城市轨道车辆车地无线传输系统原理分析与说明
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WLAN 技术优势包括如下几个方面： （1）传输带宽高。基于 IEEE802.11n 的 WLAN 技术数 据传输速率可达到 108Mb/s，最高时可达到 320Mb/s~600Mb/ s[3]。 （2）传输频段多达 58 个，具有极强的抗干扰能力和 数据纠错能力，可在电磁干扰环境中传输信息，并检测数据 是否产生错误。 （3）端口逻辑密度高，多个用户可以连接一个无线接 入点，无线接入点自动分配网络资源，实现网络资源共享。 （4） 频 段 开 放， 我 国 无 线 局 域 网 对 应 802.11 的 2.4GHz/5GHz 频段已全部实现开放，无须执照可进行无线局 域网部署。 （5）应用广泛，技术成熟，相关工程设备成本低廉， 适合大规模网络架设。 2.3.2 4G 传输方式 4G 传 输 通 道 采 用 LTE 网 络 构 架， 可 以 提 供 下 行 超 过 100Mbps 和上行超过 50Mbps 的用户峰值速率，通过网络运 营商的 4G 服务，实现车地无线数据传输。 LTE 的技术优势包括如下几个方面： （1）网络采用扁平化架构，降低整体系统时延。 （2）频谱配置灵活，支持多种带宽，根据用户需求进 行灵活分配。 （3）峰值速率高达上行 100m/s，下行 50m/s。 （4）LTE 可支持 350km/h 的接入点移动速度，满足城 轨需要。 （5）严格的多级 QoS 机制保证了实时业务的服务质量。 （6）分层安全机制：LTE 在接入层和 NAS 信令间设计 为高度安全分离，提供高于 2G/3G 的安全协议保障。 2.3.3 传输方式选择 综合考虑专有通道的传输稳定性和避免对 PIS 通道的 影响，本方案使用 4G 通道进行数据传输。为解决信号强度 受地域影响的问题，本方案在列车顶部外置车顶天线，使信 号强度的变化不影响数据的正常传输，保证数据连接稳定。 2.4 地面监控中心 硬件方面，地面硬件部署一台应用服务器及数据服务 器，形成地面数据平台，用于接收列车上传的状态数据。针 对列车状态数据，数据服务器实时接收数据，并以毫秒级别 快速完成原始数据包的解析与存储工作。应用服务器与数据 服务器之间进行交互，实时获取车辆最新数据并进行分析， 为列车实时状态监控、车辆状态预测分析与数据挖掘健康诊 断等功能，同时为用户提供 WEB 访问服务。 地面数据平台配置一台管理工作站，主要用于数据服 务器及应用服务器的管理维护，且管理工作站具备外网接口， 用于远程维护。防火墙保障数据安全不受侵害，UPS 保障在 突然断电的情况下，数据和设备不受到损失。 地面监控中心采用 B/S 架构进行搭建，B/S 架构的全称 为 Browser/Server，即浏览器 / 服务器结构。 B/S 架构具有如下特点： （1）维护和升级简单，只要对服务器端进行维护和升 级即可，不需要对所有的客户端进行维护和升级，减少人力
列车TCMS网络
子系 统 节点
子系 统 节点
子系 统 节点
子系 统 节点
监听
车地无线传输系统
无线 传输
车载 设备
地面站点
图 1 车地无线传输系统示意图 车载系统主要从列车 TCMS 系统监听收集信息，不影响 列车 TCMS 信息传输和车辆控制。收集的运行信息包括列车 状态信息与故障信息两部分，涵盖列车牵引、辅助、制动、 空调、旁路、通信、报警器、火警等系统。这些信息将通过 无线通信传输技术传送至地面监控中心，通过地面监控中心 对数据的解析处理，并为用户提供可视化界面，达到列车故 障预警、运营统计、子系统寿命管理等功能。 2.2 车载数据采集
汽车文化丨 Automobile culture
城市轨道车辆车地无线传输系统原理分析与说明
邓乙平 1 陈恺 2 胡崇尔 1 杨松林 1 王飞 1 朱宗洪 1 1. 重庆中车四方所科技有限公司；2. 重庆市轨道交通（集团）有限公司
摘 要：随着我国城市轨道交通规模的快速发展，支撑列车安全运营的生产业务需求也在不断增加，将车辆系统运行数据实 时传输至地面控制中心的功能显得至关重要，针对列车在途状态监测设备相互独立、车地传输困难、数据管理不规 范、辅助故障应急处理效率低等问题，提出一种轨道车辆车地无线传输系统设计方案，并介绍了该系统的组成部分、 无线通信方案的选择以及系统的主要功能与应用情况。该系统的应用可以有效提升列车运营质量，减少运营成本， 提升城市轨道交通运营的智能化和现代化水平。
参考文献： [1] 宋扬 , 张增一 , 石勇 , 邹臣国 . 基于蜂窝移动网络的车 地无线传输系统设计及应用 [J]. 电声技术 ,2020,44(03):60+96. [2] 孙文静 , 刘艳龙 , 张增一 , 杨天奇 . 蒙内铁路机车车地 无线通信系统 [J]. 铁道机车与动车 ,2020(01):33-35. [3] 宁贝贝 .LTE 与 WLAN 技术在轨道交通 PIS 系统应用 对比 [J]. 数字通信世界 ,2020(09):175-176. [4] 王鹏 . 基于 TD-LTE 的车地无线通信系统设计与实现 [D]. 西安电子科技大学 ,2019. [5] 李娜 , 赵豆 . 轨道交通车地无线传输系统原理分析和 说明 [J]. 工业仪表与自动化装置 ,2019(06):101-103.
3 系统应用 面向智能运维的车地无线传输系统，可运用车辆数据 的实时分析结果，根据各子系统运行机理的模型预设推测可 能产生故障，从而达到预警功能；同时可对长期积累的数据 进行分析达到各子系统健康状况管理的效果。用户可以随时 访问地面系统，为车辆现场提供远程监视、预警、专家技术 支持和应急指导。目前该系统完成车辆列装和平台调试后， 已在重庆一号线地铁上投入使用，运行状态稳定，为车辆运 维提供稳定可靠的解决方案，同时为后续大数据分析提供了 支撑平台和数据基础。 4 结语 地无线传输系统是智能运维系统的重要组成部分，通 过列车数据实时传输和地面数据解析存储实现车辆以及全部 子系统的重点状态和故障信息的接入，进行车辆实时运行状 态监测与可视化呈现，同时可通过收集到的所有车辆信息大 数据形成进行更多的分析与应用，并形成知识库，指导车辆 运营工作。 通过本系统的推广和产业化，可形成以智能分析，大 数据处理和专家判断技术为核心技术的车辆运营维保综合平 台，为轨道运营部门提供实时、精准的车辆运营与维保管理 分析的工具，加强车辆运行安全保障技术，不仅能够推动轨 道交通行业的智能化的发展，还将带领城市轨道交通的运营 服务、维修维保、成本控制以及全寿命管理水平的根本提高。
资源成本。 （2）能随时随地都可以访问平台，只需有可连接互联
网和具有浏览器的计算机便可以访问。 （3）可减轻客户端电脑载荷，客户端电脑只要运行少
部分程序就能实现。 使用 B/S 架构进行平台搭建，可以满足使用者的随时
随地进行查询和浏览等业务的需求。同时也具有功能业务扩 展比较方便、维护成本低、开发简单，共享性强、数据可以 持久存储等特点，更能满足地面监控中心对数据解析和处理 的需求。
2.2.1 以太网数据融合 无线传输装置挂接到由 TCMS 网络控制系统构建的维护 以太网中，构成基于以太网数据的综合信息传输网络。由于 以太网节点数据的传输由各子系统独立发往 WTD，其数据顶 层协议、数据长度、节点地址均不同，WTD 需要对各子系统 单元通信数据报文格式进行约束，包括与子系统设备交互的 实时数据流与非实时数据文件传输内容。各子系统设备作为 客户端，头尾车 WTD 作为服务端。各子系统上电后应主动分 别与头尾车 WTD 建立 Socket 通信连接，当 Socket 通信连 接建立之后，便可以按照约定的数据传输格式进行正常的数 据通信过程，将多子系统数据处理融合为单个数据包，经由 车载无线网关发送至地面监控中心。 2.2.2 断点重传 为保证列车运营数据全时间段的连续性，ERM 与 WTD 设 备均支持断点重传功能。当无线网络连接无法正常工作时， 数据会暂存车载设备中，当连接恢复时再自动上传数据，确 保列车运行数据的完整性 [2]。断点重传的实现原理为当传输 通道受阻时，列车的实时故障数据与运行数据会备份于数据 存储单元，直到传输通道恢复，数据存储单元储存的数据会 经由非实时数据传输模块，与当前实时数据并发，直至地面 监控中心补全所有时间点数据。 2.3 车地无线通信链路 车地无线传输需求最早提出于乘客信息系统（PIS）， 车地无线传输技术依托网络技术和多媒体传输技术 , 以计 算机系统为核心 , 以固定地面站点显示终端；满足车辆信息 的落地。车地无线传输技术一般采用 WLAN 无线局域网技术 , 大多工作在 2.4GHz 频段，随着无线通信技术的发展，基于 数字蜂窝移动通信网的 CDMA、LTE 技术也逐渐运用于车地无 线传输之中 [4]。 2.3.1 WLAN 传输方式 基于 IEEE802.11 标准，工作频段在 2.4G/5GHz 的 WLAN 技术目前在轨道交通车地无线系统中广泛应用。例如车辆
车时代 030 AUTO TIME 2020/12
Automobile culture 丨汽车文化
PIS 系统就已经使用 WLAN 无线传输技术传输数据 [2]。在车 地无线传输系统中，可借用 PIS 传输通道传输数据，将车辆 运营数据与乘客信息数据合并至一个通道传输，这样可大幅 降低传输通道的搭建成本，但是信号优先级由 PIS 系统决定， 传输稳定性可能受到影响。
车地无线传输系统车载数据采集设备主要由数据记录 与发送仪（ERM）、无线传输装置（WTD）、车载无线网关组 成，头尾车各布置一套形成冗余，两套设备同时发送数据至 地面，可防止运行数据因设备故障而造成缺失的情况。
车载数据与记录发送仪（ERM）获取列车 MVB 总线信息， 无线传输装置（WTD）获取列车维护以太网数据，同时 REM 与 WTD 通过车载无线网关，将数据发往地面监控中心。车地 无线传输系统数据采集使用监听模式，仅挂载于总线上监听 数据，不与 TCMS 产生数据交互，杜绝了外部网络控制车辆 的可能性，保障车辆运营安全。
关键词：车地无线传输系统担着列车与地面交互的重要职能， 是现代城市轨道交通运营的必要组成。随着轨道行业的不断 发展，对列车运营维护的高效性、准确性、实时性需求也越 来越高 [1]。传统的车地无线传输系统服务于列车运营，主要 提供服务时间、发车时间、列车时刻表等服务，显然不满足 于运营维护的需求。另外由于缺少车辆数据落地的有效手段， 地面列车检修维护人员无法对线路列车故障信息进行有效统 计，目前国内检修手段大多采用日检、双周检、月检等周期 性检修机制，该检修机制采用全面撒网方式，虽然能够对列 车进行有效检修，但是存在维护指向性不明确，工作量大、 效率低等缺点，不利于成本控制。 本文介绍了一种可实时监控线路下所有列车运行状态， 并具有列车故障实时提醒、状态预警信息实时提醒、故障统 计分析、变量辅助分析等功能的现代车地无线传输系统的设 计与应用。 2 车地无线通信系统 车地无线传输系统通过在列车安装车载无线发送主机 等设备，将列车运行状态信息、故障信息通过无线数据传输 通道发送到地面数据接收服务器，实现车辆运行数据的落地 和分析。 2.1 系统架构与组成 车地无线传输系统主要用于完成从列车运营信息的收 集和传输到地面数据的解析运用。主要由车载部分和地面部 分组成，两者通过无线通道连接。系统结构如下图所示：
项目名称：《轨道交通车辆健康管理及智能运维系统研 究》 资金资助：重庆市技术创新与应用示范专项重点示范项 目 项目编号：cstc2018jszx-cyzdX0052。
2020/12 AUTO TIME 031 车时代
列车TCMS网络
子系 统 节点
子系 统 节点
子系 统 节点
子系 统 节点
监听
车地无线传输系统
无线 传输
车载 设备
地面站点
图 1 车地无线传输系统示意图 车载系统主要从列车 TCMS 系统监听收集信息，不影响 列车 TCMS 信息传输和车辆控制。收集的运行信息包括列车 状态信息与故障信息两部分，涵盖列车牵引、辅助、制动、 空调、旁路、通信、报警器、火警等系统。这些信息将通过 无线通信传输技术传送至地面监控中心，通过地面监控中心 对数据的解析处理，并为用户提供可视化界面，达到列车故 障预警、运营统计、子系统寿命管理等功能。 2.2 车载数据采集
汽车文化丨 Automobile culture
城市轨道车辆车地无线传输系统原理分析与说明
邓乙平 1 陈恺 2 胡崇尔 1 杨松林 1 王飞 1 朱宗洪 1 1. 重庆中车四方所科技有限公司；2. 重庆市轨道交通（集团）有限公司
摘 要：随着我国城市轨道交通规模的快速发展，支撑列车安全运营的生产业务需求也在不断增加，将车辆系统运行数据实 时传输至地面控制中心的功能显得至关重要，针对列车在途状态监测设备相互独立、车地传输困难、数据管理不规 范、辅助故障应急处理效率低等问题，提出一种轨道车辆车地无线传输系统设计方案，并介绍了该系统的组成部分、 无线通信方案的选择以及系统的主要功能与应用情况。该系统的应用可以有效提升列车运营质量，减少运营成本， 提升城市轨道交通运营的智能化和现代化水平。
参考文献： [1] 宋扬 , 张增一 , 石勇 , 邹臣国 . 基于蜂窝移动网络的车 地无线传输系统设计及应用 [J]. 电声技术 ,2020,44(03):60+96. [2] 孙文静 , 刘艳龙 , 张增一 , 杨天奇 . 蒙内铁路机车车地 无线通信系统 [J]. 铁道机车与动车 ,2020(01):33-35. [3] 宁贝贝 .LTE 与 WLAN 技术在轨道交通 PIS 系统应用 对比 [J]. 数字通信世界 ,2020(09):175-176. [4] 王鹏 . 基于 TD-LTE 的车地无线通信系统设计与实现 [D]. 西安电子科技大学 ,2019. [5] 李娜 , 赵豆 . 轨道交通车地无线传输系统原理分析和 说明 [J]. 工业仪表与自动化装置 ,2019(06):101-103.
3 系统应用 面向智能运维的车地无线传输系统，可运用车辆数据 的实时分析结果，根据各子系统运行机理的模型预设推测可 能产生故障，从而达到预警功能；同时可对长期积累的数据 进行分析达到各子系统健康状况管理的效果。用户可以随时 访问地面系统，为车辆现场提供远程监视、预警、专家技术 支持和应急指导。目前该系统完成车辆列装和平台调试后， 已在重庆一号线地铁上投入使用，运行状态稳定，为车辆运 维提供稳定可靠的解决方案，同时为后续大数据分析提供了 支撑平台和数据基础。 4 结语 地无线传输系统是智能运维系统的重要组成部分，通 过列车数据实时传输和地面数据解析存储实现车辆以及全部 子系统的重点状态和故障信息的接入，进行车辆实时运行状 态监测与可视化呈现，同时可通过收集到的所有车辆信息大 数据形成进行更多的分析与应用，并形成知识库，指导车辆 运营工作。 通过本系统的推广和产业化，可形成以智能分析，大 数据处理和专家判断技术为核心技术的车辆运营维保综合平 台，为轨道运营部门提供实时、精准的车辆运营与维保管理 分析的工具，加强车辆运行安全保障技术，不仅能够推动轨 道交通行业的智能化的发展，还将带领城市轨道交通的运营 服务、维修维保、成本控制以及全寿命管理水平的根本提高。
资源成本。 （2）能随时随地都可以访问平台，只需有可连接互联
网和具有浏览器的计算机便可以访问。 （3）可减轻客户端电脑载荷，客户端电脑只要运行少
部分程序就能实现。 使用 B/S 架构进行平台搭建，可以满足使用者的随时
随地进行查询和浏览等业务的需求。同时也具有功能业务扩 展比较方便、维护成本低、开发简单，共享性强、数据可以 持久存储等特点，更能满足地面监控中心对数据解析和处理 的需求。
2.2.1 以太网数据融合 无线传输装置挂接到由 TCMS 网络控制系统构建的维护 以太网中，构成基于以太网数据的综合信息传输网络。由于 以太网节点数据的传输由各子系统独立发往 WTD，其数据顶 层协议、数据长度、节点地址均不同，WTD 需要对各子系统 单元通信数据报文格式进行约束，包括与子系统设备交互的 实时数据流与非实时数据文件传输内容。各子系统设备作为 客户端，头尾车 WTD 作为服务端。各子系统上电后应主动分 别与头尾车 WTD 建立 Socket 通信连接，当 Socket 通信连 接建立之后，便可以按照约定的数据传输格式进行正常的数 据通信过程，将多子系统数据处理融合为单个数据包，经由 车载无线网关发送至地面监控中心。 2.2.2 断点重传 为保证列车运营数据全时间段的连续性，ERM 与 WTD 设 备均支持断点重传功能。当无线网络连接无法正常工作时， 数据会暂存车载设备中，当连接恢复时再自动上传数据，确 保列车运行数据的完整性 [2]。断点重传的实现原理为当传输 通道受阻时，列车的实时故障数据与运行数据会备份于数据 存储单元，直到传输通道恢复，数据存储单元储存的数据会 经由非实时数据传输模块，与当前实时数据并发，直至地面 监控中心补全所有时间点数据。 2.3 车地无线通信链路 车地无线传输需求最早提出于乘客信息系统（PIS）， 车地无线传输技术依托网络技术和多媒体传输技术 , 以计 算机系统为核心 , 以固定地面站点显示终端；满足车辆信息 的落地。车地无线传输技术一般采用 WLAN 无线局域网技术 , 大多工作在 2.4GHz 频段，随着无线通信技术的发展，基于 数字蜂窝移动通信网的 CDMA、LTE 技术也逐渐运用于车地无 线传输之中 [4]。 2.3.1 WLAN 传输方式 基于 IEEE802.11 标准，工作频段在 2.4G/5GHz 的 WLAN 技术目前在轨道交通车地无线系统中广泛应用。例如车辆
车时代 030 AUTO TIME 2020/12
Automobile culture 丨汽车文化
PIS 系统就已经使用 WLAN 无线传输技术传输数据 [2]。在车 地无线传输系统中，可借用 PIS 传输通道传输数据，将车辆 运营数据与乘客信息数据合并至一个通道传输，这样可大幅 降低传输通道的搭建成本，但是信号优先级由 PIS 系统决定， 传输稳定性可能受到影响。
车地无线传输系统车载数据采集设备主要由数据记录 与发送仪（ERM）、无线传输装置（WTD）、车载无线网关组 成，头尾车各布置一套形成冗余，两套设备同时发送数据至 地面，可防止运行数据因设备故障而造成缺失的情况。
车载数据与记录发送仪（ERM）获取列车 MVB 总线信息， 无线传输装置（WTD）获取列车维护以太网数据，同时 REM 与 WTD 通过车载无线网关，将数据发往地面监控中心。车地 无线传输系统数据采集使用监听模式，仅挂载于总线上监听 数据，不与 TCMS 产生数据交互，杜绝了外部网络控制车辆 的可能性，保障车辆运营安全。
关键词：车地无线传输系统担着列车与地面交互的重要职能， 是现代城市轨道交通运营的必要组成。随着轨道行业的不断 发展，对列车运营维护的高效性、准确性、实时性需求也越 来越高 [1]。传统的车地无线传输系统服务于列车运营，主要 提供服务时间、发车时间、列车时刻表等服务，显然不满足 于运营维护的需求。另外由于缺少车辆数据落地的有效手段， 地面列车检修维护人员无法对线路列车故障信息进行有效统 计，目前国内检修手段大多采用日检、双周检、月检等周期 性检修机制，该检修机制采用全面撒网方式，虽然能够对列 车进行有效检修，但是存在维护指向性不明确，工作量大、 效率低等缺点，不利于成本控制。 本文介绍了一种可实时监控线路下所有列车运行状态， 并具有列车故障实时提醒、状态预警信息实时提醒、故障统 计分析、变量辅助分析等功能的现代车地无线传输系统的设 计与应用。 2 车地无线通信系统 车地无线传输系统通过在列车安装车载无线发送主机 等设备，将列车运行状态信息、故障信息通过无线数据传输 通道发送到地面数据接收服务器，实现车辆运行数据的落地 和分析。 2.1 系统架构与组成 车地无线传输系统主要用于完成从列车运营信息的收 集和传输到地面数据的解析运用。主要由车载部分和地面部 分组成，两者通过无线通道连接。系统结构如下图所示：
项目名称：《轨道交通车辆健康管理及智能运维系统研 究》 资金资助：重庆市技术创新与应用示范专项重点示范项 目 项目编号：cstc2018jszx-cyzdX0052。
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