第３８卷
、ｂ１．３８ 第４期
ＮＯ．４ 计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年２月
Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１２
・工程应用技术与实现・ 文章编号：１ｏｏｍ＿３４２８（２０１２）０４－－０２２７—＿０３ 文献标识码：Ａ 中圈分类号：Ｎ９４５
铁路机车远程监测与故障诊断系统设计
龚利
（铁道部信息技术中心，北京１００８４４）
捕要：传统的机车车载故障诊断装置在进行在线监测与车载诊断时存在实时性差、信息难以共享等不足，为此，利用车载嵌入式数据采
集技术、ＧＰＲＳ无线传输技术、故障诊断专家系统、ＭＱ传输技术及基于浏览器，服务器模式的客户端展现方式，设计实现一个铁路机车远
程监测与诊断系统。应用结果表明，该系统性能稳定可靠，可为现代化机车管理和检修提供技术支撑。 关健词：远程监测；故障诊断；铁路机车；专家系统；数据传输
Ｄｅｓｉｇｎ ０ｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒ Ｒａｉｌｗａｙ Ｌ０ｃ０ｍ０ｔｉｖｅ
ＧｏＮＧＬｉ
（Ｉｎｆｏｎｎａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８４４，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｏｍｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｐｏｏｒ ｒｅａｌ・－ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｓｈａｒｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｏｎ—－ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ
ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｊｕｓｔ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｏｎｂｏａｒｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｎｏｔ ｌｉｎｋｅｄ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｔａｋｅｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｏｎｂｏａｒｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｂｙ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ＧＰＲＳ，ｆａｉｌｕｒｅ ｅｘｐｅｒｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ， Ｍｅｓｓａｇｅ Ｑｕｅｕｅ（ＭＱ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｒｏｗｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ（Ｂ／Ｓ）ｃｌｉｅｎｔ ｓｈｏｗｃａｓｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｅａｄｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍｅａｎｓ ｆｏｒ ｍｏｄｅｒｎ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｒｅｍｏｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｆａｉｌｕｒｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｒａｉｌｗａｙ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＤＯＩ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１０００—３４２８．２０１２．０４．０７４
１概述
近年来，我国列车不断向高速、重栽方向的发展，对机
车的安全性能要求也越来越高，传统的机车车载故障诊断装
置只能进行单机集中式在线监测与车载诊断，即使通过ＵＳＢ
接口将数据转锗到地面分析系统，也还存在以下不足：
（１）监控与诊断的方式受到技术条件的限制，不能及时将
故障信息传送至地面，而要等到机车回库后方能获得故障信 息进行分析，无法满足实时性要求。
（２）系统的开放性不足，故障信息、诊断知识难以共享，
制约了管理部门、维修部门、司乘人员、诊断专家之间的相
互交流与相互提高。 （３）尽管有车载故障诊断系统的技术支持，但司乘人员只
能解决一些简单的故障诊断问题，一旦设备出现新的或者较
严重的故障时，无法快速有效地利用地面远程支持加以解决。
目前国外的先进机车大多配备了车载信息化系统，如西
门子生产的机车装配了ＥＦＬＥＥＴ系统，阿尔斯通生产的机车
装配了ＥＴＲＡＩＮ系统，ＧＥ公司生产的机车装配了ＲＭ＆Ｄ系 统。这些信息化系统都具备机车运行数据记录和下载转储功
能、对机车故障及时问记录的分析和专家诊断功能、机车ＧＰＳ
定位功能等。但这些信息系统均面向特定的车型，系统接口
不统一，不具备通用性，很难实现信息共享；另外，基于数
据安全性的考虑，不能采用外方的传输系统。因此，研究和 设计一整套基于计算机技术、网络技术、无线通信技术和专
家系统技术的机车远程监测与故障诊断系统，以提高网络环
境下故障诊断的可靠性和效率极具现实意义”。】。本文从系统
总体结构、车载子系统、传输子系统、地面综合应用子系统
和系统应用效果等方面对该系统进行了研究。 ２机车远程监测与故障诊断系统结构 机车远程监测与故障诊断系统ＣＭＤ是基于公共移动无
线通信网络（ＧＳＭ／ＧＰＲＳ）、无线局域网（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ
Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＬＡＮ）和铁路广域网构建的，软件系统架构采用浏 览器／Ｎ务器（Ｂｒｏｗｓｅｒ，ｓｅｒｖｅｒ，Ｂ／Ｓ）模式，系统主要由车载子
系统、数据传输子系统、地面综合应用子系统构成，如图１
所示。
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ｆ口 口、 ８ ＵＵ ＵＵ ＼＼ 面应用工作站／／／
车载系统 ： 数据传输系统 ： 地面综合应用系统
图１系统总体结构
车载子系统主要负责机车状态参数、机车安全信息及综 合监测信息的采集、处理、记录、传输与转储，将信息打包
发送至机车无线传输装置，通过后者传输到铁路内网为地面
综合应用子系统服务。 数据传输子系统主要负责将车载信息通过ＧＰＲＳ公网、
基金项目：铁道部科技研究开发计划基金资助项目“机车远程监视 与诊断系统（ＣＭＤ）的技术研究”（２００９Ｊ０１０）
作者简介：龚￣１］（１９７５一），男，工程师、博士，主研方向：计算机
控制理论与应用 收稿日期：２０１１－０７—２３ Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｎｇｌｉ７５＠ｓｏｈｕ．
ｃｏｍ ２２８ 计算机工程 ２０１２年２月２０日
ＷＬＡＮ局域网和铁路统一ＭＱ（Ｍｅｓｓａｇｅ Ｑｕｅｕｅ）传输平台传输
到地面，为地面综合应用子系统服务。 地面综合应用子系统主要实现电子地图动态展示全路机
车分布、设备运行状态、实时故障报警、故障专家诊断、远
程维护支持以及故障统计分析等功能。
ＣＭＤ系统的核心思想就是通过车载设备采集机车运行
的状态和故障信息，通过无线网络，实时将信息发到铁路内
网，并向地面检修管理信息系统提供数据支持和应用功能。
３车载子系统
车载信息系统采用分布式、模块化结构，主要由机车车
载综合信息监测装置（ＬＤＰ）、机车无线传输装置（ＴＳＣＩ）和 ＷＬＡＮ／ＧＰＲＳ二合一天线组成，如图２所示。
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图２车载子系统结构
ＬＤＰ主要完成对机车状态参数、机车安全信息及综合监
测信息的采集、分析处理与记录，参与机车与地面的双向数 据交互，实现对在途机车的远程实时监视与故障诊断，为机 车运用、检修和维护提供数据支持。车载信息采集通过嵌入
式软硬件和专用通信接口及协议实现，保证信息采集与传输
的可靠稳定。车载信息采集是整个系统的数据源，为地面软
件系统进一步实现具体的应用打下基础。其在设计上采用标
准化、模块化、层次化、可扩展的设计原则以及上下２层的
逻辑结构：上层为中央信息处理层，具备通用性；下层为网 络接口层，根据机车车载网络选择对应的网络接口模块，实
现ＬＤＰ与不同类型机车车载网络的连接，通过标准的机械及 电气接口实现第三方综合监测设备的接入 ｌ。ＴＳＣ１作为无线
数据传输平台，具有ＧＰＲＳ和ＷＬＡＮ无线数据传输控制功能，
根据传输策略对不同的数据采用不同的传输方式。
４数据传输子系统
ＣＭＤ系统车到地的信息传输过程涉及ＧＳＭ／ＧＰＲＳ无线 公网、铁路内外网接入平台、铁路广域网等。车地数据传输
包括通过ＧＳＭ／ＧＰＲＳ无线网络传输实时数据及通过ＷＬＡＮ
无线网络传输非实时数据两部分。ＣＭＤ数据在部、局、检修
基地、站段之间的传输利用铁路既有的地面有线网络，采用
铁路统一ＭＱ传输平台实现。铁路统一ＭＱ传输平台基于 ＭＱ消息队列技术开发，负责对运行于不同平台之上、采用
不同开发语言与模式进行开发的各种类型的应用进行集成，
规范数据接Ｅｌ，实现智能数据传输。其相当于一条数据总线，
在安全规则约束下，通过统一规范的数据接口接入总线，依
据预先定制的传输及安全策略，及时、安全、可靠地完成应
用问一对多或多对多，同级或跨级的数据传输。地面综合应
用系统运行在既有的铁路综合ＩＴ网中，根据系统服务器部 署、用户分布等因素，系统的传输网络结构如图３所示。
图３数据传输网络结构
车载安全监测设备／系统的网络接入可利用无线接入技
术实现，其基本需求可分为两大类：（１）危及行车安全的报警 信息以及调度指挥需要的信息，实时将检测数据传输给相关
责任部门，以便及时处理，利用ＧＳＭ／ＧＰＲＳ实现短消息和数
字通信 】。（２）对于大量的过程检测数据，需定时批量下载转
储，通过分析处理，提供预警信息和维修信息等给相关部门
使用，可利用ＷＬＡＮ技术在机车回库后进行数据的自动下
载，实现数据转储。
５地面综合应用子系统 ＣＭＤ系统的地面综合应用涉及对在途机车的远程实时 监测、故障报警与诊断以及远程维护等功能，具体包括电子
地图、司机主屏、运行状态、设备状态、专家诊断、视频监
视、在线统计、离线分析和预设置等８个模块。其中，最核 心部分就是基于故障知识库的故障诊断专家系统，为保证故
障诊断专家系统良好的开放性，系统内在的诊断知识、理论
与技术应当实现共享 Ｊ，因此，开发了一套技术协议与标准，
包括诊断知识与数据共享标准、诊断分析方法标准、数据采
集标准、通信方式与通信协议标准、软件共享设计规范等。
从远程故障诊断专家系统要求出发构建系统基本功能模
型，如图４所示，主要由故障报警、故障定位和数据存储等
