CN102497393B - 高速列车智能化系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速列车智能化系统，包括车载智能感知节点S105，列车控制系统车载部分S106，车载数据中心S107，车地宽带通信系统S108，地面数据中心S109，主机厂和/或动车基地应用系统S110，物联网采集终端S101，宽带应用系统S102，一个或多个传感器S103，I/O接口设备S104；实现了列车系统的自检测、自诊断、自决策和列车零部件全生命周期的信息化管理等。

Description

高速列车智能化系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及高速列车、智能化系统、及通信方法。

背景技术

列车智能化指的是让列车具备“自检测、自诊断、自决策“的能力。自检测指的是借助传感器技术实现高速列车对自身状态的全方面，多维度的检测；自诊断指的是列车能根据检测到的状态进行故障的智能定位和诊断；自决策指的是在成功实现了前两者的基础上，高速列车实现对故障危害的判决，采取相关措施降低其危害。

现有的高速列车智能系统存在以下待解决或待改善的问题或缺陷：

1)高速列车对列车自身状态的检测能力不足，也没有一套完整统一的传输处理方式。

高速列车比较重要的几大子系统为：牵引系统，转向架系统，高压系统，辅助供电系统，空调系统。现有的部分高速列车在部分子系统上安装了（或者系统自带）部分传感器，包括转向架失稳检测传感器，变压器出口油温传感器，烟火检测传感器，辅助供电装置电压传感器等。但是，列车关键子系统中还存在大量的、涉及到行车安全的信息需要进行检测，这些信息包括齿轮箱温度检测信息， 变压器一次侧电流信息， 变压器油温信息，输入电流电机铁芯温度，接触网网压信息等等。

现有列车系统的传感信息的传输处理方式比较杂乱。比如：某些转向架检测信息在转向架系统内部进行了闭环处理，以调整系统内部的行为，这些信息无法被输出到系统外部被进行有效地分析与处理。 某些传感信息， 比如车厢烟火检测信息是通过简单的开关量线缆传输到司机室的孤立的显示屏上，供司机进行参考。 此外，某些传感信息通过列车总线网络（比如MVB总线）被传送到司机室，供司机参阅。因为传送处理方式的杂乱，没有一套统一的可扩展的方式，导致列车加入新类型的传感器非常困难。

2)检测的信息未参与自动安全决策。

现有的列车系统所检测到的传感信息，绝大部分未参与安全决策（除了列控系统自带的速度传感器或雷达传感器）。 少部分的传感信息被传送至司机室的显示屏上，供司机驾驶时进行参考。 虽然相关铁路部门运营单位制定了相关标准，规定检测数值劣化到一定程度，司机对此需要做减速或者制动处理。 但整个数据判决过程由司机进行人工干预处理，因此存在重大缺陷：a）由于需要通过人工观察，所以可能导致司机漏判的情况出现。b）人工处理的延时较长， 从司机发现传感检测数据发生重大异常，然后做出初步预判，然后采取制动或者降速处理，中间间隔的时间从十几秒到几分钟不等。较长的处理时间使得某些故障造成的影响不能得到及时有效遏制，给列车的安全运营留下不小的隐患。c)在车载列车控制系统（CTCS）中，存在的运行记录装置（LKJ或者ATP系统中的运行记录单元，俗称”黑匣子”）可以有效地记录列车运行过程中出现的故障，司机的操作等信息。但是，由于绝大多数传感器检测信息的处理过程都游离于列车控制系统（CTCS）之外，该类的传感检测信息无法被有效地记录和存储。这些信息的记录缺失将使列车运维人员在从事相关列车系统的故障分析，故障诊断，故障再现时遇到较大的技术障碍。

3）高铁系统零部件全生命周期管理的问题。 

现有的高速列车的零部件只是在主机厂或者动车基地根据零部件的型号进行相应的记录和调配。在列车进行检修时，由维修工程师检修完相关的零部件后，进行人工纸笔记录，然后再将其录入相应的维修系统中。过程没有做到全流程电子化处理，手段相对较为原始，效率较低，工程师工作量过大。 

4)多业务的各种需求导致列车网络系统带宽不足。 

  随着高铁技术的飞速发展，以及乘客对列车舒适性、娱乐性要求的增长， 智能高铁要能提供如下的业务：

a)物联网RFID数据的接入

RFID电子标签技术是物联网感知层的核心技术。 通过RFID技术，可以实现列车零部件全生命周期管理， 乘客行李安全， 电子车票等需求。

b) 需要支持大量的传感器数据的接入

传感器实现了对列车各大子系统、零部件各种物理状态信息的在线监测， 检测的物理量包括温度，应力，加速度，电流，电压等。新一代的智能列车将来还可能加装提高乘客舒适度的传感器， 包括检测空气有害气体浓度传感器，湿度传感器，感光传感器等。传感器种类繁多，数据传送量差异也很大.

    c)视频安全监控数据接入

为了实现公共场所安全监控，列车上将安装摄像头。 因此要实现视频安全监控数据的接入。

    d)乘客上网业务的支持

互联网各种应用的发展如火如荼,人们的生活越来越离不开互联网。比较重要的典型应用例如收发电子邮件，网上购物，查询资料等。新一代的高速列车将支持乘客笔记本的上网接入，通过统一的车地通信技术(GSM-R或LTE-R)实现与互联网的连接。

e) 其他的各种增值业务

此外，还包含其他各种增值业务，比如列车多媒体应用，设立列车影音室供乘客收费观看，设立多媒体服务器，提供多媒体资源供乘客收费下载等。此外将之与摄像头技术和车地通信技术相结合，可以实现虚拟旅行业务，令人们足不出户就可以实时观赏各地优美的自然风光.

上述的各种业务需要高速列车能够提供大容量高带宽的网络， 现有的列车控制网络带宽较低，以MVB为例，只有大约2M左右的带宽，WTB则只有1.5M左右的带宽。部分列车构建了PIS系统， PIS系统拥有较大的带宽，确实可以解决部分带宽业务的需求。 但是在可靠性、多业务接入能力方面都不能完全满足要求。

发明内容

本发明提供一种高速列车智能化系统及其通信方法，以解决背景技术提到的部分或全部问题。

本发明提供一种高速列车智能化系统：包括车载智能感知节点S105，列车控制系统车载部分S106，车载数据中心S107，车地宽带通信系统S108，地面数据中心S109，主机厂和/或动车基地应用系统S110，物联网采集终端S101，宽带应用系统S102，一个或多个传感器S103，I/O接口设备S104；

其特征在于：物联网采集终端S101负责采集列车相关零部件的存储于零部件电子标签内的相关信息，并传送给车载智能感知节点S105；

传感器S103完成对列车的相关物理状态的实时在线监测，并将监测到的物理状态信息传送给车载智能感知节点S105；

I/O接口设备S104的一端与开关量信息系统连接，用于获取开关量信息，另一端连接到车载智能感知节点S105，用于将开关量信息传送给车载智能感知节点S105；

车载智能感知节点S105被部署为每个车厢一台，用于提供物联网采集终端S101、列车控制系统车载部分S106、车载数据中心S107、宽带应用系统S102、传感器S103、I/O接口设备S104的接入，将接收到的模拟量传感数据、数字量传感数据、I/O开关量数据，以太网数据，列车控制网数据，物联网数据进行统一处理，并将处理后的数据向相应的目的地方向进行转发；车载智能感知节点S105间构成环网，以以太网形式通信；

车载数据中心S107对车载智能感知节点进行网络管理，对物联网数据进行存储和管理，并与主机厂和/或动车基地应用系统S110进行互联互通，定期或者不定期的更新车载数据中心S107存储的列车零部件的物联网信息，将经过处理之后的传感数据，经车载智能感知节点发送至地面数据中心；车载数据中心还对列车传感数据进行在线接收和计算，实现对列车故障的动态实时监测和判决，并将结果经以太环网提供给列车控制系统车载部分S106;

车地宽带通信系统S108与车载智能感知节点S105和S109-地面数据中心分别进行双向通信；地面数据中心通过车地宽带通信系统接收列车转发来的传感数据、宽带应用数据、列车控制网数据、和/或列车零部件物联网数据并对其进行存储和/或告警预警处理。

本发明还提供一种高速列车智能化系统的通信方法：所述高速列车智能化系统包括车载智能感知节点S105，列车控制系统车载部分S106，车载数据中心S107，车地宽带通信系统S108，地面数据中心S109，主机厂和/或动车基地应用系统S110，物联网采集终端S101，宽带应用系统S102，一个或多个传感器S103，I/O接口设备S104；

其特征在于，该方法包括：

物联网采集终端S101负责采集列车相关零部件的存储于零部件电子标签内的相关信息，并传送给车载智能感知节点S105；

传感器S103完成对列车的相关物理状态的实时在线监测，并将监测到的物理状态信息传送给车载智能感知节点S105；

I/O接口设备S104的一端与开关量信息系统连接，用于获取开关量信息，另一端连接到车载智能感知节点S105，用于将开关量信息传送给车载智能感知节点S105；

车载智能感知节点S105被部署为每个车厢一台，用于提供物联网采集终端S101、列车控制系统车载部分S106、车载数据中心S107、物联网采集终端S101、宽带应用系统S102、传感器S103、I/O接口设备S104的接入，将接收到的模拟量传感数据、数字量传感数据、I/O开关量数据，以太网数据，列车控制网数据，物联网数据进行统一处理，并将处理后的数据向相应的目的地方向进行转发；车载智能感知节点S105间构成环网，以以太网形式通信；

车载数据中心S107对车载智能感知节点进行网络管理，对物联网数据进行存储和管理，并与主机厂和/或动车基地应用系统S110进行互联互通，定期或者不定期的更新车载数据中心S107存储的列车零部件的物联网信息，将经过处理之后的传感数据，经车载智能感知节点发送至地面数据中心；车载数据中心还对列车传感数据进行在线接收和计算，实现对列车故障的动态实时监测和判决，并将结果经以太环网提供给列车控制系统车载部分S106;

车地宽带通信系统S108与车载智能感知节点S105和S109-地面数据中心分别进行双向通信；地面数据中心通过车地宽带通信系统接收列车转发来的传感数据、宽带应用数据、列车控制网数据和列车零部件物联网数据并对其进行存储和/或告警预警处理。

附图说明

图1: 一种高速列车智能化系统拓扑图

图2：传感数据、I/O数据、列控数据智能感知处理流程

图3：故障决策反馈流程

图4：检修过程中零部件历史信息查找流程

图5：检修数据更新流程。

具体实施方式

外文缩写解释：

GSM-R:GSM for Railways 专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统

LTE-R:3GPP Long Term Evolution for Railway   铁路系统用长期演进3GPP系统。

MVB：Multifunction Vehicle Bus多功能车辆总线（是一种列车控制网络总线，可用于传感器数据传递，列车控制信息传递等）。

profiBUS：Process Field Bus   一种现场总线技术

PIS：Passenger Information System 乘客信息系统

CTCS：Chinese Train Control System 中国列车控制系统

ATP：Automatic Train Protection 列车自动防护

ATO：列车自动驾驶

BTM：balise transmission module 应答器传输模块     

STM: specific transmission module  专用传输模块

LKJ: 列车运行监控记录装置

VC：Vital Computer    车载安全计算机

SN: Sensor Node    感知节点

Zigbee：一种短距离、低功耗的无线通信技术

I/O: input/output

ERP：Enterprise Resource Planning，企业集成化管理信息系统

EPC ID：产品电子代码，是一种物联网电子标签的编码代号

RFID: Radio Frequency Identification  射频识别

实施例1：

本发明提供一种例如图1所示的高速列车智能化系统：包括车载智能感知节点S105，列车控制系统车载部分S106，车载数据中心S107，车地宽带通信系统S108，地面数据中心S109，主机厂和/或动车基地应用系统S110，物联网采集终端S101，宽带应用系统S102，一个或多个传感器S103，I/O接口设备S104。

S101-物联网采集终端（简称采集终端）：采集终端主要功能为：(1)铁路系统运维工程师在生产，大修，检修，调配过程中，将生产，维修等各种信息录入到列车零部件的RFID标签中。 (2)铁路运维工程师可读取零部件RFID标签中存储的零部件历史信息。将信息显示于采集终端显示屏幕上。(3)采集终端操作工程师可以将采集到的零部件信息传送至车载数据中心的数据库中进行存储和记录。（4）采集终端操作工程师根据需要可以向数据中心或者远端的主机厂和/或动车基地应用系统请求更详细的零部件历史信息。  

物联网采集终端例如通过无线（wifi、zigbee、蓝牙等）与车载智能感知节点进行互联。 

S102-宽带应用系统：宽带应用系统指的是各种多媒体，乘客上网业务，视频安全监控业务所需要的基于数据通信的应用系统。 该应用系统由客户计算机, 多媒体服务器，PIS交换机等构成。 该种系统的接口均为以太网，传送的报文为IP报文。 

S103-传感器：车载传感器完成对列车各子系统的各种物理状态信息的实时在线监测。 检测的物理量包括电流、电压、温度、气压、加速度、应力等。车载传感器应满足较高的IP防护等级， 满足列车上较为恶劣的运行工况。恶劣工况包括下面这些情况：1.恶劣的电磁干扰环境， 因为有些传感器距离列车的强电设备比较近；2. 列车振动强度高，尤其是在高速的情况下。 3.有些传感器安装在车底部，车底部灰尘大，而且会偶尔遇到涉水的情况。对防尘防水要求很高。 4.温度变化剧烈，因为高速列车运行地理跨度大， 可能在短时间内跨越较大的地理维度。

 S104-I/O接口设备：I/O接口设备与外界通过开关量信息进行交互，这样的设备例如包括空调系统，列车裙板控制系统。开关量信息通过开关量铜缆被传送至车载智能感知节点，然后数据被转化成统一格式的IP数据报文，被传送至车载数据中心。 

“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。开关量，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“１”和“０”。 

开关量是指非连续性信号的采集和输出，包括遥信采集和遥控输出。它有1和0两种状态，这是数字电路中的开关性质，而电力上是指电路的开和关或者说是触点的接通和断开。 

一般开关量装置通过内部继电器实现开关量的输出。具体来说，比如传送1以控制空调系统的启动， 用0控制空调系统的关闭。

裙板位于列车底部， 主要用于保护列车车底部分的设备，同时也起到美观的效果。 裙板控制系统主要是对裙板进行监视、控制的作用。

S105-车载智能感知节点（简称感知节点；）车载智能感知节点被部署为每个车厢一台， 根据列车编组的不同，一般为8台或者16台。 车载智能感知节点接入S101，S102，S103，S104，S106各系统设备。可接入模拟传感、数字量传感数据、I/O开关量数据，以太网数据，列车控制网数据，物联网数据。对上述异构数据完成A/D转换，去重，去噪，格式统一化等处理。然后对其进行转发。车载智能感知节点还与车载数据中心相连，与之进行通信。 车载智能感知节点与车地宽带通信系统互连，主要将车载数据中心处理完以后的部分数据转发至地面数据中心，同时也可以将宽带应用系统的数据直接转发至地面数据中心（即宽带应用系统往地面的传送不通过车载数据中心）。

S106-列车控制系统车载部分:列车控制系统车载部分主要由列车车载ATP，ATO构成。该系统主要完成对列车的安全控制驾驶。 其主要的技术原理是，采用BTM和STM接受车外应答器或者轨旁电流发来的信息，这些信息包括路线信息，限速信息， 线路坡度信息，里程信息等，结合速度传感器检测到的数据计算制动曲线，进行安全控制驾驶。 S106通过列车总线（MVB，Profibus等）与S105车载智能感知节点进行双向通信。 

S107-车载数据中心：车载数据中心主要完成如下功能：1）接受列车传感信息， 并对列车故障信息的动态实时监测和判决，将结论形成命令指令传送至S106(列控车载部分)，同时将监测结果在数据中心人机界面进行显示，可以进行告警和预警。2)对车载智能感知节点进行网络管理，包括日志管理， 配置管理， 性能管理，安全管理，告警管理几大功能。 3)对物联网数据进行存储和管理。并与远端主机厂和/或动车基地的应用系统进行互联互通，定期或者不定期的更新车载数据库中存储的列车零部件物联网信息。 4）将经过降抽样之后的传感数据，发送至地面数据中心。 所述降抽样例如是采用1/N的方式对多个抽样数据取一个。

S108-车地宽带通信系统: 车地宽带通信系统与车载智能感知节点相连，主要用于建立列车与地面的双向通信，应用的技术为GSM-R或LTE-R等。车地宽带通信系统还与地面数据中心进行通信数据传输。

S109-地面数据中心:地面数据中心接收列车转发来的各种传感数据，部分宽带应用数据，列车控制网数据，列车零部件物联网数据等。 一方面对这些数据进行存储，另一方面进行3D展示，告警预警处理。 同时还要维护与远端主机厂和/或动车基地的应用系统之间的数据连接，转发响应各种物联网应用请求。

S110-主机厂和/或动车基地应用系统：主机厂和/或动车基地主要完成对列车零部件的ERP流程管理，其主要的功能为零部件采购，零部件生产维修记录跟踪， 零部件调配与管理等。S110与地面数据中心维持数据连接，需要响应车载数据中心对部件信息的请求，同时也向数据中心请求最新的部件维修检修信息。

S111-电子标签： 粘贴于列车零部件上，用于列车零部件的全生命周期管理。 主要存储列零部件名称， 位置，EPC ID，最新检修时间等。

本实施例提出了一整套创新型的高速列车智能化系统架构，实现了自检测、自诊断、自决策。

自检测指的是借助传感器技术实现高速列车对自身状态的全方面，多维度的检测。自诊断指的是列车能根据检测到的状态进行故障的智能定位和诊断。自决策指的是在成功实现了前两者的基础上，高速列车实现对故障危害的判决，采取相关措施降低其危害。

架构的特征：

1.  以以太网环网作为车载系统的核心传输层。

由于存储转发的特性可能导致在业务产生拥塞时发生时延性能降低的情况，因此借助QOS技术实现对流量的限制。为了保障传送的稳定与可靠，采用MRP协议，当网络的节点发生故障时可以快速的进行环网倒换，使业务在50ms以内得到恢复。

2.  引入车载智能感知网络节点（简称感知节点， 即SN）

车载智能感知节点之间通过以太网构成环形网络拓扑。 车载智能感知节点拥有多业务的接入能力。可接入传感数据，开关量数据，以太网数据，MVB/485等总线数据。

车载智能感知节点对上述的异构数据进行前端去重，去噪滤波处理。 然后将数据统一成相同的数据报文格式进行传送。  

3.  引入列车车载数据中心,提供列车级的故障判断以及智能化的决策。

列车的车载数据中心实现对列车传感数据的在线接收和计算。  同时实现对故障的判决和原因的定位。车载数据中心还拥有网络管理能力，借助其上的网络管理系统，能实现配置管理，安全管理，日志管理，拓扑管理，性能管理。数据中心还存储列车零部件生产、调配、维修、检修等情况的记录（RFID物联网信息），实现了列车零部件全生命周期的管理。这些物联网信息将会被定期和不定期地传送至主机厂和/或动车基地的应用系统，确保零部件信息及时动态共享。

4.  与车载ATP系统协同工作，共同提供安全保障。

所有的故障信息经过车载数据中心分析、判决以后，将形成指令形式的命令指令。这些命令指令将被发送至车载列控系统。 这些指令包括：列车常规制动， 列车紧急自动，列车动力解除等。在ATP设备控制优先的情况下，ATP系统将BTM，STM接收到的信息，速度传感器检测到的速度信息和从车载数据中心接收到的控制指令进行全局统一的分析处理，计算制动曲线，进行安全驾驶控制。 

5.  引入列车物联网采集终端和电子标签，完成了全生命周期的管理。 

列车物联网采集终端和电子标签可以完成对列车零部件的电子履历管理。通过采集终端，可以在零部件生命周期的不同阶段，将诸如生产、大修，检修信息录入零部件的RFID电子标签中，并可完成对电子标签的批量读取。与车载数据中心，主机厂和/或动车基地应用系统相结合，可以完成大量的物联网应用。 比如：在列车停站检修过程中， 零部件的RFID信息被传送至车载数据中心，在与主机厂和/或动车基地实时连线的情况下，可以令维修工程师全面了解零部件的历史信息。

6.  传感检测信息，列车零部件信息被传送至地面数据中心。 

原有高速列车列控系统自带的传感器（速度传感器，雷达传感器）检测到的信息被ATP系统的记录单元或者LKJ(列车运行监控记录装置)所记录（转向架传感器的信息在转向架系统内部闭环处理，无法被记录）。只能通过专门的转储设备或者SD卡存储这样的方式才能将该类信息转储至地面。 这样的方式，人工工作量大，效率低， 无法做到实时转储。 高速列车智能化系统可以将传感检测信息，列车零部件信息通过车地宽带技术（GSM-R或者LTE-R）发送至地面数据中心， 地面数据中心可以进行3D虚拟列车展示，告警和预警。此外，假如地面数据中心与列车控制中心互联互通，可以辅助地面调度决策。

实施例2：

本实施例以实施例1为基础，提供一种优选的智能感知与决策反馈流程，如图2所示。图2所示为传感数据、I/O开关量数据、列车控制网数据的智能感知处理流程。 整个数据流向为从列车到地面，从前端处理到数据中心后台处理。 传感数据为列车各大子系统和部件的传感物理状态数据。I/O开关量数据为空调控制系统、裙板控制系统所发出的I/O控制指令。列车控制网数据为列车运行控制过程中发出的ATP各种指令，包括司机发出的人工控制指令等。 

上述三类数据首先被送入与之直接相连的车载智能感知节点，车载智能感知节点对异构数据进行A/D转换，并进行数据去噪，去重处理，最后形成统一的数据报文格式，然后再将其送入车载以太环网。经过第一跳车载智能感知节点的处理，数据已经成为了标准的以太网报文数据。 在以太环网中进行标准的2层交换转发，最后被送入与车载数据中心直接相连的最后一跳车载智能感知节点。

最后一跳车载智能感知节点收到以太网报文以后，进行标准的二层转发，根据其目的mac地址送入车载数据中心。 

车载数据中心将I/O开关量、列车控制网数据进行存储，并将其送入地面数据中心。将传感器检测数据进行降抽样处理，然后根据预设的门限和故障曲线确定是否故障，假如是故障则需要在人机界面进行告警和预警。如果确认是故障，则需要将故障现象描述送入列车专家系统进行问题的定位。 最后将降抽样以后的传感数据以及故障结论（假如判定是异常的话）送入地面数据中心。故障结论包括的信息为：是否是故障， 故障影响的系统，故障发生的原因等。 

地面数据中心收到上述数据后，进行3D虚拟展示，根据预设的告警故障条件进行告警或者预警。 地面数据中心的故障条件和车载数据中心的故障条件不同。 车载数据中心主要强调对列车本身状态的监控， 而地面数据中心会结合调度的情况，即结合列车控制中心的信息进行统一的预判， 比如观察列车表面压力的传感器是否与列车本身运行速度相符等。

图3所示为故障决策反馈流程。数据从车载数据中心向列车控制系统车载部分流动。车载数据中心假如判断出列车系统故障，则车载数据中心形成相应的控制命令指令。将指令封装成标准的以太网报文，将其送入与车载数据中心相连接的车载智能感知节点。这些控制指令包括常规制动， 紧急制动，动力解除等。 

与车载数据中心相连的第一跳车载智能感知节点对收到的以太网报文进行标准的二层转发。 

当以太网报文被送至最后一跳车载智能感知节点时（与列车控制系统互联）, 车载智能感知节点判断其目的mac地址，假如是属于与控制网相连的接口，则将报文封装成总线数据送入列控网络。 

列车控制系统将收到的车载数据中心的指令结合BTM、STM接收到的数据以及控制系统自带的列车速度传感器、雷达传感器检测到的数据进行统一的数据分析和计算，计算制动曲线，进行安全控制。 

所述的列车专家系统例如由推理执行器、解释器和知识库组成。

知识库中存储故障现象和故障原因之间的关系。通过积累大量的运营、维修检测、部件选型的经验，对判决的信息进行不断地提炼与优化，同时沉淀对关键部件的可靠性和可用性的知识储备。在大量的实践数据基础之上，构建列车级专家知识库。

推理执行器的任务是分析故障原因。根据故障现象(告警)去知识库里查询匹配，一般是按照故障的严重程度，从最严重的故障查起。得到的故障原因可能有多个，但每种原因的概率是不一样的，或者说其可能性是不一样的(比如，故障A可能因为R1，R2产生，而故障B可能因为R2、R3产生)，这时推理执行器可能会根据其它故障(其它告警)进一步分析原因。

解释器的工作就是对推理结果做解释。以用户更容易理解的方式重新组织推理过程，可能涉及对一个步骤的简化，也可能会对某些步骤做进一步的说明。其目的就是让用户更容易理解。

实施例3：

本实施例描述实施例1或2的优选的物联网数据流程。物联网的应用情况比较复杂，根据不同的应用构成的数据流程也比较多。这里描述了一个比较典型的维修工程师检修流程。 该流程需要分成两个子流程进行描述，一个是工程师在检修过程中查找零部件的历史记录的过程。 一个是检修完成以后，数据更新的整体流程。

图4所示的为维修工程师在检修过程中，查找零部件历史信息的典型流程。

维修工程师借助物联网采集终端读取零部件上贴着的RFID电子标签信息， 电子标签存储了零部件名称，零部件位置，EPC ID等信息。 其中最重要的就是EPC ID（EPC ID是EPC Global标准组织制定的物联网电子标签编码，是商品的全局唯一标识）. 

维修工程师读取到电子标签中存储的EPC ID以后，假如需要了解更详细的零部件历史信息， 则借助物联网采集终端通过车载以太环网向后台请求零部件历史记录。 以太环网的转发流程是一个标准的以太网二层转发流程，前面已经做了描述，此处不再详述。

车载数据中心接收到请求以后，首先查询本地数据库，假如本地存在相应的历史记录，则将历史记录直接通过车载环网返回给物联网采集终端。 假如本地不存在相应的历史记录或者记录不完整，则继续向地面数据中心请求数据。 假如数据被请求到（地面数据中心返回历史信息），除了向物联网采集终端返回数据之外，还需要用该数据更新本地数据库。

地面数据中心根据请求的EPC ID，查询本地数据库，假如有历史信息，则将数据返回车载数据中心。假如没有历史信息或者信息不完整，则向主机厂或动车基地应用系统继续请求。地面数据中心的数据库保存了EPC ID(即零部件的电子标签标识)和主机厂或动车基地的应用系统IP地址的映射关系， 该映射数据库表格，简称为地址关系表.  历史记录的请求分成两种情况，一种是单播请求，一种是广播请求。假如地址关系表中存在相应的EPC ID记录,则地面数据中心可以直接向该EPC ID对应的IP地址请求数据。 假如地址关系表中不存在该EPC ID对应的地址关系表记录，则进行广播请求。 广播请求将向在该地面数据中心注册的所有主机厂和/或动车基地的IP地址请求数据。请求到数据以后，除了向车载数据中心返回数据之外，还需要更新本地的数据库记录和相应的地址关系表。 

主机厂或动车基地应用系统接收到请求以后，返回零部件的历史信息记录。 

物联网采集终端接收到后台响应的零部件历史信息记录后，将之在采集终端的人机界面上进行友好显示。

图5所示为维修工程师对零部件做完检修以后的数据更新流程。 

维修工程师对某个零部件做完检修以后，借助物联网采集终端更新电子标签中的部分信息，主要是检修时间和检修班组。 假如更新电子标签成功，则详细的检修数据开始向后台进行更新。车载环网对数据进行二层交换，其过程同前面流程。

车载数据中心接收到检修信息以后，将数据更新存储到本地的数据库。 假如更新成功，则向物联网采集终端返回成功。假如更新失败，则返回失败。 假如返回失败，则整个流程终止，认为检修失败。 检修失败时，需要对电子标签信息做回滚处理。 即将电子标签的信息改回本次检修之前的状态。 假如更新成功以后（并且已经返回成功），车载数据中心向地面数据中心进行传送数据。 

地面数据中心收到数据以后，将数据更新存储到本地数据库。假如更新成功，则向车载数据中心返回成功，并且将数据继续向主机厂和/或动车基地应用系统更新。 更新分成广播和单播，具体流程可以参见上文。 假如地面数据中心更新数据失败，则向车载数据中心返回失败。然后周期性的继续进行请求，直至本地数据库被更新成功为止。

主机厂和/或动车基地的应用系统收到数据以后，将之存储更新到本地数据库，然后将更新结果返回给地面数据中心。假如更新失败， 则周期性的（向地面数据中心）请求数据,直至成功为止。

Claims (36)

1.一种高速列车智能化系统，包括：车载智能感知节点(S105)，列车控制系统车载部分(S106)，车载数据中心(S107)，车地宽带通信系统(S108)，地面数据中心(S109)，主机厂和/或动车基地应用系统(S110)，物联网采集终端(S101)，宽带应用系统(S102)，一个或多个传感器(S103)，I/O接口设备(S104)；其特征在于：

物联网采集终端(S101)负责采集列车相关零部件的存储于零部件电子标签内的相关信息，并传送给车载智能感知节点(S105)；

传感器(S103)完成对列车的相关物理状态的实时在线监测，并将监测到的物理状态信息传送给车载智能感知节点(S105)；

I/O接口设备(S104)的一端与开关量信息系统连接，用于获取开关量信息，另一端连接到车载智能感知节点(S105)，用于将开关量信息传送给车载智能感知节点(S105)；

车载智能感知节点(S105)在每个车厢中均有部署，用于提供物联网采集终端(S101)、列车控制系统车载部分(S106)、车载数据中心(S107)、宽带应用系统(S102)、传感器(S103)、I/O接口设备(S104)的接入，将接收到的传感数据、I/O开关量数据，以太网数据，列车控制网数据，物联网数据进行统一处理，并将处理后的数据向相应的目的地方向进行转发；

车载智能感知节点(S105)间构成环网，以以太网形式通信；

车载数据中心(S107)对车载智能感知节点进行网络管理，对物联网数据进行存储和管理，并与主机厂和/或动车基地应用系统(S110)进行互联互通，定期或者不定期的更新车载数据中心(S107)存储的列车零部件的物联网信息，将经过处理之后的传感数据，经车载智能感知节点发送至地面数据中心；

车载数据中心还对传感数据进行在线接收和计算，实现对列车故障的动态实时监测和判决，并将结果经以太环网提供给列车控制系统车载部分(S106);

车地宽带通信系统(S108)与车载智能感知节点(S105)和地面数据中心分别进行双向通信(S109)；

地面数据中心通过车地宽带通信系统接收列车转发来的传感数据、宽带应用数据、列车控制网数据、和/或列车零部件物联网数据并对其进行相应处理。

2.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，其中的所述的宽带应用指的是基于数据通信的多媒体应用、互联网业务、视频安全监控业务中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的高速列车智能化系统，其中的所述的宽带应用系统与车载智能感知节点(S105)之间基于以太网进行通信。

4.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，其中的所述开关量信息系统包括列车空调系统、列车裙板控制系统。

5.根据权利要求4所述的高速列车智能化系统，其中的所述开关量信息系统将开关量信息通过开关量铜缆传送至车载智能感知节点。

6.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述的统一处理包括A/D转换、去重、去噪、数据格式统一化处理。

7.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述的网络管理包括网络配置管理、安全管理、日志管理、拓扑管理、性能管理。

8.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，列车与地面的双向通信选自GSM-R、LTE-R。

9.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述的车载智能感知节点(S105)与列车控制系统车载部分之间通过列车总线进行通信。

10.根据权利要求9所述的高速列车智能化系统，该高速列车智能化系统还包括应答器传输模块BTM和专用传输模块STM。

11.根据权利要求10所述的高速列车智能化系统，列车控制系统车载部分在计算制动曲线时考虑从车载数据中心接收的指令。

12.根据权利要求11所述的高速列车智能化系统，列车控制系统车载部分在计算制动曲线时还考虑BTM、STM接收到的数据。

13.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述的零部件电子标签内的相关信息包含列车零部件名称信息、位置信息和EPC ID。

14.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述的物联网采集终端与车载智能感知节点之间通过请求、响应的方式进行通信。

15.根据权利要求14所述的高速列车智能化系统，所述请求、响应相关于列车零部件的生产、维修、检修信息。

16.根据权利要求15所述的高速列车智能化系统，所述车载智能感知节点将列车零部件的生产、维修、检修信息通信给车载数据中心、地面数据中心和/或主机厂和/或动车基地应用系统。

17.根据权利要求16所述的高速列车智能化系统，车载智能感知节点、物联网采集终端、车载数据中心、地面数据中心及主机厂和/或动车基地应用系统之间，进行列车零部件的信息更新通信。

18.根据权利要求1所述的高速列车智能化系统，所述物联网采集终端通过wifi、zigbee或者蓝牙与车载智能感知节点进行通信。

19.一种高速列车智能化系统的通信方法，所述高速列车智能化系统包括车载智能感知节点(S105)，列车控制系统车载部分(S106)，车载数据中心(S107)，车地宽带通信系统(S108)，地面数据中心(S109)，主机厂和/或动车基地应用系统(S110)，物联网采集终端(S101)，宽带应用系统(S102)，一个或多个传感器(S103)，I/O接口设备(S104)；

其特征在于，该方法包括：

物联网采集终端(S101)负责采集列车相关零部件的存储于零部件电子标签内的相关信息，并传送给车载智能感知节点(S105)；

传感器S103完成对列车的相关物理状态的实时在线监测，并将监测到的物理状态信息传送给车载智能感知节点(S105)；

I/O接口设备S104的一端与开关量信息系统连接，用于获取开关量信息，另一端连接到车载智能感知节点S105，用于将开关量信息传送给车载智能感知节点(S105)；

车载智能感知节点(S105)在每个车厢中均有部署，用于提供物联网采集终端(S101)、列车控制系统车载部分(S106)、车载数据中心(S107)、宽带应用系统(S102)、传感器(S103)、I/O接口设备(S104)的接入，将接收到的传感数据、I/O开关量数据，以太网数据，列车控制网数据，物联网数据进行统一处理，并将处理后的数据向相应的目的地方向进行转发；车载智能感知节点(S105)间构成环网，以以太网形式通信；

车载数据中心(S107)对车载智能感知节点进行网络管理，对物联网数据进行存储和管理，并与主机厂和/或动车基地应用系统(S110)进行互联互通，定期或者不定期的更新车载数据中心(S107)存储的列车零部件的物联网信息，将经过处理之后的传感数据，经车载智能感知节点发送至地面数据中心；车载数据中心还对传感数据进行在线接收和计算，实现对列车故障的动态实时监测和判决，并将结果经以太环网提供给列车控制系统车载部分(S106);

车地宽带通信系统(S108)与车载智能感知节点(S105)和地面数据中心分别进行双向通信(S109)；

地面数据中心通过车地宽带通信系统接收列车转发来的传感数据、宽带应用数据、列车控制网数据、和/或列车零部件物联网数据并对其进行相应处理。

20.根据权利要求19所述的方法，其中的所述的宽带应用指的是基于数据通信的多媒体应用、互联网业务、视频安全监控业务中的一种或多种。

21.根据权利要求20所述的方法，其中的所述的宽带应用系统与车载智能感知节点(S105)之间基于以太网进行通信。

22.根据权利要求19所述的方法，其中的所述开关量信息系统包括列车空调系统、列车裙板控制系统。

23.根据权利要求22所述的方法，其中的所述开关量信息系统将开关量信息通过开关量铜缆传送至车载智能感知节点。

24.根据权利要求19所述的方法，所述的统一处理包括A/D转换、去重、去噪、数据格式统一化处理。

25.根据权利要求19所述的方法，所述的网络管理包括网络配置管理、安全管理、日志管理、拓扑管理、性能管理。

26.根据权利要求19所述的方法，列车与地面的双向通信选自GSM-R、LTE-R。

27.根据权利要求19所述的方法，所述的车载智能感知节点(S105)与列车控制系统车载部分之间通过列车总线进行通信。

28.根据权利要求27所述的方法，该高速列车智能化系统还包括应答器传输模块BTM和专用传输模块STM。

29.根据权利要求28所述的方法，列车控制系统车载部分在计算制动曲线时考虑从车载数据中心接收的指令。

30.根据权利要求29所述的方法，列车控制系统车载部分在计算制动曲线时还考虑BTM、STM接收到的数据。

31.根据权利要求19所述的方法，所述的零部件电子标签内的相关信息包含列车零部件名称信息、位置信息和EPC ID。

32.根据权利要求19所述的方法，所述的物联网采集终端与车载智能感知节点之间通过请求、响应的方式进行通信。

33.根据权利要求32所述的方法，所述请求、响应相关于列车零部件的生产、维修、检修信息。

34.根据权利要求33所述的方法，所述车载智能感知节点将列车零部件的生产、维修、检修信息通信给车载数据中心、地面数据中心和主机厂和/或动车基地应用系统。

35.根据权利要求34所述的方法，车载智能感知节点、物联网采集终端、车载数据中心、地面数据中心及主机厂和/或动车基地应用系统之间，进行列车零部件的信息更新通信。

36.根据权利要求19所述的方法，所述物联网采集终端通过wifi、zigbee或者蓝牙与车载智能感知节点进行通信。

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