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摘要：随着经济的发展和网络时代的到来，为解决传统铁路信号监测系统中存在的互联性较低、数据共享不足、智能化程度较低等问题，结合4G无线通信、云计算、大数据等技术，设计了一种基于移动应用的铁道信号智能监测系统，该系统将既有的信号监测系统进行了移动端的智能延伸，并且具有实时报警、智能故障预测与诊断、报警管理、监测数据查看等基本功能。系统在成都铁路局投入应用，结果表明：该系统实现了信号系统监测数据报警的实时传递，提升了监测系统的实用性和智能化程度。
关键词：移动应用；铁道信号；智能监测系统
引言
近些年，我国铁路系统建设取得快速的发展，相关技术也得到了较快的提高，在世界范围内占有重要的位置，尤其是铁路的总里程以及速度等方面都处于世界领先水平。我国铁路建设投资在不断的加大，其中铁路信号系统作为一个庞大的工程受到了高度的重视，在铁路运输系统中铁路信号系统具有非常重要的作用，就像在人的身体中神经系统的作用一样，是不可替代、不可缺少的。事实上，由一些不利的因素影响铁路信号系统的正常运行，甚至导致严重的事故发生，因此，信号系统的技术显得更为重要。通过对铁路信号系统构成的研究，尽量避免不利因素的出现，确保铁路的正常运行。
1我国铁路信号监测系统概述
我国铁路信号监测系统主要由信号集中监测系统、列控监测检测子系统和GSM-R通信监测系统3部分组成。信号集中监测(CSM)系统为信号监测的主要系统，具有三级四层的体系结构，其主要功能包括监测现场设备工作状态、信息储存、报警等。系统通过CAN总线与信号机、采集转撤机、轨道电路等多个信号设备的电气参数模拟量信息、部分开关量信息进行实时联系，且为其信息获取、连接通信接口方法及维修机提供便利。虽然，我国的铁路信号系统技术装备已经达到世界先进水平，但依然存在的主要问题有以下3个方面：互联性较低；数据共享不足；智能化程度较低。随着智能手机、移动互联网的飞速发展，移动应用凭借其高互联性、数据实时共享等优点，应用范围越来越广，对于移动应用的开发与研究也取得了许多成果。移动应用的发展，以及云数据共享技术的革新，为解决传统铁路信号监测系统存在的问题提供了可能。建立新型铁道信号智能监测系统可以从共享数据选择、存储与共享机制、多数据库系统、数据监测规范化等关键技术入手，提高铁路信号监测检测、综合智能分析和辅助决策能力。结合移动应用平台、云服务等技术而设计的铁道信号智能监测系统，能够有效地解决传统信号监测系统数据共享不足等问题，实现数据的互联互通。
2基于移动应用的铁道信号智能监测系统
2.1云能力
云服务主要进行专业化管理，将任务和软件功能封装为通过网络可访问的服务模块，实现软件功能的柔性化管理。云能力负责提供输出平台化服务能力、支撑顶层业务架构的功能。为了缩短开发周期，提升开发效率与保证质量，可以对公有云服务进行筛选评估后接入，主要包括推送云、存储云、通信云、云CDN等多种云基础设施，通盘整合其能力，结合现有平台，为移动应用层提供基础技术设施能力支撑。后续在数据能力、基础技术设施等条件成熟后，可以对相应组件进行替换，结合实际业务场景，客户需求，进行对应业务开发。
2.2网络与数据安全
加强互联网环境下云服务的安全性，主要的方法有加强对云终端的控制，加强移动网络接入和传输的安全性，加强移动云服务系统之间的访问控制等。系统硬件网络层需要通过边界控制、入侵访问等实时系统的联动，实现网络全方位安全。交换机、路由器、防火墙、服务器需要保证充分的冗余，至少保证10M的核心带宽，100M的动态带宽。最前置ws服务商需要做到限制网络最大流量数及网络连接数，可收集防火墙外的各类信息，用于改进阻止决策，优化阻止规则。网络安全审计需要对网络设备运行状况、网络流量、用户行为等进行日志记录。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过互联网团队的实时入侵检测系统，能够根据记录数据进行分析，并生成审计报表。审计记录保护，避免删除、修改或覆盖等。其他网络安全防护可以采用第三方云盾，利用DNS技术隐藏实际服务地址，通过外部流量清洗系统可以减少带宽成本付出，通过智能的请求过滤，可以有效避免公网大部分攻击方式。为保证数据完整性，系统管理数据、鉴别信息和重要业务数据在传输和存储过程中都要进行完整性检验及必要的恢复措施。为保证数据保密性，系统管理数据、鉴别信息和重要业务数据在传输和存储过程中都要采取加密或其他措施。备份和恢复，完全数据备份每天一次，备份介质场外存放。
2.3网络处理
网络处理层采用apachemina网络框架。mina底层基于JavaNIO,它基于TCP/IP和UDP/IP协议提供了抽象的、事件驱动的、异步的API。网络处理模块包含两部分：二进制解码模块和消息实体处理模块。消息实体是二进制消息对应的可读形式内容对象。二进制解码模块的核心包括消息分辨器和对应消息的解码器。分辨器用来识别消息类型，然后交给具体的解码器来解析二进制内容。二进制解码模块的输出结果是消息实体，即可读的消息对象。消息实体处理模块接受二进制模块的输出结果。根据消息对象类型从服务注册中心选取处理该消息的处理服务，目前基本所有的实体消息处理服务主要用来持久化消息内容以及将相应的报警消息推送给目标客户端。
2.4移动端通信流程
当业务需要获取数据时，整个通信流程是业务发起请求调用，使用this.$fetch接口，此接口会调用框架底层widget/axios基本封装，对发送数据进行简单封装，通过bmAxios接口调用客户端底层方法BMAxiosNetworkModule发出HTTP请求。后端返回数据之后，客户端接收到数据，将数据返回到框架底层，框架底层会将返回数据进行统一数据处理，最终返回到业务方。通信安全保障，业务方发起请求之后，框架底层会对发送数据进行统一包装，包装内容将所有数据进行JSON.stringify转成字符串，将字符串通过加密生成密钥，并将密钥带给客户端，客户端使用同样的方式进行解密，对完整性进行校验。发起请求时，业务还会携带用户信息，客户端会对用户信息进行校验，客户端会对用户真实性进行校验。
2.5智能故障诊断
建立设备的故障数据库，当系统出现故障时，通过神经网络、隐马尔可夫模型（HMM，HiddenMarkovModel）等智能故障诊断方法实现故障的智能分析与实时追踪。此外，系统也能通过故障预测方法对设备进行故障的预测与预警，实现对轨道电路、道岔转辙机等设备的故障趋势预警与故障诊断。报警同步，报警同步的方式采用被动接收模式。报警接收系统在启动时会开启TCP连接监听，等待报警推送服务器连接。其连接模式采用长连接模式，通过心跳保持连接有效性。当收到连接请求时，报警同步模块的工作就是建立连接，在检测到某台设备发生报警的时候将报警消息推送给接收服务器。另外，如果因为某些原因连接断开，报警同步模块需提供重连功能。
结语
基于移动应用的铁道信号智能监测系统结合了云存储、大数据、4G无线通信等技术，具备实时报警、监测数据查看等功能，通过无线通信将报警记录与监测数据实时保存到云端，并且生成图表信息，各级报警记录、预警记录和历史数据。各项信息可通过客户端与移动端随时查看，实现了对历史数据的充分挖掘。此外，系统能够结合具体的业务场景，对各设备进行智能故障预测与诊断。该系统已在成都铁路局实际应用，显著提升了各个监测系统之间的数据互联互通性，信号数据得到有效利用，实现了对信号系统各类设备的运行方案优化功能。
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论文作者:朱洪婷,陈星润
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/30
标签：数据论文; 系统论文; 监测系统论文; 信号论文; 智能论文; 消息论文; 模块论文; 《防护工程》2019年第4期论文;