一种轨道交通车载运维融合主机的制作方法

1.本技术涉及车载运维主机技术领域，尤其涉及一种轨道交通车载运维融合主机。


背景技术：

2.目前的车辆智能运维，主要集中在数据专家系统总体框架,确保了系统的高性能,高可用性和易扩展性,并通过报表统计,信息推送,当前故障诊断,历史故障查询及统计等功能的实现来指导列车运营处置,改变传统的定期检修模式,提高检修效率,实现智能运维。该系统通过车载网络和地面网络,将列车相关数据等信息发送到地面,实现列车与地面之间的实时故障分类,统计和评估.提高了车辆自诊断及维修智能化水平,更便于建立车辆维修信息化数据库
3.由于智能运维是从各系统逐步提出的，由各系统自主设计运维设备。随着车辆智能化的发展，列车各系统的都有了智能运维的需求，各系统都增加了运维相关设备，实现数据收集、建模和处理，然后利用多种方式进行数据落地，并在地面数据中心/运维中心展示。
4.当前列车运维系统的搭建，各系统各司其职、各自为战，信息孤立，部分信息冗余，导致车上设备多，列车车载部分包括列车网络控制系统、牵引系统、制动系统、弓网系统、乘客信息系统、门控系统、空调系统等都有各自的数据记录装置，如图2。网络系统的事件记录仪负责列车故障诊断、数据记录；牵引系统记录箱体、电机的温度、湿度和振动等参数；弓网系统检测弓网状态信息和存储受电弓运行图片；乘客信息系统单独记录摄像头视频监控信息；制动系统存储制动控制器内部通信信息；门控系统记录主从门控器的通信信息和电机状态信息；空调系统记录压缩机、变频器的运行状态信息。各系统的智能运维都有独立的一些专利和论文，仅针对单一系统和功能。
5.不同系统的运维数据类型不同，数据量差别较大，数据落地方式也是多种多样，有些信息需要及时处理和健康管理、故障预警，通过包括无线wlan、lte、4g等，比如列车网络控制系统、牵引系统、制动系统、弓网系统、乘客信息系统；有些信息不需要及时处理，仅需要定期维护，可以在回库后人工/自动下载存储，比如门控系统、空调系统。当前运维设计，没有从整车的角度统一考虑对车载运维设备的统一和精简，同时统一数据落地方式，减少传输接口和通道的铺设。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供了一种轨道交通车载运维融合主机，以至少通过本发明解决了现有技术中没有综合考虑多种数据形式、数据建模和处理、数据落地形式、数据存储容量和信息安全，现有运维设备无法满足集成各系统的运维需求，无法统一车地通信接口等问题。
7.本发明提供了一种轨道交通车载运维融合主机，包括：
8.车载运维主机库，所述车载运维主机库收集车载控制网络状态及故障数据、监控网络状态及故障数据、车载在线检测设备状态及故障数据；
9.主控板卡，所述主控板卡通过总线获得所述列车控制系统状态及故障数据、所述
监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据，并对总线数据进行信号处理和数据分析，提取出特征信息，并通过建模与故障机理分析，实现系统的健康状态监测、预测和管理；
10.防火墙，通过所述防火墙对无线网络与所述车载控制网络进行隔离后，所述主控板卡将数据处理后的数据传输到地面服务器，实现车地数据通信安全策略，保护网络内资产安全；
11.审计，通过所述列车控制系统状态及故障数据、所述监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据进行动态实时监控，寻找入侵和违规行为并发出告警。
12.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述主控板卡对所述列车控制系统状态及故障数据、所述监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据进行实时数据融合获得融合数据后，对所述融合数据进行清洗，对清洗后的数据进行特征提取、建模后获得数据处理后的所述数据，实现健康管理、故障预警。
13.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括：
14.wan，将所述主控板数据处理后的所述数据通过所述wan无线传输到所述地面服务器。
15.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括冗余电源配置，通过所述冗余电源配置对列车进行输入过压保护、欠压保护、短路保护。
16.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括存储盘，通过所述存储盘对总线数据进行分类、压缩存储，所述存储盘扩展支持固态sata盘。
17.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括多接口通信板，所述轨道交通车载运维融合主机通过所述多接口通信板与列车网络连接。
18.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括5g板卡，通过所述5g板卡实现全网5g通信制式，在无wifi环境下通过所述5g板卡实现车地通信传输。
19.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括以太网交换板，通过所述以太网交换板经过所述防火墙安全防护后对整车各设备或装置进行维护。
20.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，所述轨道交通车载运维融合主机还包括储能板，当外部输入电源断电时，通过所述载储板对所述整机进行供电，通过所述储能板对设备进行延迟断电保护功能，可以有效地保护系统的稳定性和安全性。
21.上述的轨道交通车载运维融合主机，其中，根据项目需求可以对所述轨道交通车载运维融合主机进行裁剪重装。
22.相比于相关技术，本发明提出的一种轨道交通车载运维融合主机，打破系统界限，将智能运维功能集成到一台设备，做到各系统功能集成，支持多种类型协议，减少车载设备，优化系统布局；将审计、防火墙与运维功能进行一体化设计，将信息传输与网络安全统
筹考虑，提升网络安全性；将各系统运维信息进行多源信息融合，通过建模进行基线比对，做出合理的故障预警。
23.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1是根据本技术实施例的车载运维主机示意图；
26.图2是根据本技术实施例的现有技术车载各系统智能运维设备显示图。
具体实施方式
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
29.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
30.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
31.本发明提供了一种轨道交通车载运维融合主机，本发明从车载智能运维的角度，将各系统独立的运维设备进行功能整合，设计了一种可以一体化承载所有车载运维信息、大容量存储且可以兼容各种协议类型的智能运维主机，并且在车地通信接口处增加防火墙，保障列车网络的安全性。
32.实施例一
33.本实施例还提供了一种轨道交通车载运维融合主机。请参照图1，图1是根据本技术实施例的车载运维主机示意图。
34.如图1所示，车载运维主机由电源板、储能板、主控板卡、通信板、记录板、审计板、防火墙板、wlan板、4/5g板、交换板等组成，其中，不同的cpu板卡之间通过背板通信，主控板从总线收集汇总信息后，各板块之间通过背板进行交互，最后通过wan、5g对外接口发送信息；
35.其中，车载运维主机可以根据项目需求进行裁剪；
36.其中，车载运维主机库实现整车及关键部件数据采集、数据处理、数据存储、数据加密、数据压缩、数据下载、健康管理、故障预警、车地传输等功能；
37.冗余电源配置即pwr1、pwr2，含延迟电源，供电间断10ms输出应能正常工作，具备输入过压、欠压、短路保护功能；
38.板载储能电容即esm，当外部输入电源断电时，能短暂维持整机工作30秒；
39.主控板卡，主控板卡自带以太网通信接口，从总线上获取列车各子系统实时状态数据及故障数据，并对收集各子系统状态及故障数据进行实时数据融合、清洗和特征提取处理后，完成数据存储；
40.配置大容量存储盘即sata，可扩展支持固态sata盘，1/2t大容量数据存储；
41.多接口通信板即mvb，包括mvb接口；
42.5g板卡即5g，支持5g全网通通信制式，支持5g无线通信同时向下兼容4g/3g/2g等制式；
43.wan，是车地通信接口，支持wlan无线传输，可满足接入其他专用通信系统，借助其它通信系统的wlan通道实现数据无线传输功能；2.4或5.8ghz频段，支持802.11b/g/n制式，实现与已有wlan通道进行自动匹配连接；支持wpa/wpa2安全协议，保证数据传输安全性；
44.防火墙即sa，通过背板与主控板通信，提供防火墙车地数据通信安全策略，保护网络内资产安全；
45.审计，通过总线数据进行动态实时监控，可寻找入侵和违规行为并发出告警，且记录网络上发生的一切，为用户提供取证手段；
46.支持以太网维护，通过交换板进行整车各设备/装置的维护，如更新程序、下载数据等。
47.其中，车载运维主机的设计，需要满足如下功能和性能要求：
48.1)多种通信接口，千兆/百兆以太网、mvb接口；
49.2)支持多种协议类型，包括音频、视频、图像、udp/tcp/trdp等；
50.3)dc110v供电；
51.4)大容量存储，1/2t；
52.5)支持车地通信；
53.6)审计、防火墙功能，保障列车网络安全；
54.7)工作温度，-40℃～+70℃；
55.8)型式试验，须符合en50121或en50155标准或相关国际标准。
56.车载运维主机库通过收集列车控制及监控网络和车载在线监测设备产生的各类数据，经过汇聚、传输、分析处理后，利用无线传输设备将数据传回地面，挖掘其中有用的信息，用作车辆状态的远程监控和分析。车载运维主机设备具备两路硬件接口连接到列车网络交换机。车载运维主机通过安全防护模块将无线网络和车载控制网络隔离，车载数据可以通过车载主机进行汇聚处理后转发到地面服务器，也可以通过其他无线传输通道直接将数据透传到地面服务器。
57.综上所述，本发明涉及一种轨道交通车载运维融合主机，本发明解决了运维数据相互隔离，无法统一整合和的问题，通过多源信息融合，充分挖掘故障预警前的各系统联动状态信息，可以全面性、多参数估计产品寿命和故障预测；多设备合一，减少故障点，降低运用成本，车辆充分减重，减少能耗；车地接口增加审计、防火墙功能，将信息传输与网络安全统筹考虑，提升网络安全性。
58.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，包括：车载运维主机库，所述车载运维主机库收集车载控制网络状态及故障数据、监控网络状态及故障数据、车载在线检测设备状态及故障数据；主控板卡，所述主控板卡通过总线获得所述列车控制系统状态及故障数据、所述监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据，并对其进行数据处理；防火墙，通过所述防火墙对无线网络与所述车载控制网络进行隔离后，所述主控板卡将数据处理后的数据传输到地面服务器，实现车地数据通信安全策略，保护网络内资产安全；审计，通过所述列车控制系统状态及故障数据、所述监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据进行动态实时监控，寻找入侵和违规行为并发出告警。2.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述主控板卡对所述列车控制系统状态及故障数据、所述监控网络状态及故障数据、所述车载在线检测设备状态及故障数据进行实时数据融合获得融合数据后，对所述融合数据进行清洗，对清洗后的数据进行特征提取、建模后获得数据处理后的所述数据，实现健康管理、故障预警。3.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括：wan，将数据处理后的所述数据通过所述wan无线传输到所述地面服务器。4.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括冗余电源配置，通过所述冗余电源配置对列车进行输入过压保护、欠压保护、短路保护。5.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括存储盘，通过所述存储盘对总线数据进行分类、压缩存储，所述存储盘扩展支持固态sata盘。6.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括多接口通信板，所述轨道交通车载运维融合主机通过所述多接口通信板与列车网络连接。7.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括5g板卡，通过所述5g板卡实现全网5g通信制式，在无wifi环境下通过所述5g卡实现车地通信传输。8.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括以太网交换板，通过所述以太网交换板经过所述防火墙安全防护后对整车各设备或装置进行维护。9.根据权利要求8所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，所述轨道交通车载运维融合主机还包括储能板，当外部输入电源断电时，通过所述载储板对整机进行供电，通过所述储能板对设备进行延迟断电保护功能，可以有效地保护系统的稳定性和安全性。10.根据权利要求1所述的轨道交通车载运维融合主机，其特征在于，根据项目需求可以对所述轨道交通车载运维融合主机进行裁剪重装。

技术总结
本申请公开了一种轨道交通车载运维融合主机，包括：车载运维主机库，所述车载运维主机库收集车载控制网络状态及故障数据、监控网络状态及故障数据、车载在线检测设备状态及故障数据；主控板卡，主控板卡通过总线获得列车控制系统状态及故障数据、监控网络状态及故障数据、车载在线检测设备状态及故障数据，并对其进行数据处理；防火墙，通过防火墙对无线网络与车载控制网络进行隔离后，主控板卡将数据处理后的数据传输到地面服务器，实现车地数据通信安全策略，保护网络内资产安全；审计，通过列车控制系统状态及故障数据、监控网络状态及故障数据、车载在线检测设备状态及故障数据进行动态实时监控，寻找入侵和违规行为并发出告警。警。警。


技术研发人员：徐东超 尹光辉 李华 李宗亮 徐恭德
受保护的技术使用者：中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1