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摘 要：目前我国高速列车的商业运营速度已经超过了世界最高水平，随着大规模商业运营趋势的发展以及“走出去”战略的实施，产生了大规模、大流量、跨地区等方面的需求，因此，具有自检测、自诊断、自决策能力，提供乘客个性化服务，并能实现复杂工况下高效运用和全生命周期能力保持及优化的智能化高速列车应运而生。本文大致介绍了CRH380AL型智能列车的功能需求和系统架构，并着重描述了车载数据处理中心的设计方案，对与外部设备的数据通信情况、功能模块的组成及实现进行了分析。
关键词：智能列车；数据采集；协议分析；数据传输；智能化；高速列车；物联网；传感器
1引言
智能列车项目属于“十二五”国家科技支撑计划，通过该项目的实施，能够建立一个智能决策信息系统，能够集成列车的各大子系统如牵引系统、辅助系统、制动系统、网络系统、监控系统等，能够自动进行列车的监控、诊断、自检、安全监测等功能，进而提高列车运行的性能，提高列车的安全性和乘客舒适度，降低列车的能源消耗，以满足国民经济对铁路运行和运营越来越高的要求。
CRH380AL型智能列车车载数据处理中心能够采集、分析和处理各种数据信息，实现数据的本地存储，并将车辆运行状态信息及故障信息实时的发送至地面，本文简要介绍了智能列车的系统组织架构，明确了车载数据处理中心在系统中的功能需求、与外部设备的数据通信情况，同时详细阐述了车载数据处理中心的设计原理，包括功能模块的组成以及各模块的具体实现流程。
2系统架构
如图1所示，智能列车系统由列车感知网络、感知设备、车载数据处理中心、车地通信终端，以及车载感知网络的各感知对象组成。其中，车载数据处理中心由车载数据中心主机和车载显示屏组成，主机内部集成了GSM-R无线传输及存储模块，本文主要对车载数据中心主机内部软件的实现原理进行阐述。
2.1 功能分析
智能列车车载数据处理中心的主要功能可以归纳为四大部分，分别是数据采集与存储、实时监控与历史查询、数据传输与车地通信、故障诊断与在途预警，具体描述如下：
1）数据采集与存储
车载数据处理中心需要完成对全车控制网、传感网、物联网和安全系统等各种数据的采集、处理与存储。
2）实时显示数据
数据信息的显示通过车载显示屏来实现，车载数据中心根据采集的全车信息，生成相应的数据帧发送给车载显示屏，完成数据的显示。
3）数据传输与车地通信
车载数据中心在汇集全车的数据后，经过数据处理、格式转换等过程，生成相应的数据帧发送给旅客服务系统和铁路专用通信网（GSM-R）模块。
4）故障诊断与在途预警
通过虚拟样机技术和实时数据评估分析，实现列车状态的三维展示、异常状态的在途预警，为司乘人员提供运用与维护指南。
2.2 设备接口分析
车载数据处理中心通过以太网接口接入列车车载实时环网，车载数据处理中心内部各設备的连接关系如下图2所示：
车载数据处理中心作为智能列车整车级的信息综合处理平台，主要完成对智能列车运行状态信息、安全信息及全车的传感、感知以及部分客服数据的采集、分析处理、记录与储存，参与高速列车与地面的双向数据交互，保证关键数据实时与地面监控中心交互，实现对在途高速列车的远程实时监视与故障诊断，为高速列车运用、检修和维护提供数据支持。
3软件方案设计
车载数据处理中心软件运行于主处理器插件的Windows XP嵌入式操作系统中，在高级语言开发环境Microsoft Visual Studio 2008中开发。
车载数据处理中心软件的内部功能结构如图3所示，主要由数据接收模块、数据发送模块、状态显示模块、车载数据处理模块以及数据库处理模块组成。
3.1 数据接收模块
数据接收模块用于接收智能列车其他车载系统的数据。数据帧格式如图4所示，其中，数据类型指示接收到的数据类型，主要分为控制系统数据、安全系统数据、传感网数据以及物联网数据，数据接收模块根据类型将数据内容字段的信息发送给各类型对应的数据处理模块。
3.2 车载数据处理模块
车载数据处理模块包括控制网数据处理模块、ATP数据处理模块、传感网数据处理模块和物联网数据处理模块，其中控制网数据包括WTD数据、TBDR数据以及ADD数据。车载数据处理模块根据对应的协议格式对数据内容进行分析，初步处理后的数据经由数据发送模块传递至旅服等其他系统，同时存储至对应的数据库表格中。
3.3 状态显示模块
状态显示模块包括生命信号判断模块和灯闪执行模块，主要用于控制机箱外灯光的闪烁，从而指示当前车载数据处理中心内部软件的运行情况以及与其他车载系统的数据通信情况。其中，生命信号判断模块用于判断其他车载系统的运行情况，判断依据为是否接收到相应车载设备的数据，而灯闪执行模块根据生命信号的指示情况控制灯光的闪烁。
3.4 数据发送模块
数据发送模块主要用于按照特定的协议格式对数据进行封装打包，并发送给旅服系统、GSM-R模块以及车载显示屏。
3.5 数据库处理模块
车载数据处理中心软件采用MYSQL数据库实现信息存储，数据库处理模块主要包括数据库初始模块、数据库存储模块和数据库管理模块。
数据库初始模块主要用于创建数据库和性能参数表格，同时为表格中各参数绑定相关变量，图7所示为数据库模块的初始化流程，其中，由mysql_stmt_init（）函数初始化一个MYSQL_STMT对象，mysql_stmt_prepare（）函数为该对象准备带有一个或多个参数标记符的SQL字符串语句，mysql_stmt_bind_param（）函数将SQL字符串中的参数标记符与应用程序变量进行绑定，完整的SQL字符串语句用于实现向数据库各表格插入数据。
车载数据处理模块对接收到的各类型数据进行相应处理后，为各应用程序变量赋值，若数据库存储模块检测到数据的到来，则调用mysql_stmt_execute（）函数将当前绑定的参数标记符的值发送到服务器，服务器则用新提供的数据替换标记符，并执行SQL字符串语句。
数据库管理模块用于管理数据库表格中的记录信息，判断记录的存储时间，对超过有效时间的记录信息进行删除。
4结束语
智能列车车载数据处理中心在保证高可靠性的前提下完成了对全车海量数据的实时处理及存储，并且结合智能列车实际情况提供了高准确度的智能故障诊断技术，其开发过程实现了系统的集成创新，目前还没有类似的产品以及行业规范、标准。安全是最大的效益，在今后的一段时间里，需要的不断完善、优化和提升故障诊断与智能维护系统的性能，同时针对可靠性要求，继续加以技术提升，从而提高产品的质量。
参考文献
[1] 陆啸秋，赵红卫，黄志平，高枫. 高速列车运行安全监控技术[J]. 铁道机车车辆，2011（2）
[2] 仲崇成，李鹏，吴冬华，张涛. 高速列车车载智能化系统总体设计[ J ]. 电子技术与软件工程，2013：32-33.
[3] 金学松，郭俊，肖新标，温泽峰，周仲荣. 高速列车安全运行研究的关键科学问题[J]. 工程力学，2009（26）：8-22.
[4] 张建兵，陈鑫，彭杰等.轨道数据动态采集检测技术试验平台的设计与实现[J].仪表技术与传感器，2012（9）：24-26，29.
关键词：智能列车；数据采集；协议分析；数据传输；智能化；高速列车；物联网；传感器
1引言
智能列车项目属于“十二五”国家科技支撑计划，通过该项目的实施，能够建立一个智能决策信息系统，能够集成列车的各大子系统如牵引系统、辅助系统、制动系统、网络系统、监控系统等，能够自动进行列车的监控、诊断、自检、安全监测等功能，进而提高列车运行的性能，提高列车的安全性和乘客舒适度，降低列车的能源消耗，以满足国民经济对铁路运行和运营越来越高的要求。
CRH380AL型智能列车车载数据处理中心能够采集、分析和处理各种数据信息，实现数据的本地存储，并将车辆运行状态信息及故障信息实时的发送至地面，本文简要介绍了智能列车的系统组织架构，明确了车载数据处理中心在系统中的功能需求、与外部设备的数据通信情况，同时详细阐述了车载数据处理中心的设计原理，包括功能模块的组成以及各模块的具体实现流程。
2系统架构
如图1所示，智能列车系统由列车感知网络、感知设备、车载数据处理中心、车地通信终端，以及车载感知网络的各感知对象组成。其中，车载数据处理中心由车载数据中心主机和车载显示屏组成，主机内部集成了GSM-R无线传输及存储模块，本文主要对车载数据中心主机内部软件的实现原理进行阐述。
2.1 功能分析
智能列车车载数据处理中心的主要功能可以归纳为四大部分，分别是数据采集与存储、实时监控与历史查询、数据传输与车地通信、故障诊断与在途预警，具体描述如下：
1）数据采集与存储
车载数据处理中心需要完成对全车控制网、传感网、物联网和安全系统等各种数据的采集、处理与存储。
2）实时显示数据
数据信息的显示通过车载显示屏来实现，车载数据中心根据采集的全车信息，生成相应的数据帧发送给车载显示屏，完成数据的显示。
3）数据传输与车地通信
车载数据中心在汇集全车的数据后，经过数据处理、格式转换等过程，生成相应的数据帧发送给旅客服务系统和铁路专用通信网（GSM-R）模块。
4）故障诊断与在途预警
通过虚拟样机技术和实时数据评估分析，实现列车状态的三维展示、异常状态的在途预警，为司乘人员提供运用与维护指南。
2.2 设备接口分析
车载数据处理中心通过以太网接口接入列车车载实时环网，车载数据处理中心内部各設备的连接关系如下图2所示：
车载数据处理中心作为智能列车整车级的信息综合处理平台，主要完成对智能列车运行状态信息、安全信息及全车的传感、感知以及部分客服数据的采集、分析处理、记录与储存，参与高速列车与地面的双向数据交互，保证关键数据实时与地面监控中心交互，实现对在途高速列车的远程实时监视与故障诊断，为高速列车运用、检修和维护提供数据支持。
3软件方案设计
车载数据处理中心软件运行于主处理器插件的Windows XP嵌入式操作系统中，在高级语言开发环境Microsoft Visual Studio 2008中开发。
车载数据处理中心软件的内部功能结构如图3所示，主要由数据接收模块、数据发送模块、状态显示模块、车载数据处理模块以及数据库处理模块组成。
3.1 数据接收模块
数据接收模块用于接收智能列车其他车载系统的数据。数据帧格式如图4所示，其中，数据类型指示接收到的数据类型，主要分为控制系统数据、安全系统数据、传感网数据以及物联网数据，数据接收模块根据类型将数据内容字段的信息发送给各类型对应的数据处理模块。
3.2 车载数据处理模块
车载数据处理模块包括控制网数据处理模块、ATP数据处理模块、传感网数据处理模块和物联网数据处理模块，其中控制网数据包括WTD数据、TBDR数据以及ADD数据。车载数据处理模块根据对应的协议格式对数据内容进行分析，初步处理后的数据经由数据发送模块传递至旅服等其他系统，同时存储至对应的数据库表格中。
3.3 状态显示模块
状态显示模块包括生命信号判断模块和灯闪执行模块，主要用于控制机箱外灯光的闪烁，从而指示当前车载数据处理中心内部软件的运行情况以及与其他车载系统的数据通信情况。其中，生命信号判断模块用于判断其他车载系统的运行情况，判断依据为是否接收到相应车载设备的数据，而灯闪执行模块根据生命信号的指示情况控制灯光的闪烁。
3.4 数据发送模块
数据发送模块主要用于按照特定的协议格式对数据进行封装打包，并发送给旅服系统、GSM-R模块以及车载显示屏。
3.5 数据库处理模块
车载数据处理中心软件采用MYSQL数据库实现信息存储，数据库处理模块主要包括数据库初始模块、数据库存储模块和数据库管理模块。
数据库初始模块主要用于创建数据库和性能参数表格，同时为表格中各参数绑定相关变量，图7所示为数据库模块的初始化流程，其中，由mysql_stmt_init（）函数初始化一个MYSQL_STMT对象，mysql_stmt_prepare（）函数为该对象准备带有一个或多个参数标记符的SQL字符串语句，mysql_stmt_bind_param（）函数将SQL字符串中的参数标记符与应用程序变量进行绑定，完整的SQL字符串语句用于实现向数据库各表格插入数据。
车载数据处理模块对接收到的各类型数据进行相应处理后，为各应用程序变量赋值，若数据库存储模块检测到数据的到来，则调用mysql_stmt_execute（）函数将当前绑定的参数标记符的值发送到服务器，服务器则用新提供的数据替换标记符，并执行SQL字符串语句。
数据库管理模块用于管理数据库表格中的记录信息，判断记录的存储时间，对超过有效时间的记录信息进行删除。
4结束语
智能列车车载数据处理中心在保证高可靠性的前提下完成了对全车海量数据的实时处理及存储，并且结合智能列车实际情况提供了高准确度的智能故障诊断技术，其开发过程实现了系统的集成创新，目前还没有类似的产品以及行业规范、标准。安全是最大的效益，在今后的一段时间里，需要的不断完善、优化和提升故障诊断与智能维护系统的性能，同时针对可靠性要求，继续加以技术提升，从而提高产品的质量。
参考文献
[1] 陆啸秋，赵红卫，黄志平，高枫. 高速列车运行安全监控技术[J]. 铁道机车车辆，2011（2）
[2] 仲崇成，李鹏，吴冬华，张涛. 高速列车车载智能化系统总体设计[ J ]. 电子技术与软件工程，2013：32-33.
[3] 金学松，郭俊，肖新标，温泽峰，周仲荣. 高速列车安全运行研究的关键科学问题[J]. 工程力学，2009（26）：8-22.
[4] 张建兵，陈鑫，彭杰等.轨道数据动态采集检测技术试验平台的设计与实现[J].仪表技术与传感器，2012（9）：24-26，29.