結(jié)合車輛各系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通訊模式確定遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)同車輛各系統(tǒng)間的接口形式，遠程監(jiān)控診斷系統(tǒng)與車輛各系統(tǒng)間的通訊數(shù)據(jù)傳輸如圖3所示。

圖3 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)原理圖

2.3 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)加裝后的功能

遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)采集車輛數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，可通過客戶端設(shè)備查看車輛實時數(shù)據(jù)?？蛻舳税鄠€模塊和單元，包括用戶的注冊、登錄的認證、車輛在線離線狀態(tài)的展示、車輛基本信息、車輛的位置、車輛的實時數(shù)據(jù)以及車輛故障的查看和回放。

遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)支持不低于200個通信端口對數(shù)據(jù)進行采集查看， 且可根據(jù)客戶端不同使用人員設(shè)定車輛數(shù)據(jù)查看權(quán)限； 客戶端首頁可選擇監(jiān)控線路車輛， 且可顯示當前線路的車輛位置， 每臺車輛的實時狀態(tài)， 以及當前線路車輛的運行情況； 可在客戶端實時監(jiān)測和查看車輛各系統(tǒng)的具體運行情況。對車輛牽引系統(tǒng)、 制動系統(tǒng)、 輔助系統(tǒng)、車門、空調(diào)等狀態(tài)進行監(jiān)測，終端界面如圖4所示。

圖4 遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)界面示意圖

此外，可以針對故障進行分級記錄，例如：可以分為一般、輕微、嚴重，同時對故障發(fā)生的時間和地點進行記錄，為事后的故障分析提供依據(jù)，根據(jù)故障單元能夠?qū)φw的車輛故障進行統(tǒng)計，對車輛各個單元的狀態(tài)進行整體評估。

3 結(jié)論

隨著城鐵車輛監(jiān)測系統(tǒng)要求的增加，遠程監(jiān)控與診斷成為現(xiàn)有車輛對各系統(tǒng)進行實時監(jiān)控的發(fā)展方向。CCQG型輕軌廠修車搭載的遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的設(shè)計合理，同時具有一定前瞻性。車輛信息手機端推送軟件技術(shù)具有統(tǒng)一完整可擴展的應(yīng)用構(gòu)架；具有較高可用性且系統(tǒng)響應(yīng)時間迅速，能夠提供較快的訪問速度，用戶操作便捷、系統(tǒng)維護方便，具有較高穩(wěn)定性和可靠性。此外，從應(yīng)用信息和數(shù)據(jù)多方面提供安全保障，采用安全可靠的系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺，在有效監(jiān)測車輛信息的同時確保信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>