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无线传输技术在地铁车辆中的有效应用

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：黄睿

[导读] 摘要：地铁通过配置无线传输模块，然后利用无线传输技术将地铁的当前的运行状态及时的传递给地面的中心数据库。

        湖北邮电规划设计有限公司湖北 430023
        摘要：地铁通过配置无线传输模块，然后利用无线传输技术将地铁的当前的运行状态及时的传递给地面的中心数据库。而地面中心数据库的工作人员将接收到的数据信息首先进行解密，然后将数据信息还原，以此来实现实时获取地铁当前车况，并通过地面技术的支持对地铁故障进行预判，这样地铁一旦发生问题时，就可以及时采取有效的解决措施，从而降低地铁的运维损失。本文对无线传输技术在地铁车辆中的有效应用进行探讨。
        关键词：无线传输技术；地铁；车联网
        1 GPRS无线传输技术在地铁中的技术架构
        GPRS无线监控传输系统是由客户端和服务器这两部分所构成的。一方面，地铁的管理系统TCMS与车载客户端之间交互数据，主要包括地铁在运行过程中产生的操作信息以及各个系统的运行情况；另一方面，车载客户端将收集到的数据信息封包，然后进行加密ip包，最后传输到数据交换平台上，经过数据交换平台最后传输到地面数据中心的数据服务器内。然后服务器会对数据进行备份和后处理，将还原的数据自动写入到数据库中，并根据用户的不同的需要，地面的应用软件会根据数据库以往中的信息，自动生成列车运行的各种图表，这样工作人员能够更加准确并快速的了解当前地铁的运行状况。
        1.1 系统硬件结构
        系统是由监控中心PC机与远程监控模块所组合而成的，一般情况下是通过GPRS网络来开展通信的。由GPRS模块、ARM模块以及传感器模块所组合而成的无线传输模块。其中，GPRS模块用于数据的接收以及发送；完成传感器数据的编码，并控制GPRS模块将数据发送到监控中心，然后执行监控中心发送的控制命令的是ARM模块。
        1.2 系统软件的实现
        通过控制软件实现地铁和地面无线传输的技术核心，地铁的管理系统是通过TCP/IP与无线数据来进行传输装置之间的通信。并基于TCP/IP的通信，通常情况下都是利用SOCKET套接字来进行数据通信的，一般程序会分为用户端和服务器端两个部分。
        1.3 系统的有效应用
        系统应用的是应答式的实时传输策略，也就是将当前数据按照规定的传输时间来进行传输，采用的是在传输当前的数据包结束以后才开始下一个数据包传输的方式：（1）无线传输装置能够将传输过来的主故障记录信息立即的传输到地面中；（2）然后等待地面进行回应，如果向地面传输三次以后地面还是没有回应的话，则认为超时，将故障信息进行缓存，按照先进先出的原则储存条数一百条。无线传输系统含有GPRS模块、GPS和GIS技术，使地面的系统可以对列车当前的运行位置以及运行线路实现实时监测。另外，通过观看电子地图，地面工作人员能够对当前列车的具体位置信息进行快速的定位和查询，并能够放大该区域内的信息。通过点击车辆的图标，能够将车辆的信息显示出来，并且还可以调好实时监测的页面，显示出车辆的编号、运行状态、速度、车次以及里程等各项数据。由于GPS自身的缺陷，从而致使在隧道内无法将位置进行实时的更新，所以定位的功能只适合用于地面上。那么当地铁在隧道内运行的时候，可以选择信号系统的定位信息定位当前地铁的位置。
        2 无线传输技术在地铁车辆中的实际应用
        将以上海轨道交通车辆智能运维系统中的车联网系统为例，针对无线传输技术在轨道交通方面的具体应用进行详细介绍。
        2.1 车辆运维现状
        超大规模地铁网络的快速发展，对上海的轨道交通运维检修模式提出了更高要求，单纯效仿国外的运维模式已经无法满足超大客流下乘客对高效、安全、准点、舒适的出行需求。

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而摆在当前的运维现状：一是维修力量薄，随着线路的不断延伸，包括管理、技术、技能等在内的骨干力量逐渐摊薄；二是维修强度大，随着运营车辆的使用时间的不断增加，导致对设备维护的频次和要求日益上升；三是检修效率低，以人工检查为主的检修方式已经不能满足现代城市轨道交通列车对检修效率、质量、水平的高需求。
        2.2 业务需求
        在对现状和运维需求做了详细调研后，明确了以下几点业务需求：（1）需适配多种车型协议。超大规模城市轨道交通面临的是车型数量繁多，截至2018年，上海地铁共计拥有车型40多种，每种车对应的网络形式、数据协议均不相同。因此车地信息技术，采用地面服务器集中处理，由数台服务器组成的集群共同处理信息，降低车载设备投入成本，服务器集群可使用资源动态分配，进一步降低建设成本。（2）要求并行处理多。超大规模城市轨道交通网络运营下，同时在途运行的列车可达数百甚至上千辆，列车在运行过程中实时与地面服务器进行数据交互，存在大量的并行计算，地面服务器需要在同一时刻完成大量的数据接收、解析处理。（3）要求延迟低。对于正线运营情况要求予以实时监控，并可及时对设备异常状态，从数据接收、解析、处理、推送到监控页面，需要在一定时间内完成，以达到实时监控的最佳预期。
        2.3 系统功能简介
        上海轨道交通车辆智能运维系统的车联网系统，主要用于实时监控上海地铁各线路列车的运行状况、当前故障、预警信息，以及故障查询统计和列车数据分析。在全网实时监控页面，会有上海地铁线路图、各线路列表、各线路数据的统计图（包括：里程、能耗、故障列车）、以及所选线路列车的数据统计图（包括：里程、能耗、客流量）等全面数据显示。其中的列表与统计图中的数据是跟随着车辆的变化实时更新的，并且地铁线路图其实是一个静态的形式。
        2.4 技术实现
        （1）软件架构。对于正线运营情况要求予以实时监控，并可及时对设备异常状态，从数据接收、解析、处理到推送到监控页面，需要在一定时间内完成，以达到实时监控的最佳预期。（2）模块说明。系统分解视图采用的原则是按功能分解，即负责一个业务功能的模块将被分解为一个系统。从上面章节可看出，本系统共分解为五个功能模块，分别是接数服务模块Netty、数据解析模块Sparkstreaming、实时数据推送模块Websocket、实时数据展示模块IOV和接口服务模块主数据。（3）运行逻辑。系统正常启动后，除了Netty、Sparkstreaming解析、Websocket、IOV和主数据服务，还有规则引擎、Sparkstreaming聚合服务等。规则引擎负责实时预警模块，从消息队列Kafka读取数据并运行设定的规则，条件满足则产生预警消息，这些预警消息一方面会推送到IOV页面，另一方面会存入Kudu，永久保存下来，且在IOV系统中可以随时查看这些历史预警消息。Sparkstreaming聚合服务主要是对状态数据的模拟量进行多种类型的聚合，比如1分钟、5分钟、10分钟聚合等，聚合的具体操作有多种，如平均值、最大值、最小值等，视具体业务需求而定。
        2.5 建设成效
        上海地铁正在将车辆运行数据传输系统覆盖面不断扩大，现在已完成260余列车实时信息接入，系统上线一年以来，总计产生224T的运行数据。通过实时运行数据采集以及后续的分析预测，已成功避免了数起运营故障，同时围绕车辆智能运维系统完成了运维2.0工作的规划，以数据驱动业务的方式完成车辆运维转型的前期准备，完成车辆运检修一体化新模式建设策划工作。未来，上海地铁将在若干年内完成路网级车联网系统的建设和投用；继续研究与实际运维生产紧密结合，确保运营安全，提高检维效率，系统性地提出基于智能运维系统的车辆运维新模式。
        结束语
        综上所述，随着近年来人口的增多和经济的快速增长，地铁受到了大家的众多关注。随着无线传输技术在地铁中的有效应用，地面的维护保障人员可以更迅速地了解到列车的实时数据信息，从而可以更快的对问题提出良好的解决措施，使故障可以在第一时间内得到解决，从而保证地铁的安全平稳运行。
        参考文献：
        [1]薛源.无线传输技术在地铁车辆中的应用探究[J].建筑工程技术与设计，2018（28）：3517.
        [2]任珮珮，贾博宇，赵国伟，等.智能运维管理系统在地铁运维中的应用浅析[J].建筑工程技术与设计，2018（24）：3143.