动车组DMS与LAIS系统设备融合方案探讨

张明星

(中国铁路呼和浩特局集团有限公司工务部，呼和浩特 010050)

《铁路技术管理规程（高速铁路部分）》第106条，《铁路技术管理规程（普速铁路部分）》第109条规定，装备CTCS-2级列控车载设备的动车组应装设LKJ设备。为便于实时掌握动车组列控车载设备（ATP）及LKJ设备实时运用状态和动车组运行速度、位置等信息，动车组上一般都安装了用于监测ATP运用状态的动车组列控设备动态监测系统（DMS）以及用于监测LKJ设备运用状态的列车运行状态信息系统（LAIS）。而现场运用过程中，由于动车组需要在既有线改造200 km/h区段及其以下区段运行，ATP设备与LKJ设备的工作转换经常发生，且在时速250 km及以下客运专线运行发生ATP故障时，也需转换至LKJ控车运行.而现有状况下，DMS与LAIS设备为2套独立的设备，且地面分析、监测软件使用不同的平台和分析方式，造成现场监测与分析的不便。DMS设备和LAIS设备同时有诸多功能存在一定的相似和重合，探索使用1套设备实现对LKJ和ATP设备运行状态进行实时监测非常必要。

1 DMS及LAIS系统设备介绍

DMS用于实现CTCS-2（简称C2）区段ATP状态及行车实时监测，在CTCS-0（简称C0）区段，动车组行车状态及LKJ车载设备实时工作状态需要通过LAIS车载设备实时获取。

1.1 LAIS系统设备简要介绍

LAIS是在2004年投建的6大干线提速安全标准线建设工程中的“客运机车走行部检测及调度查询系统”的基础上发展而来，可在铁路综合IT网实现对列车当前运行状态的跟踪监视，能够针对列车实现运行速度、位置、操纵状态的跟踪监视，能够实现LKJ设备的远程诊断、报警、实时状态监测。系统由车载子系统、通信传输、数据处理及服务子系统和应用子系统4个部分组成。

1.2 DMS系统设备简要介绍

DMS是在动车组运行过程中完成对ATP运用状态、应答器位置及报文、轨道电路传输特性等信息的采集，通过无线方式传回地面数据中心，经处理、分析、统计后，通过铁路综合IT网传给各数据查询终端，从而实现动车组运行过程中，对涉及行车安全和效率的信号设备ATP、应答器、轨道电路等内容进行实时监测和分析。主要由列控设备动态监测装置、地面数据中心及列控设备动态监测系统浏览端软件(简称DMS查询终端)3个部分组成。

2 DMS与LAIS系统设备构成及功能分析

DMS设备与LAIS设备均为实时监测机车（动车组）列车运行监控装备运行状态的监测设备，通过比较两者在系统架构、设备构成，以及功能方面的特点，提出设备融合的合理方案。

2.1 系统架构分析

对比DMS系统设备与LAIS系统设备，虽然在个别地方存在差别，总体上均由车载设备部分、网络通信传输部分、服务器及数据处理部分、以及应用部分组成，重合度较高。下面对系统架构的不同部分进行简要分析。

网络通信传输部分：DMS系统支持公网GPRS/Internet、铁路移动通信网络GSM-R传输，支持GPS授时、定位。而LAIS同样支持公网3G/GPRS/Internet、GSM-R网络通信传输，还支持BDS/GPS双卫星系统授时、定位。

服务器及数据处理部分：DMS系统将数据处理及服务器部分分为两层，即中国国家铁路集团有限公司（以下简称国铁集团）数据中心和铁路局数据中心两个部分。而LAIS系统目前服务器及数据处理中心少部分部署于各铁路局集团公司，大部分部署于生产厂家或租用云服务器。

应用部分：DMS系统设备主要为C/S架构，LAIS对B/S，C/S架构均支持。

2.2 主要设备构成及系统功能分析

DMS系统设备与LAIS系统设备一般都由车载设备和地面设备组成，下面就车载设备及地面设备构成及功能进行分析。

2.2.1 车载设备构成分析

DMS车载设备由DMS主机、车载天线及相关连接线缆组成。DMS主机主要由POWER插件、GPRS插件、GPS插件、CPU插件、CIR插件、TCR插件、GSM-R插件、以及与ATP设备通信的插件组成。不同ATP设备对应的与ATP设备通信的插件不同，其中ATP-H用于与200H/300H设备通信，ATP-C用于与200C设备通信，MVB插件和C2插件用于与300S设备通信。DMS主机结构如图1所示，图中DMS主机为适用于200H/300H型ATP车载设备，其他主机结构根据ATP型号不同，将图中ATP-H插件置换为相应型号的功能插件即可。

图1 DMS主机结构Fig.1 DMS host structure

LAIS车载设备由TSC2主机、车载天线和相关连接线缆组成。TSC2主机一般由电源、主控、通信接口、数据采集、无线通信（包括定位、WLAN）等功能单元（插件）组成。

通过分析DMS车载设备及LAIS车载设备构成，发现两者在构成上重合度较高，两者均由电源、主控、通信接口、数据采集、无线通信模块组成，其中DMS车载主机通信接口、数据采集模块由ATP-H、CIR、TCR插件组成，LAIS车载设备为通信接口与数据采集模块；DMS车载设备无线通信模块由GPRS、GPS、GSM-R插件组成，而LAIS车载设备集成将无线通信模块集成化。

2.2.2 地面设备构成分析

DMS及LAIS地面设备均由服务器及用户终端构成。服务器方面，DMS系统分为两层，即在国铁集团和铁路局分别部署服务器，构成两级服务器，数据传输至国铁集团服务器，经处理后分发至各铁路局服务器。而LAIS系统目前服务器少部分部署于各铁路局集团公司，大部分部署于生产厂家或租用云服务器。用户终端方面，两者访问方式上存在一定差别，DMS用户终端通过铁路综合办公网完成访问，而LAIS用户终端通过互联网完成访问。

2.2.3 系统功能分析

DMS系统功能主要为：1）动车组及电务车载设备信息及状态实时查询；2）动车组运行信息实时跟踪；3）历史数据回放；4）异常信息实时报警；5）电子地图定位跟踪；6）动车组运行跟踪示意；7）统计分析。

LAIS系统主要功能为：1）LKJ系统设备状态实时监测；2）列车运行状态监测，包括实时状态查询、列车运行曲线复示以及机车、动车组定位；3）LKJ软件和数据版本监测；4）LKJ记录文件远程下载分析；5）检测作业实时分析；6）LKJ数据远程换装过程及结果监测；7）数据统计分析。

3 DMS设备与LAIS设备融合方案

动车组DMS系统设备与LAIS系统设备融合主要分为车载设备融合及地面设备融合。

3.1 车载设备融合方案

DMS与LAIS车载设备电源、无线通信单元、CPU可以实现共用，数据采集方面根据采集信息不同，利用扩展单元实现对LKJ、CIR、ATP以及动车组车辆信息的采集。由于DMS主机箱扩展单元冗余较多，可在设计时利用DMS主机箱，将LAIS设备的功能插件集成到DMS车载设备中，以达到减少动车组安装设备的目的。车载设备融合后的组成结构如图2所示。

图2 车载设备融合后的组成结构框Fig.2 Structure of onboard equipment composition after integration

融合后的系统设备暂称为“动车组列控设备监测系统”，通过增加C0通信插件、以及C0采集单元，用来实现“动车组列控设备监测系统”车载设备与LKJ、TAX装置之间的通信以及数据采集。“动车组列控设备监测系统” 原理如图3所示。

图3 “动车组列控设备监测系统”原理Fig.3 Principe of EMU train control equipment monitoring system

CPU核心算法需要重新设计，需要在现有DMS核心算法基础上兼容对LKJ设备信息数据的采集和处理。算法逻辑修改如图4所示。

图4 “动车组列控设备监测系统”主控逻辑流程Fig.4 Main control logic flow chart of EMU train control equipment monitoring system

3.2 地面设备服务器及终端软件的融合

地面服务器在现有DMS服务器基础上纳入对LKJ设备信息数据的支持，在设计时需要考虑不同格式信息数据的兼容性，总体架构上仍采用国铁集团、铁路局集团公司、站段三级管理架构。

终端软件做相应的修改，统一用户终端界面，并支持BS和CS两种模式访问。软件底层做必要修改，使终端软件能自动无缝切换C2及C0模式软件监测及分析界面，达到便于现场作业人员操作及分析的目的。

网络方面，融合后使用DMS系统目前支持的GSM-R数据网络、以及WLAN方式，终端访问使用铁路综合办公网，有效杜绝使用互联网传输数据的信息安全隐患。

4 结语

动车组电务车载设备实时运行状态信息的掌握，对及时预防及处理车载设备故障有重要意义。整合动车组DMS及LAIS设备实时监测及记录分析功能，并合并部署DMS、LAIS地面服务器，共享服务器电源及相关配置，既能节省设备安装空间、节约成本，也减少了设备维护工作量，便于现场生产效率提高。同时还解决了目前动车组C2、C0区段分别使用DMS、LAIS监测设备导致的数据查询入口不统一的问题,方便现场工作人员操作。此外，由于普速铁路列车一般装备LAIS监测设备，本文中融合后的设备可向下兼容普速铁路列车LKJ设备的监测，可大面积推广使用。