一种车载数据采集装置和系统的制作方法

本申请涉及但不限于列车运行应用技术领域，尤其涉及一种车载数据采集装置和系统。

背景技术：

近些年国内高速铁路发展迅速，铁路技术标准和装备水平也大幅提升。截至到2018年底，全国铁路营业里程达到13.1万公里以上，其中高铁2.9万公里以上，大量的列车每天运行于各省和各城市间，其中，有大量的铁路沿线经过环境复杂、交通不便的地区。高速铁路列车的核心控制系统是装载于车辆上的列车自动防护(Automatic Train Protection，ATP)设备，当车载ATP设备在运行途中出现故障时，会触发列车紧急停车。为了不影响后续列车准点运行，必须及时准确地定位ATP设备故障的原因并及时解决，否则就可能引发大面积列车晚点。

在高速铁路列车上的ATP设备通常会配备动态监测系统(Dynamic Monitoring System，DMS)设备。但是，DMS设备仅能支持ATP设备正常运行过程中，对ATP的实时状态和维护信息进行下载；当ATP设备发生故障时，DMS设备无法获取ATP设备故障数据，且DMS设备的地面接收设备在各个路局和车站，无法及时通知各ATP设备厂家的研发和工程人员，无法及时准确定位故障。目前ATP设备出现故障时，仍是维护人员到现场上车下载故障数据，实效性很差且非常不便，也耗费了大量人力。

技术实现要素：

本申请提供了一种车载数据采集装置和系统，能够在ATP设备发生故障时，获取ATP设备的故障数据并实时传输到地面服务器。

本申请提供了一种车载数据采集装置，包括电源模块、第一采集模块、存储模块和通信模块，其中：

所述电源模块用于，为其他各个模块供电；

所述第一采集模块用于，获取车载设备的故障数据，并输出至存储模块；

所述存储模块用于，接收第一采集模块的故障数据，并按类别存储所述故障数据；

所述通信模块用于，与地面服务器建立通信连接，并将所述故障数据发送至地面服务器。

在一示例性实施例中，所述车载设备为列车自动防护ATP设备，所述ATP设备包括中国列车运行控制系统CTCS-2模块和CTCS-3模块，所述车载数据采集装置通过RS485接口分别与所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块相连接；

所述第一采集模块具体用于：

通过轮询所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块的设备地址，周期性地查询并获取所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块的故障数据；

对所述故障数据进行解析，以确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块是否发生了故障；

如果确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块发生了故障，则将所述故障数据存储至存储模块。

在一示例性实施例中，所述车载数据采集装置还包括第二采集模块，其中：

所述第二采集模块用于，获取车载设备的通信数据，并输出至存储模块；

所述存储模块，还用于接收所述第二采集模块的通信数据，并按类别存储所述通信数据；

所述通信模块，还用于将所述通信数据发送至所述地面服务器。

在一示例性实施例中，所述ATP设备还包括应答器传输BTM模块和电台模块，所述车载数据采集装置通过以太网接口分别与所述BTM模块和所述电台模块相连接；

所述第二采集模块具体用于：通过以太网接口实时侦听所述BTM模块和所述电台模块的通信数据，并将所述通信数据输出至存储模块。

在一示例性实施例中，所述车载数据采集装置还包括实时时钟模块，其中：

所述实时时钟模块用于，与时间服务器进行时钟校时，并为其他各个模块提供时钟实时时间；

所述存储模块具体用于：

检测是否已根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹；

如果没有根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹，则根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹；

接收所述第一采集模块的故障数据和/或所述第二采集模块的通信数据，并将所述故障数据和/或所述通信数据按类别存储至所述文件夹内的文件中，所述文件的名称包括以下一种或一种以上的信息：模块类型信息、采集起始时间信息和采集结束时间信息。

本申请还提供了一种包括如以上任一所述的车载数据采集装置的车载数据采集系统，还包括与所述车载数据采集装置通过网络相连接的地面服务器，其中：

所述地面服务器用于，接收所述车载数据采集装置发送的所述故障数据，解析所述故障数据对应的故障类型和/或故障原因。

在一示例性实施例中，所述车载数据采集系统还包括移动终端，其中：

所述地面服务器，还用于发送所述解析出的故障类型和/或故障原因以及车载设备对应的车次号至移动终端；

所述移动终端用于，接收所述解析出的故障类型和/或故障原因以及车载设备对应的车次号并显示。

在一示例性实施例中，所述故障数据包含所述故障类型信息；

所述地面服务器解析所述故障数据对应的故障类型和/或故障原因，包括：

获取所述故障数据中的故障类型信息；

根据所述车载设备的故障类型与故障原因对应表，获取所述故障类型信息对应的故障原因。

与相关技术相比，本申请的车载数据采集装置和系统，通过电源模块独立供电、第一采集模块采集故障数据、存储模块按类别存储以及通信模块发送数据至服务器，使得在车载设备发生故障时，车载设备的故障数据仍然能够实时传输到地面服务器，缩短了故障处理时间，简化了故障处理人员的工作，节约了大量人力。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例的一种车载数据采集装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的另一种车载数据采集装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的又一种车载数据采集装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种车载数据采集系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的另一种车载数据采集系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的又一种车载数据采集系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的一种车载数据采集装置的硬件结构示意图；

图8为本实用新型实施例的一种车载数据采集装置的处理流程示意图。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的实用新型方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它实用新型方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的实用新型方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

实施例一

如图1所示，根据本实用新型实施例的一种车载数据采集装置10，包括电源模块101、第一采集模块102、存储模块103和通信模块104，其中：

所述电源模块101用于，为其他各个模块供电；

所述第一采集模块102用于，获取车载设备的故障数据，并输出至存储模块103；

所述存储模块103用于，接收第一采集模块102的故障数据，并按类别存储所述故障数据；

所述通信模块104用于，与地面服务器建立通信连接，并将所述故障数据发送至地面服务器。

在一种示例性的实施例中，所述车载设备为ATP设备，所述ATP设备包括中国列车运行控制系统(Chinese Train Control System，CTCS)-2模块和CTCS-3模块，所述车载数据采集装置10通过RS485接口分别与所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块相连接；

所述第一采集模块102具体用于：

通过轮询所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块的设备地址，周期性地查询并获取所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块的故障数据；

对所述故障数据进行解析，以确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块是否发生了故障；

如果确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块发生了故障，则将所述故障数据存储至存储模块103。

需要说明的是，RS485接口是一种串行总线标准，RS-485接口采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，即抗噪声干扰性能好。此处所述第一采集模块102对所述故障数据进行解析，只需粗略地确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块是否发生了故障，如果确定所述CTCS-2模块和所述CTCS-3模块发生了故障，则由所述通信模块104将所述故障数据发送至地面服务器，由所述地面服务器或其他工程人员或研发人员对所述故障原因进行进一步仔细分析。

在该实施例中，ATP设备中的CTCS-2模块和CTCS-3模块挂接在所述车载数据采集装置10的同一条RS485总线上，通信方式为主从方式，车载数据采集装置10为主设备，CTCS-2模块和CTCS-3模块为从设备，其具有不同的设备地址，主设备通过轮询从设备地址，周期性地查询并获取所述CTCS-2模块和CTCS-3模块的故障数据。然后，所述车载数据采集装置10对获取的故障数据进行解析，以确定所述CTCS-2模块和CTCS-3模块是否发生了故障；如果所述CTCS-2模块和CTCS-3模块发生了故障，则将所述故障数据按照模块类型存储到存储模块103的不同文件夹下。

在一种示例性的实施例中，所述通信模块104可以为移动通信模块，如通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)通信模块、3G、4G或者5G等通信模块。当所述地面服务器的通信接口为4G通信接口时，所述通信模块104也为4G通信模块。

在另一种示例性的实施例中，所述通信模块104还可以为近距离无线通信模块，如无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)通信模块。

如图2所示，在一种示例性的实施例中，所述车载数据采集装置10还包括第二采集模块105，其中：

所述第二采集模块105用于，获取车载设备的通信数据，并输出至存储模块103；

所述存储模块103，还用于接收所述第二采集模块105的通信数据，并按类别存储所述通信数据；

所述通信模块104，还用于将所述通信数据发送至所述地面服务器。

在一种示例性的实施例中，所述ATP设备还包括应答器传输(Balise Transmission Module，BTM)模块和电台模块，所述车载数据采集装置10通过以太网接口分别与所述BTM模块和所述电台模块相连接；

所述第二采集模块105具体用于：通过以太网接口实时侦听所述BTM模块和所述电台模块的通信数据，并将所述通信数据输出至存储模块103。

需要说明的是，所述第二采集模块105采集的通信数据，有助于地面服务器或其他工程人员或研发人员对故障原因进行进一步仔细定位。

如图3所示，在一种示例性的实施例中，所述车载数据采集装置10还包括实时时钟模块106，其中：

所述实时时钟模块106用于，与时间服务器进行时钟校时，并为其他各个模块提供时钟实时时间；

所述存储模块103具体用于：

检测是否已根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹；

如果没有根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹，则根据所述ATP设备的模块类型划分文件夹；

接收所述第一采集模块102的故障数据和/或所述第二采集模块105的通信数据，并将所述故障数据和/或所述通信数据按类别存储至所述文件夹内的文件中，所述文件的名称包括以下一种或一种以上的信息：模块类型信息、采集起始时间信息和采集结束时间信息。

在该实施例中，所述存储模块103可以为CF(Compact Flash)卡。

在一种示例性的实施例中，可以按照CTCS-2模块、CTCS-3模块、BTM模块和电台模块四种模块类型划分四个文件夹，将CTCS-2模块的故障数据、CTCS-3模块的故障数据、BTM模块的通信数据和电台模块的通信数据分别一一对应地存放至这四个文件夹内的文件中。

在该实施例中，将所述故障数据和/或所述通信数据按类别存储至所述文件夹内的文件中时，可以按照预设的时间间隔周期性地创建文件保存所述故障数据和/或通信数据，也可以按照预设的文件大小创建文件保存所述故障数据和/或通信数据。

在一种示例性的实施例中，创建的文件的名称可以为模块类型信息+采集起始时间信息+采集结束时间信息。

在一种示例性的实施例中，所述时间服务器可以为所述地面服务器。

在一种示例性的实施例中，所述车载数据采集装置10还可以包括通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)通信接口，所述USB接口可以用于现场维护时使用。

实施例二

如图4所示，根据本实用新型实施例的一种车载数据采集系统，包括如以上实施例任一项所述的车载数据采集装置10，还包括与所述车载数据采集装置10通过网络相连接的地面服务器20，其中：

所述地面服务器20用于，接收所述车载数据采集装置10发送的所述故障数据，解析所述故障数据对应的故障类型和/或故障原因。

在一种示例性的实施例中，所述地面服务器20，还用于：接收所述车载数据采集装置10发送的所述通信数据并存储。

需要说明的是，此处地面服务器20接收的通信数据，有助于地面服务器20或其他工程人员或研发人员结合所述故障数据对故障原因进行进一步仔细定位。

在一种示例性的实施例中，所述地面服务器20通过4G或5G网络实时接收车载数据采集装置10发送的故障数据和/或通信数据。

在一种示例性的实施例中，所述故障数据包含所述故障类型信息；

所述地面服务器20解析所述故障数据对应的故障类型和/或故障原因，包括：

获取所述故障数据中的故障类型信息；

根据所述车载设备的故障类型与故障原因对应表，获取所述故障类型信息对应的故障原因。

在该实施例中，所述地面服务器20将ATP设备的所有故障类型与故障原因形成表格一一对应，当ATP设备发生故障时，对接收的故障数据进行解析，解析出故障数据中的故障类型，通过查表法对故障原因进行定位。

如图5所示，在一种示例性的实施例中，所述车载数据采集系统还包括移动终端30，其中：

所述地面服务器20，还用于发送所述解析出的故障类型和/或故障原因以及车载设备对应的车次号至移动终端30；

所述移动终端30用于，接收所述解析出的故障类型和/或故障原因以及车载设备对应的车次号并显示。

在该实施例中，所述地面服务器20可以将解析出的故障类型和故障原因以及发生ATP设备故障的车次号等信息借助第三方推送平台推送到移动终端30上的应用程序(APP)客户端。所述APP客户端可以安装于各路局电务和ATP设备厂家的工程和研发人员的移动终端上，可及时准确了解ATP设备是否发生故障，并根据故障类型采取相应解决措施。

实施例三

以高速铁路300S ATP设备为例，其故障和通信数据包括CTCS-2模块故障数据、CTCS-3模块故障数据、BTM通信数据和电台通信数据等，其中，对于CTCS-2模块故障数据和CTCS-3模块故障数据，可通过RS485接口查询；BTM通信数据和电台通信数据则可通过以太网接口侦听。本实用新型实施例的车载数据采集装置支持在ATP设备故障情况下，将ATP设备内各种故障数据及通信数据进行收集并转发到地面服务器，由地面服务器将全国各地的故障车辆数据发送到电务段工作人员以及ATP设备厂家研发和工程人员的移动终端APP上，移动终端APP可初步分析故障原因，并提示可行的解决方案。

如图6所示，所述车载数据采集系统主要包括车载数据采集装置、地面服务器和移动终端，所述车载数据采集装置与所述地面服务器之间可采用4G(或5G)和/或WiFi无线网络进行通信。值得注意的是，图中的C2模块为CTCS-2模块的简称，C3模块为CTCS-3模块的简称。

1)车载数据采集装置

车载数据采集装置用于收集ATP设备的故障和通信数据、将故障和通信数据按模块进行分类并记录到自身的CF卡中，并将故障和通信数据实时转发到地面。车载数据采集装置为独立供电设备，其运行不受ATP设备影响。如图7所示，车载数据采集装置支持110V和24V两种供电方式，以满足不同的车型的供电要求，例如，有轨电车的供电电压通常为24V，大型火车的供电电压通常为110V。车载数据采集装置的处理器连接实时时钟(Real_Time Clock，RTC)芯片，并通过与地面服务器通信进行校时。处理器扩展两路物理层(PHY)以太网接口用于，接收ATP设备的数据，处理器通过总线扩展铁电存储器(Ferroelectric RAM，FRAM)、闪存(FLASH)和CF卡设备，其中：FRAM为掉电保持RAM用于，记录所述车载数据采集装置自身的运行信息；FLASH用于存储软件程序；CF卡用于记录ATP设备的所有故障和通信数据。处理器通过总线与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)连接，FPGA扩展3路PHY以太网接口、3路RS485接口、1路4G接口(或5G接口)用于实现与地面服务器通信、1路Wifi接口和1路USB接口用于现场维护等。车载数据采集装置的功能定位是当ATP设备在发生故障时能将ATP设备的故障和通信数据进行收集、记录并通过无线方式进行转发，传输到地面服务器。

如图6所示，ATP设备中的CTCS-2模块和CTCS-3模块挂接在车载数据采集装置的同一条RS485总线上，通信方式为主从。车载数据采集装置为主设备，CTCS-2模块、CTCS-3模块均挂接在RS485总线上，具有不同的设备地址，主设备通过轮询设备地址周期性地查询CTCS-2模块和CTCS-3模块的故障数据。BTM模块和电台模块均通过以太网接口连接到车载数据采集装置，可实时传输本模块内的通信数据，车载数据采集装置对BTM模块和电台模块的通信数据进行实时侦听。在ATP设备发生故障时，车载数据采集装置将收集的故障和通信数据进行分类，记录到自身的存储器CF卡中，并通过4G(或5G)网络实时发送到地面服务器。

在一种示例性的实施例中，所述车载数据采集装置的处理流程如图8所示，所述车载数据采集装置首先判断CF卡是否根据ATP设备内的模块类型划分为了不同文件夹；如未划分，则根据ATP设备内的模块类型进行文件夹划分；如已划分，则执行下一步，通过4G等移动通信方式与地面服务器建立连接；建立成功后，更新RTC时间，如未成功，则继续执行建立连接的过程直到连接成功；此后进入一个预设的周期性循环中，在该循环中，首先查询并下载CTCS-2模块和CTCS-3模块的故障数据；然后解析故障数据，查看是否发生了故障；如果发生了故障，则将故障数据按照模块类型存储到CF卡的不同文件夹下；通过以太网实时接收BTM模块和电台模块的通信数据；将不同模块的通信数据记录到不同文件夹下；最后通过4G等移动通信网络将本循环周期记录的故障和通信数据发送到地面服务器，然后执行下个循环周期，重复上述操作。

2)地面服务器

地面服务器通过4G或5G等无线通信网络实时接收车载数据采集装置发送的故障和通信数据。

地面服务器将ATP设备的所有故障类型与故障原因形成表格一一对应，当列车ATP设备发生故障时，将接收的故障数据进行解析，解析出对应的故障类型，通过查表法对故障原因进行定位分析，然后将分析的故障类型和故障原因以及发生ATP设备故障的车次号等信息借助第三方推送平台推送到移动终端上的APP客户端。

3)移动终端

各路局电务和ATP设备厂家的工程和研发人员的移动终端中安装有一个APP客户端，通过该APP客户端可及时准确了解ATP设备是否发生故障，并根据故障类型采取相应解决措施。

本申请的车载数据采集装置独立于ATP设备，在ATP设备发生故障时，可获取ATP设备所有模块的故障和通信数据，并实时传输到地面服务器。地面服务器通过4G可接收全国范围内各线路的ATP设备的运行情况，当发生ATP设备故障时，实时分析定位ATP设备的故障类型和故障原因；同时，借助第三方推送平台将发生故障的ATP设备车次号和故障类型等信息推送到各路局和ATP设备厂家维护人员的移动终端上，维护人员根据故障类型可及时采取相应解决措施，解决了当前ATP设备发生故障时响应慢，造成后续列车大量晚点的问题。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。