列控设备动态监测系统DMS毕业论文(37页).doc

-列控设备动态监测系统DMS毕业论文-第 35 页湖南铁路科技职业技术学院毕业设计课 题 列控设备动态监测系统 专 业 城市轨道交通控制 班 级 312-1 学生姓名 米雪 指导单位 指导教师 许丽 二零一四年十二月二十二日摘要为实时掌握列控设备工作状态，科学指导列控设备维护工作，及时处理列控设备故障，保证列控设备正常运行，2006年铁道部运输局基础部组织开展了列控设备动态监测系统（Dynamic Monitoring System of Train Control Equipment,简称DMS）研发，并在铁道部、铁路局、电务段三级部门有关单位进行试验应用。DMS采用成熟的信号处理、计算机、数据传输和网络通信技术，实现对列控设备工作状态的实时监测和预警分析，科学、快速地指导现场维护和故障应急处理工作，提高维护工作的针对性和时效性。DMS由列控车载信息采集装置（简称DMS车载设备）、铁路总公司/铁路局DMS数据中心和用户终端组成。在铁路总公司和相关铁路局设置两级DMS数据中心，在铁路总公司、铁路局和站段设置三级用户。DMS车载设备安装在动车组内，在列车运行过程中，对列控车载设备运行状态信息、地面应答器信息、无线闭塞中心（RBC）报文信息和轨道电路信息等进行实时监测，并将监测数据通过铁路GSM-R网络或公网GPRS/3G实时传回地面数据中心，经过数据分类、判断、处理和分析，完成列控车载设备及相关地面设备工作状态的实时监测和分析。关键词： DMS车载设备；DMS数据中心；用户终端目录二零一四年十二月二十二日1摘要2目录3第1章 系统概述51.1总体描述51.1.1 研制过程51.1.2 概述51.2 系统作用61.3系统特点61.4 主要功能71.4.1 实时监测功能81.4.2 实时报警功能91.4.3 实时跟踪功能111.4.4 实时查看功能111.4.5 信息解析功能11第2章 体系结构142.1原理框图142.2 系统组成152.3 体系结构162.3.1 系统总体架构162.3.2 系统物理架构192.3.3程序设计232.3.4 软件测试262.3.5 主要界面262.3.6 传输方案292.3.7 功能设计31第3章 DMS硬件和软件393.1 硬件体系结构393.1.1 车载设备393.1.2 地面设备403.1.3 通信结构413.1.4 主要技术参数423.2 软件体系结构463.2.1 软件系统结构463.2.2 车载设备软件结构483.2.3 铁路总公司DMS数据中心设备软件结构513.2.4 铁路局DMS数据中心设备软件结构523.2.5 用户终端软件53第4章 系统接口和维护554.1安装运用情况554.2 设备日常维护574.2.1 状态说明574.2.2 日常维护584.2.3 操作注意事项604.2.4 系统故障及处理61第1章 系统概述1.1总体描述 1.1.1 研制过程 铁路第六次大提速以来，随着大量动车组的开行，如何实时掌握动车组运行状态信息并科学指导列控设备应急故障处理，保证铁路运输安全和效率，成为运输部门一项重点关注的课题。 为实时掌握动车组列控系统工作状态，科学指导列控系统维护工作，及时处理列控系统故障，保证动车组正常运行，2007年，运输局基础部组织研发了列控设备动态监测信息采集装置，并开展了列控设备动态监测系统及动车组司机操控系统（简称DMS及E0AS）研究，在部、局、电务段三级部门有关单位进行试验应用，效果显著。由于该系统车载设备及相关地面设备始终处于在线监测状态，对于科学、及时指导列控设备维护和故障处理起到了积极的作用，得到了用户的认可。2007年通过铁道部科技司组织的技术审查。1.1.2 概述 列控设备动态监测系统及动车组司机操控系统，是利用高科技手段对动车组运行状态、列控设备工作状态及司机操作状态进行全程在线监测及检测的监测系统，由车载信息采集装置、地面数据中心及查询终端三部分组成。 车载信息采集装置安装在动车组相应机柜内，在运行中完成对ATP列控系统运用状态、应答器位置及报文、轨道电路传输特性等信息的采集，同时还实时采集动车组司机相关操控信息，这些信息对于电务部门及时掌握列控设备工作状态，科学指导列控设备维护维修由重要左右。司机操控相关信息对机务管理部门及时掌握、分析动车组司机操控情况，监督司机工作状态，加强对动车组司机的业务指导与管理具有非常重要的作用。 系统采集的数据通过 GPRS/GSM-R网络传回地面数据中心，经处理、分析、统计后，通过互联网或铁路生产网传给各查询终端，配以地面网络传输管理分析设备，从而达到动车组在运用过程中，对涉及行车安全的信号设备ATP、应答器、轨道电路等内容的监测，实现列控设备和地面设备的检测、分析。总体做到列控设备日检测，达到利用车载动态设备检测地面静态设备的目的。 1.2 系统作用 1) 为电务维护人员提供ATP设备、轨道电路和应答器等实时信息，为设备维护提供依据。 2) 为行车调度科学指挥提供动车组实时运行信息。 3) 为机务管理部门及时掌握和分析动车组司机操控情况，监督和掌握司机工作状态，加强对动车组司机的业务指导与管理提供科学手段 。 4) 为机车综合无线通信设备（CIR）、工务晃车检测、机车信号远程监测系统等设备提供扩展接口，实现数据共享。1.3系统特点 1） 系统采用模块化、标准化设计，层次分明又相互衔接。对车载列控设备运行状况、地面应答器、轨道电路等进行实时监测和检测，为电务分析和排除故障提供第一时间的数据资料。 2） 系统支持包括200H、200C、300T、300S、3D和300H在内的六种ATP系统列控数据协议的解析；采用电气隔离和通信隔离的设计原则，在对列控设备进行监测的同时，保证列控设备的运行安全。3） 系统除了能适应不同车型的监测需求外，还提供了标准接口，只要第三方按照标准设计，列控设备动态监测装置还可以给第三方提供必要信息，列控设备动态监测装置可以做一个公用的共享平台。 4） 系统采用支持GPRS和GSM-R同步传输处理技术，并智能选择通信网络、数据包完整性校验、通信应答和数据包加密等设计方法，保证了系统数据传输的安全性和可靠性。 5） 地面数据中心服务器设备采用安全性较高的Unix和Linux操作系统，通过双机热备、限制端口、记录安全日志等措施保证主机的安全性和可靠性；系统的主要设备及能够用于服务的设备均部署在铁路内部生产网机房中，保证了系统的网络安全性；采用数据下载权限管理、身份识别设计和基础数据审查设计实现系统应用安全设计。6） 数据查询终端使用OpenGL标准图形引擎，结合丰富的图形表达能力，直观的、高性能的向用户展现了各类信息的图形化显示界面，全程跟踪动车组的运行情况，保证了系统的可用性。 7） 列控设备动态监测系统能够满足设备维护需要，实现对列控车载设备和地面设备状态的实时监测和分析；能够满足调度需要，为调度员提供动车组实时运行信息；能够为其它设备（如CIR、工务晃车检测、机车信号远程监测）提供信息。 1.4 主要功能列控设备动态监测及司机操控信息分析系统是以GPRS、GSM-R和铁路内部网络为依托，实现动车组列控数据、司机操控信息实时采集、入库；建立铁道部和铁路局两级列控动态数据中心，实现铁道部、铁路局及站段的三级应用；形成铁道部以监督指导为主，铁路局以数据管理为主，电务段、机务段以分析运用为主的管理模式；实现列控数据、司机操控信息从源头到运用的全程管理。1.4.1 实时监测功能 （1） 列控车载设备（ATP）信息实时监测电务维护人员通过铁路网实时监测所有运行动车组ATP设备的信息，包括运行模式、运行等级、运行速度、常用制动、紧急制动、ATP故障、地面轨道信号状态、应答器状态等信息。 uATP事件变化或动车组运行速度每变化超过10公里，ATP状态信息及时组包进行发送。 u运行模式、运行等级等一旦发生变化或制动触发，ATP状态信息即实时组包进行发送。（2）司机操控信息实时监测 机务业务人员通过铁路网实时监测所有动车组司机操控信息，包括司机编号、司机姓名、制动状态、运行模式、隔离开关、司机对DMI的操作、牵引手柄状态、方向手柄状态等信息。 司机编号及司机姓名作为基本状态信息，在未发生变化前一直保持上一状态值的显示。 运行模式、隔离开关、牵引手柄状态、方向手柄状态和司机对DMI操作等信息采用触发式传输方式，一旦司机操作手柄使手柄的位置发生变化或司机对DMI进行操作，即进行实时组包并传输。 （3） 动车组运行状态信息实时监测调度业务人员通过铁路网实时监测所有动车组的运行时间、运行速度、里程、线路名称、交路名称、前方车站名称、所属路局、动车编号、车次等信息。 动车组运行速度每变化超过10公里，动车组运行状态信息及时组包进行发送。 动车组运行位置变化超过10公里，动车组运行状态信息及时组包进行发送。 其它信息采用触发式发送机制，即变化即组包发送。 1.4.2 实时报警功能 系统对动车组运行过程中发生的异常信息进行实时报警，报警信息主要有四个部分：（1） 非正常停车报警。 非正常停车报警包括动车组在运行过程中出现的在非正常停车 站的停车信息，系统应能自动给出停车车辆、运行车次、停车时间、 停车位置，并综合各种信息做出非正常停车原因提示。（2） 轨道电路报警。 轨道电路信息报警包括轨道电路掉码、码序异常等报警。（3） ATP报警。 ATP报警包括在动车组运行过程中ATP系统检测到系统自身各 个单元模块工作异常情况报警。 （4） 应答器报警。 应答器报警信息包括应答器链接错误报警、应答器默认报文报警 和应答器丢失报警等。（5） 应答器报警。无线链接异常报警包括无线连接超时报警、无线链接报警和无线 一致性报警等。1.4.3 实时跟踪功能运用GPS对运行中的动车组实时进行跟踪、定位，并可回放运行数据。 1.4.4 实时查看功能对各类信息，如：应答器报文、RBC数据、关键文本信息都 可实时进行查看、分析、回放、图示、导出等。1.4.5 信息解析功能 （1） 列控数据的解析目前投入运用的列控系统设备（ATP系统）涵盖了以下六种：不同ATP系统所采用的通信原理、通信接口和通信协议均不相 同，列控设备动态监测系统应同时具备六种ATP系统信息的解析功 能，融合六种ATP系统数据解析协议。（2） 动车组司机操控信息的解析目前运营的动车组车型涵盖了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5 型动车组和380km/h动车组。不同车型动车组司机操控信息通信协议和数据解析方式均不相同，列控设备动态监测系统及动车组司机操控信息分析系统同时具备五种 车型动车组司机操控信息的解析功能，融合五种司机操控信息数据解析协议。 司机操控信息包括制动信息、控制手柄位置信息、方向手柄位置信息和司机对DMI的操作记录信息。 退勤检索分析项点包括：隔离模式、目视行车、非正常转LKJ、 超速触发常用制动、紧急制动、非正常停车等6项。综合分析：机务段安全科专职分析人员对段动车组司机操控信 息进行综合分析。 u 支持基本检索分析。 u 支持数据汇总分析。 u 支持以EXCEL方式自动生成日、旬、月报表并导出为EXCEL表格。u 支持动车组司机操控信息文件的下载和导出。u u实时监控：动车组信息台对动车组途中运行情况实施动态监控，对于系统警示信息、司机报告的运行途中发生的设备故障、重要情况等进行实时监控。 （3）动车组运行信息的解析 实时监控：调度台业务人员对动车组运行基本状态实施动态监 控，对于运行途中的动车组运行情况及运行位置、报警信息进行实 时跟踪并及时安排调度计划。 综合分析：调度台专职业务分析人员对动车组运行状态进行综合分析，动车组调度通过动车组运行信息查询系统实时掌握动车组运行情况，及时安排调度计划并综合分析。u 动车组运行数据文件的下载和管理功能。u 报警信息导出、保存功能。 u 关键数据支持以EXCEL方式自动生成日、旬、月报表功能。 第2章 体系结构2.1原理框图1） 每列动车组匀配置车载信息采集装置，完成对GPS、STM、BTM、ATP 信息的采集，通过 GPRS/GSM-R网络发送到地面数据中心，各铁路局、电务段、维护中心、动车段（所）通过互联网/铁路生产网接收数据。 2） 300H ATP车载设备中的DMS 2.2 系统组成DMS设备组成 车上设备： 列控设备动态监测装置地面设备：1） 地面数据中心； 2）数据查询终端2.3 体系结构2.3.1 系统总体架构（1） 列控设备动态监测系统及动车组司机操控信息分析系统系统总体架构框图如右图所示： （2）列控设备动态监测系统及动车组司机操控信息分析系统由六个模块组成： 2.3.2 系统物理架构由系统物理架构框图可看出系统的硬件架构设计共分为四层： 第一层：列控车载信息采集装置； 第二层：铁道部列控动态数据中心（包含网络传输部分硬件）； 第三层：铁路局列控动态数据中心； 第四层：各站、段用户终端。 第一层：列控车载信息采集装置：车载信息采集装置采用标准CPCI结构设计、嵌入式操作系统。在列车运行过程中完成司机操作信息、列控设备状态和报警信息、轨道电路信息、应答器及报文信息、RBC报文等列控信息和动车组运行状态信息的实时采集，数据通过GPRS或GSM-R无线网络发送到地面数据中心。 （1）设备构成 列控车载信息采集装置主机包含机箱、CPU插板、GSM-R插板、GPRS插板、GPS 插板、TCR插板、ATP插板（MVB插板、C2插板）、CIR插板、TEST 插板和POWER插板。列控车载信息采集装置主机框图如下图所示： （2） 各模块功能介绍 GPRS插板实现所采集数据通过GPRS的实时传输。 GSM-R插板实现所采集数据通过铁路GSM-R进行实时传输。 GPS插板为列控车载信息采集装置提供动车组位置信息和时钟信息。 TCR插板实现轨道电路信号的采集和计算。 ATP插板实现与列控车载ATP设备接口，接收列控车载设备运行、故障信息及应答器、RBC信息。 CIR插板实现与CIR设备接口，接收列车车次号等信息的同时，向CIR输出里程标和列车速度等信息。 TEST插板实现设备各单元故障指示，提供主机调试接口。 POWER插板接入DC110V电源转化为DC12V 和DC5V，为设备提供电源。 CPU插板为列控车载信息采集装置设备核心处理单元，负责数据核心处理、数据传输控制、总线管理、通信调度功能；负责具有数据存储和数据USB自动下载功能。 其他空白面板为扩展单元提供预留空间。 第二层：铁道部列控动态数据中心： 铁道部列控动态数据中心硬件：由数据库服务器、数据接收处理分析服务器、数据分发服务器、数据存储设备、维护工作站等构成。 数据库服务器 数据库服务器主要负责业务数据及基础数据的存取和访问控制。数据库服务器提供数据管理服务和数据集成分析服务，主要用来保存列控设备监测信息和动车组运行信息等过程业务数据，以及信号库、应答器库等基础数据。数据库服务器选用高性能小型机。数据库采用双机热备方式，保证整个数据存储的安全性。 数据接收处理服务器 数据接收处理服务器主要负责接收通过GSM-R和GPRS网络传输的列控动态数据，包括数据传输控制、数据解压、数据序列处理和原始数据存储等工作。通过数据接收处理服务器处理后传输给数据应用服务器结合基础数据进行进一步数据分析。硬件配置可采用PC服务器。 数据分发服务器 数据分发服务器主要负责将数据分析结果按照不同路局的数据分发权限，将数据分发给各铁路局列控动态数据中心。根据业务数据类型分为电务数据、机务数据和调度数据。数据分发服务器可采用刀片服务器。 数据存储设备 列控设备动态监测系统对基础数据和业务数据进行存储。 数据共享服务器 数据共享服务器具备高性能计算和良好的可扩展性，安装数据共享处理分析模块，部署信息交换共享平台。其它部门的业务系统经由数据共享服务器提供的数据接口、数据协议得到系统所需要数据，实现本系统与铁路其他业务部门和信息系统的信息共享。共享服务器可采用PC服务器。 第三层： 铁路局列控动态数据中心：铁路局列控动态数据中心硬件：由数据库服务器、数据应用服务器和数据存储设备、维护工作站等构成。 数据库服务器 数据库服务器，负责应用数据存取和访问控制。主要用来保存本路局权限范围内的列控设备监测信息、司机操控信息和动车组运行信息等（15天至一个月）即时业务数据，以及信号库、应答器库、司机编号库等基础数据。数据库服务器可选用小型机，数据库采用双机热备方式，保证整个数据存储的安全性。 数据应用服务器 数据应用服务器主要完成数据处理、数据分发和基础数据维护三部分工作。数据处理指业务数据结合部分基础数据（例如司机编号信息）的处理分析；数据分发指是将数据按照不同业务，分发给不同的站段用户终端；基础数据维护指开放基础数据维护端口，使用户可以根据基础数据的变更即时更新系统所用基础数据。应用服务器可采用刀片服务器。 存储设备 列控设备动态监测及动车组司机操控信息分析系统对基础数据、业务数据和分析结果等内容进行存储。 第四层：各站段用户终端： 根据不同的业务部门，各站段用户终端分为： 电务用户终端 机务用户终端 调度用户终端 用户终端采用商用PC机。分别安装列控设备动态监测系统软件、动车组司机操控信息分析系统软件和动车组运行信息查询软件，通过铁路内部网实现列控信息、司机操控信息和动车组运行信息的查询、分析、下载，以及关键数据及重点分析数据的存储。 2.3.3程序设计（1） 程序信息流程列控设备动态监测及动车组司机操控信息分析系统，信息处理流程框图如右图所示： （2） 程序模块列控设备动态监测系统程序模块由4个模块组成： 2.3.4 软件测试为了保证列控设备动态监测系统软件产品的最终质量，对 该系统的软件按照CMMI V3的要求进行了单元测试、集成测 试、确认测试、系统测试和验收测试等质量保证。每个生命周 期的软件测试都有严格的测试计划、测试方案、测试规范，按 要求严格实施测试，对测试记录进行分析，并根据回归测试情 况撰写测试报告，保证列控设备动态监测系统软件的质量。 2.3.5 主要界面 （1）列控动态实时监测系统主要界面如下图所示： 实时跟踪监控 非正常停车报警信息 动车跟踪示意图（2）司机操控信息分析系统主要界面如图下图所示： 实时监测数据 退勤分析查询 签署退勤意见2.3.6 传输方案（1） 铁道部、铁路局级传输方案 列控车载信息采集装置安装在动车组上，在动车组运行中完成 动车组运行状态信息、ATP设备的状态及故障信息、地面应答器状 态、报文、RBC报文数据、轨道电路传输信息及司机操控信息的实时采集，形成列控动态数据，并通过无线网络传回铁道部列控动态数据中心。 （2） 铁路局与用户终端间传输方案各铁路局列控动态数据中心应用服务器通过铁路内部生产网获得铁道部列控动态数据中心所分发的数据，结合基础数据库进行解析、存储。 铁路局列控动态数据中心负责本路局基础数据库的维护和管理工作。电务、机务和调度部门分别利用电务、机务和调度用户终端通过铁 路内部生产网从路局列控动态数据中心下载和查询ATP设备状态信息、司 机操控信息和动车组运行信息。其中部-局间数据传输采用了基于RemObject的分布式数据传输技术，保持路局数据与数据中心数据同步；终端与路局服务器之间直接采 用基于TCP的查询访问。（3） 数据传输GSM-R系统承载列控动态数据传输业务，采用集中控制模式，全路动 车组上列控车载信息采集装置将列控动态数据发送到位于北京GSM-R核心 网机房的M-GRIS（维护用GPRS接口服务器），然后再转发给铁道部列控 动态数据中心设备。列控车载信息采集装置配置GSM-R数据通信模块，实现GSM-R分组 数据传输功能。在北京GSM-R核心网机房配置监测用GPRS接口服务器（MGRIS），与北京GGSN连接，通过GSM-R网络实现与列控车载信息采集 装置间的无线数据传输。M-GRIS通过防火墙和数据专线与铁道部列控动态数据中心设备进行 数据传输，保证业务应用系统与GSM-R系统的隔离。（4） 技术要求 通信协议列控车载信息采集装置与M-GRIS间采用TCP/UDP 协议。M-GRIS与小型机数据接收处理分析（GSM-R）间采用TCP/IP协 议。 下行数据传输列控车载信息采集装置在上电获取IP地址后，应向铁道部列控动态数 据中心申请用户注册，注册信息中包含车次号、PDP激活用户名、 MSISDN号、列控车载信息采集装置设备号等。铁道部列控动态数据中心在收到注册信息后，核对各项信息无误后，记录该列控车载信息采集装置当前状态。 在铁道部列控动态数据中心需要向列控车载信息采集装置发送数据传输确认等信息时，直接查表得到列控车载信息采集装置的IP地址，填入数据帧 后发送给M-GRIS。M-GRIS根据数据帧中目标IP地址直接建立与列控车载 信息采集装置的连接，将数据帧发送给列控车载信息采集装置。数据传输频度：u 动车组停车时，列控车载信息采集装置发送数据的最小间隔不小于1分钟。u 动车组运行时，列控车载信息采集装置发送数据的平均间隔为3秒。 2.3.7 功能设计 （1）软件功能架构根据列控设备监测及动车组司机操控信息分析系统的需求分析，整个系统的软件功能架构设计为信息采集/处理/传输、动车组运行信息查询管理、动车组司机操控信息分析管理、列控设备动态监测管理、数据共享服务和基础数据维护管理六个功能部分，以上六大功能模块的设计思想贯穿整个系统 的设计方案中。（1） 应用功能设计列控车载信息采集功能设计：完成列控车载设备状态信息和报警信息、地面应答器信息、无线列控RBC信 息、GPS、轨道电路、司机操作信息及扩展设备信息的实时采集，采集数据经处理后 通过GSM-R和公网GPRS网络实时发送到地面数据中心；具备上电自检及远程自诊断功能；具备软件远程自动升级功能；具有监测车载DC110V电源电压，并记录瞬间断电情况；为机车综合无线通信设备（CIR）、线路晃车检测、机车信号远程监测系统等 设备提供扩展接口，实现数据共享；具有数据USB自动下载功能，并能结合“CTCS-2/CTCS-3数据分析软件”进 行数据分析；具有单元扩展功能；信息采集具备通信隔离、电气隔离功能。（2） 铁道部级信息处理功能 （3） 铁路局级信息处理功能（4） 列控设备动态监测功能列控设备动态监测模块软件安装在电务处、电务段和动车所，为电务维护人员提供车载ATP、RBC、轨道电路、应答器等实时信息。电务运用人员通过该软件实时掌握动车组运行状态信息、车载列控设备的运行状态信息和故障报警信息，并及时做出故障处理，保证安全行车。主要功能如下： 实时监测ATP设备运行状态、地面轨道电路状态；检测应答器信息。 实时跟踪、定位动车运行。 对非正常停车、警告信息、应答器报文、轨道电路状态等异常数据实时报 警（弹出窗口警示和声音警示），定位、回放、导出报警数据。 应答器报文查看、分析、回放、图示、实时解析限速信息、导出EXCEL 报表等功能。 电子地图跟踪定位动车运行。 查看、统计、回放动车实时运行数据。 实时查看RBC数据、应答器报文数据、关键文本、无线和应答器错误信息 、事件信息、制动命令等功能。（6） 数据库与数据结构设计本系统是一个以数据应用为主的分析系统，所有数据信息按照不同需要，不同类别存放在多个数据库中，各个数据库之间通过数据链接方式实现共享。针对本系统涉及数据内容较广、数据量较大的特点，数据库进行优化设计，以提高数据存储、访问，计算的效率。主要涉及数据库如下表： 第3章 DMS硬件和软件3.1 硬件体系结构3.1.1 车载设备DMS车载设备主要由DMS车载主机（以下简称DMS-T）、GPRS天线、GPS功分器和电缆等组成。DMS-T主要包括：电源POWER插板、GPRS插板、GSM-R插板、GPS插板、CPU插板、ATP插板、CIR插板、TCR插板、MVB插板等。GPRS天线连接GSM无线网络，为DMS车载设备数据传输建立公网GPRS通道。GPS功分器在保证对GPS天线信号低损耗的情况下，实现DMS车载设备与CIR对信号的共用。电缆用于连接DMS-T与列控车载设备、车载电源等设备。车载设备主要是对列控设备的状态进行监测和采集处理，同时把采集到的数据通过GSM-R网络或公网GPRS传输到地面数据中心的接受服务器。车载设备主要功能包括：信息采集功能、通信接口功能、数据传输和通信网络智能判断功能、上电自检和自诊断功能、远程控制功能、具有车载DC110V电源电压监测功能、数据共享功能、数据储存和下载功能。车载设备的信息采集具备电气隔离的防护功能。3.1.2 地面设备DMS地面设备主要由铁路总公司DMS数据中心设备、铁路局DMS数据中心设备和各级用户终端组成。铁路总公司DMS数据中心设备由数据库服务器、数据接收处理分析服务器、数据分发服务器、数据储存设备、维护工作站及网络等构成，负责对DMS车载设备通过GSM-R网或GPRS网传输的数据进行接受、处理分析和储存，向铁路局DMS数据中心发送所属中心管辖区域的DMS数据。铁路局DMS数据中心设备由数据库服务器、数据应用服务器和数据储存设备、维护工作站及网络等构成，负责接收铁路总公司DMS数据中心发送的数据，对数据进行处理和储存，并与用户终端进行数据通信。根据不同的业务部门，各级用户终端分为电务用户终端、机务用户终端和调度用户终端。用户终端分别安装列控设备动态监测系统软件、动车组司机操控信息分析系统软件和动车组运行信息查询软件，实现列控信息、司机操控信息和动车组运行信息的查询、分析、下载，以及关键数据及重点分析数据的储存。地面设备主要是接收车载设备采集到的列控设备工作状态数据，对列控数据进行处理、分析，用户通过用户终端实时监测列车运行情况，掌握列控设备工作状态，为分析设备故障提供技术支持。3.1.3 通信结构DMS通信结构分为三层，即车载设备主机内部通信、车地设备无线网络通信、地面设备铁路内部网通信。（1） 车载设备主机内部通信结构DMS采用两路高速RS-485作为设备通信总线，为一主多从结构，两路RS-485为上行数据链路和下行数据链路，总线带宽为10Mbit/s。总线设备容量为32个，DMS机箱内实际插槽位数为20个。（2） 车载设备与地面设备通信结构车载设备与地面设备使用铁路GSM-R网络或公网GPRS通信：在有铁路GSM-R网络的区段，DMS的车地无线数据通信采用铁路GSM-R网络；在不具备铁路GSM-R网络覆盖条件的区段，DMS使用公网GPRS。（3） 地面设备通信结构地面设备网络通信主要是铁路总公司DMS数据中心设备与铁路局DMS数据中心设备间通过铁路内部网的网络连接，以及铁路局DMS数据中心与用户终端的网络连接。3.1.4 主要技术参数车载设备主要包括车载主机及附件，其主要指标如下：（1） 系统指标1） 供电电源：DC60160V；2） 系统功耗：50W；3） 工温度：070；4） 储存温度：-2585（无结露）；5） 相对湿度：40%90%；6） 大气压力：86106kPa（海拔2500m以下）。（2）轨道电路测试指标1）幅值测试范围：05V；2）幅值测试精度：示值±2%；3）中心频率测试范围：0.43kHz；4）测量分辨力：载频0.2Hz；低频0.02Hz。5）测量最大允许误差：载频±0.2Hz；低频±0.02Hz。6）实时测试周期：<200ms。（3）GPS指标1）GPS指示定位精度： 单点：2.5mCEP5.0mSEP； DGPS/SBAS:2.0mCEP3.0mSEP。工作电压：3.05.0V。2）GPS功分器技术指标工作频率:GPS L1频率1575.42MHz,宽带20MHz，即(1575.42±10)MHz；输入输出阻抗：50；连接器：TNC-K。（4）GSM-R/GPRS指标1）使用指标GSM-R数据:GPRS Class210；符合SMG 31bit技术规范。2）GPRS天线技术指标频率范围：880965MHz/17102170MHz(GPRS)；输入阻抗：50；极化形式：垂直；最大输出功率：50W；雷电保护：直流接地。地面数据中心设备技术参数：（1）系统适应范围1）供电电源：AC220(1±10%)V，50(1±10%)Hz；2）系统功耗：5000W；3）工作温度：1035；4）储存温度：-1055（无结露）；5）相对湿度：40%90%；6）大气压力：86106kPa。（2）设备配置1）小型机配置GPU：4.2GHz×8颗；内存：32GB；硬盘：2×300GB。2） 服务器1配置CPU：2.27GHz；内存：64GB；硬盘：8×300GB。3）服务器2配置CPU：2.66GHz×2颗；内存：16GB；硬盘：2×300GB。4） 维护工作站配置CPU：2.8GHz×4；内存：8GB；硬盘：2TB。用户终端技术参数（1） 系统适应范围1） 供电电源：AC220（1±10%）V，20（1±10%）Hz；2） 工作温度：045；3） 储存温度：-1055（无结露）；4） 相对湿度：40%90%；5） 大气压力：86106kPa。（2） 设备配置CPU：2.0GHz×2颗；内存：2GB；硬盘：500GB。3.2 软件体系结构3.2.1 软件系统结构（1）DMS使用分布式多层结构，无论是车载设备到地面服务器，还是地面服务器到用户终端，均基于异构网络，分布式设计。车载设备主要包括数据采集模块、数据分析处理模块及数据传输控制模块等。各个模块使用本地Socket通信，传输控制模块与服务器采用基于UDP的GPRS协议。为了能高效、准确的将数据传输到地面，车载设备和地面设备均将数据传输部分独立设置，即车载和地面都设有传输控制程序，应用滑动窗口控制算法，实现数据信息的序列化传输。地面数据中心服务器软件主要包括数据接收处理模块、数据分析处理模块、数据库储存处理模块和数据分发处理模块等。各个程序之间使用ZeroMQ进行数据传输，以便达到软件的分布式部署。（2）车载设备到地面设备数据中心再到用户终端之间的数据流图：（3） 车载设备软件，采集部分使用时间驱动模式，推动相关操作。传输控制部分使用了滑动窗口机制，使数据能高效、有序、准确地到达服务器端。服务器设备软件，在与车载设备软件通信时同样在传输控制中使用了滑动窗口机制，保证数据的准确高效传输。分析软件将数据处理分析后存入数据库服务器。铁路总公司DMS数据中心与铁路局DMS数据中心服务器之间使用消息列队以数据推送模式进行数据传输，保证铁路总公司DMS数据中心和铁路局DMS数据中心的同步。 （4） DMS软件主要由车载设备软件、铁路总公司DMS数据中心设备软件、铁路局DMS数据中心设备软件和用户终端软件组成。3.2.2 车载设备软件结构（1）DMS车载设备软件运用模块化的设计思路，将程序分成了数据采集模块，数据分析处理模块和数据传输控制模块三个部分。（2） 列控车载设备类型主要分为CTCS2-200H、CTCS2-200C、CTCS3-300H、CTCS3-300T、CTCS3-300S、CTCS-3D等，各种列控车载设备的数据协议不同，主要有数据接收、数据解析、数据分析和数据处理等步骤。（3） CIR将包含车次号和车型等信息的数据包传输给DMS，DMS车载设备软件再对数据进行分析、解析和处理。（4） GPS数据处理软件主要负责判断GPS数据类型，分析GPS数据生成DMS可用信息。根据相应的处理逻辑解析提取GPS数据中的经度、纬度、时间、星数、定位信息、速度和偏移角度等信息。（5） TCR数据处理软件负责接收TCR数据，并解析出轨道电路信号的载频、低频和电压幅值信息。3.2.3 铁路总公司DMS数据中心设备软件结构 铁路总公司DMS数据中心设备软件主要包括数据传输控制模块、数据分析处理模块、数据储存模块、数据分发模块和系统服务模块。 铁路总公司DMS数据中心设备软件主要包括数据传输接收处理模块、数据分析处理模块、数据储存模块及数据分发模块等。各模块之间的关系如图所示：数据接收处理模块：铁路总公司DMS数据中心接收到车载设备通过铁路GSM-R网和公网GPRS传输的数据，首先对数据进行非序列和序列化数据处理，同时进行数据包的解压、解密和校验处理，获得原始的数据包。数据分析处理模块：DMS数据中心结合各类列控车载设备数据解析协议，分别对数据包进行数据结构解析和业务逻辑判断，同时通过查询基础数据库，将业务数据结合基础数据进行综合分析，形成需要写入数据库的原语。数据储存处理模块：将数据原语写入数据库进行储存备份，同时进行数据同步处理。数据分发处理模块：数据分发服务通过连接铁路内部网直接为各铁路局DMS数据中心提供数据分发服务。首先根据数据分发权限管理进行数据过滤，其次实现数据缓冲和数据分发。系统服务处理模块：铁路总公司DMS数据中心各功能模块及数据处理逻辑进行负载平衡控制，并提供服务活动监督、服务活动索引和服务功能接口。3.2.4 铁路局DMS数据中心设备软件结构铁路局DMS数据中心设备软件包括数据接收模块、数据储存模块、数据查询模块和基础数据维护模块等。数据接收处理模块：一方面通过连接铁路内部网接收铁路总公司DMS数据中心的数据，对所接受数据进行校验，另一方面将所接受数据形成原语。数据储存处理模块：将数据接收逻辑形成的原语写入数据库，完成数据储存。基础数据维护模块：铁路局