HXD1型机车是大秦线上担当重载运输任务的主力车型。目前针对该机车普遍存在的运输任务重,投入使用长,车载诊断能力有限,机车数据转储方式落后,维修效率低等特点,如何建立车地间的无线通信链路,实时监测机车运行状态,并对故障进行精确诊断,提高机车在途运行安全和维修效率,有着非常重要的理论和实际意义。首先,本文剖析了机车网络控制系统的结构和特点,并根据行车安全需求和故障特性建立了诊断模型和故障类别。针对监控系统对通信的实时性,可靠性等要求,确定车地通信的数据传输方式和提出地面接入GSM-R/GPRS网方案。在上述研究的基础上,提出HXD1型机车运行状态的在途监控系统的总体设计方案,给出各子系统的功能和作用。根据车载子系统的功能与作用,提出了车载子系统的三层构架。为保障机车的实时监控,提出采集数据优先级和精简数据通信量等预处理机制；针对无线传输的不稳定性,建立数据缓存机制；为保证司机行车安全,设计车载获取地面指导信息的机制。在深入研究铁路GSM-R/GPRS网络基础上,提出车地数据的传输方案。分析GPRS网络通信协议栈,制定车地数据格式,给出数据在网络中协议转换；给出车地间建立传输连接的工作原理和流程；设计车载GPRS模块的硬件和软件流程,并提出车地通信的管理方案。针对地面信息子系统的监控实时性的要求,为保障机车安全运行,实时监测CCU、TCU等七大设备的状态属性；结合故障诊断模型提出智能故障诊断方法,并将诊断结果反馈到机车,及时排除安全隐患；同时为地面子系统设计了安全机制和数据管理机制。最后本文给出监控系统的实际车载硬件图和地面监控界面,在大秦线上的实际运行结果表明,本文设计的在途监控系统在快速有效的定位出故障信号源,排除潜在的安全隐患,有效可行的提高HXD1型机车在途运行的安全性。