一种列车车载数据传输方法及系统与流程

本发明涉及列车车载数据处理领域，尤其涉及一种列车车载数据传输方法及系统。

背景技术：

为了适应信息化技术和智能化技术的不断发展，提升机车远程监控和故障诊断效率，中国铁路总公司开始部署CMD系统（Chinese locomotive remote Monitoring and Diagnosis system，中国机车远程监测与诊断系统）。该系统由车载子系统、数据传输子系统和地面综合应用子系统组成。车载子系统主要由LDP（Locomotive onboard general Data monitoring Platform，机车车载综合信息监测装置）装置组成，完成数据采集、数据处理、数据记录、数据传输和转储、以及机车定位和整车授时等，负责与TCMS（Train Control and Management System，机车网络控制系统）、LKJ（列车运行控制记录装置）、6A（以太网采集机车车载安全防护系统）等设备通讯，是CMD系统的核心部件。数据传输子系统主要完成车地数据传输。其中无线网络利用3G/4G进行传输，完成车载到地面的数据传输；有线网络利用已有的铁路综合IT网络，完成铁路总公司、铁路局、机务段/检修段三级网络范围内的数据传输。地面综合应用子系统主要由数据处理中心、综合服务平台和运行维护管理三部分组成。地面综合应用子系统按照总公司、铁路局、机务段/检修段、机车制造及修理厂商分层管理架构, 为各级领导、业务主管和业务人员等用户提供机车运用、故障诊断等管理功能，提供基于业务的数据分析与统计，为其他信息系统提供数据接口。

目前车载子系统采集各设备实时数据，以每10秒钟一次的频率通过数据传输子系统发送到地面综合应用子系统。而机车在运行过程中，大部分实时数据变化频率一般较慢，属于重复传输。高频率的数据传输导致了流量的较大浪费。目前现场安装CMD系统的机车已经超过5000+，非常有必要设计一种高效的车地数据传输方法，来降低流量成本，提升数据传输效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种不需要增加额外设备，也不需要对列车现有车载设备接口进行修改，实现简单，开发成本低，现场改造周期短，可有效降低CMD系统的数据传输量，有效降低数据传输成本，提升数据传输效率的列车车载数据传输方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种列车车载数据传输方法，包括如下步骤：

S1. 按照预设的采样周期采集列车数据；

S2. 将所述列车数据解析为数据项，按照预设的数据分类方法确定所述数据项的频率等级；

S3.根据为所述频率等级预设的数据时间窗口，将数据时间窗口内属于同一频率等级的发生变化的数据项打包成数据包，并发送所述数据包。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1中的列车数据包括机车网络控制系统数据、以太网采集机车车载安全防护系统数据、列车运行控制记录装置数据。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2中预设的数据分类方法包括：预先统计分析列车数据的历史数据，确定列车数据中各数据项的变化频率，并按照所述变化频率由高至低将数据项划分为由高至低的不同频率等级。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3中所述预设的数据时间窗口与所述频率等级之间的关系为，高频率等级的数据时间窗口小于低频率等级的数据时间窗口。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤包括：

S3.1.1. 初始化数据时间窗口；

S3.1.2. 以所述数据时间窗口内第一个采样周期的数据项为基础，判断所述数据时间窗口内后续采样周期的数据项与所述第一个采样周期的数据项相同，是则抛弃所述后续采样周期的数据项，跳转至步骤S3.1.3，否则关闭所述数据时间窗口，跳转至步骤S3.1.4；

S3.1.3. 判断所述数据时间窗口是否到期，是则关闭所述数据时间窗口，跳转至步骤S3.1.4；

S3.1.4. 将所述数据时间窗口内的数据项打包成数据包，并发送所述数据包。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3的具体步骤包括：

S3.2.1. 初始化数据时间窗口；

S3.2.2. 获取所述数据时间窗口内的全部采样周期的数据项，并剔除数据时间窗口内的重复数据；

S3.2.3. 将所述数据时间窗口内的数据项打包成数据包，并发送所述数据包。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3.2.2中所述重复数据是指按采样周期为单位或按数据项为单位来确定的重复数据。

作为本发明方法的进一步改进，所述频率等级分为三级，包括低频率等级、中频率等级和高频率等级。

作为本发明方法的进一步改进，所述低频率等级的数据时间窗口为1小时，所述中频率等级的数据时间窗口为1分钟，所述高频率等级的数据时间窗口为10秒。

一种列车车载数据传输系统，包括：

数据采集模块：用于按照预设的采样周期采集列车数据；

数据解析分拣模块：将所述列车数据解析为数据项，按照预设的数据分类方法确定所述数据项的频率等级；

数据封装发送模块：根据为所述频率等级预设的数据时间窗口，将数据时间窗口内属于同一频率等级的发生变化的数据项打包成数据包，并发送所述数据包。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明不需要增加额外设备，也不需要对列车现有车载设备接口进行修改，实现简单，开发成本低，现场改造周期短。

2、本发明通过对列车数据的数据项按照变化频率进行不同频率等级的划分，对不同频率等级的数据采用不同的数据时间窗口发送，并通过删除掉同一数据时间窗口内的重复数据，一方面可有效保证数据能够及时发送，另一方面可有效的降低了需要传输的数据量，有效降低数据传输成本，提升数据传输效率。

附图说明

图1为本发明具体实施例流程示意图。

图2为本发明具体实施例采样获取的列车数据示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例的列车车载数据传输方法，步骤如下：S1. 按照预设的采样周期采集列车数据；S2. 将列车数据解析为数据项，按照预设的数据分类方法确定数据项的频率等级；S3.根据为频率等级预设的数据时间窗口，将数据时间窗口内属于同一频率等级的发生变化的数据项打包成数据包，并发送数据包。

在本实施例中，步骤S1中的列车数据包括机车网络控制系统数据、以太网采集机车车载安全防护系统数据、列车运行控制记录装置数据。

在本实施例中，步骤S2中预设的数据分类方法包括：预先统计分析列车数据的历史数据，确定列车数据中各数据项的变化频率，并按照变化频率由高至低将数据项划分为由高至低的不同频率等级。在本实施例中，将频率等级分为三级，分别为低频率等级、中频率等级和高频率等级。当然，频率等级也可以划分为更多的等级，可以根据实际需要灵活划分。

在本实施例中，步骤S3中预设的数据时间窗口与频率等级之间的关系为，高频率等级的数据时间窗口小于低频率等级的数据时间窗口。在本实施例中，低频率等级的数据时间窗口为1小时，中频率等级的数据时间窗口为1分钟，高频率等级的数据时间窗口为10秒。当然，对于每个频率等级的数据时间窗口的时间长短可根据需要灵活设置，不局限于本实施例中的1小时、1分钟和10秒。

在本实施例中，步骤S3的具体步骤为：S3.1.1. 初始化数据时间窗口；S3.1.2. 以数据时间窗口内第一个采样周期的数据项为基础，判断数据时间窗口内后续采样周期的数据项与第一个采样周期的数据项相同，是则抛弃后续采样周期的数据项，跳转至步骤S3.1.3，否则关闭数据时间窗口，跳转至步骤S3.1.4；S3.1.3. 判断数据时间窗口是否到期，是则关闭数据时间窗口，跳转至步骤S3.1.4；S3.1.4. 将数据时间窗口内的数据项打包成数据包，并发送数据包。

下面，以一个通过具体处理流程对本实施例进行详细说明，列车CMD系统按照预设的采样周期采集获取列车的各类数据，包括TCMS数据、LKJ数据、6A数据，每一类数据中又包括若干个数据项。如图2所示，如TCMS数据包括数据项1、数据项2、数据项3、数据项4、数据项5、数据项6、数据项7共7个数据项，在一个采样周期通过TCMS数据包同时获得该7个数据项，图2中为在6个采样周期所获取的采样数据。在本实施例中，将分别获取的TCMS数据、LKJ数据、6A数据统一综合进行处理，当然也可以对TCMS数据、LKJ数据、6A数据分别进行处理。

通过预先对TCMS数据、LKJ数据、6A数据的历史数据进行分析，分析判断这些数据中各数据项的变化频率，对各数据项进行频率等级划分。如将图2中的数据当作历史数据，通过分析可以看出，数据项1在采样周期1的值为A，采样周期2的值为A1，采样周期34值为A1，采样周期4的值为A，采样周期5的值为A1，采样周期6的值为A，数据项1在6个采样周期内其值发生4次变化（指与前一采样周期获得的值不同），可以确定数据项1的变化频率。同样，对其它数据项分别进行分析判断，可以确定数据项2的变化次数为3，数据项3、数据项4、数据项5的变化次数为2，数据项6和数据项7的变化次数为0，则可分别确定每个数据项的变化频率。通过确定数据数据项的变化频率，可以将数据项划分为不同的频率等级。在本实施例中，将数据项1、数据项2划分为高频率等级，将数据项3、数据项4、数据项5划分为中频率等级，将数据项6和数据项7划分为低频率等级。同样的道理，将LKJ数据和6A数据进行解析成独立的数据项，并确定数据项的频率等级。

在确定各数据项的频率等级后，按照频率等级分别对属于同一频率等级的数据项分别进行处理。为了便于说明，为高频率等级的数据预设的数据时间窗口为2个采样周期，中频率等级的数据预设的数据时间窗口为3个采样周期，为低频率等级的数据预设的数据时间窗口为6个采样周期。在本实施例中，采用的是在设定的值内可变的数据时间窗口，通过对数据项的判断，主动提前关闭数据时间窗口。具体处理过程为，如图2所示，对于高频率等级的数据项1和数据项2，初始化数据时间窗口，将采样周期1获取的数据项1和数据项2加入该数据时间窗口，在采样周期2的数据项到达时，由于采样周期2获的数据项1的值为A1，数据项2的值为B1，与数据时间窗口内的采样周期1的数据项的值均不同，则关闭数据时间窗口，将位于数据时间窗口内的采样周期1的数据项（A，B）进行压缩、打包，生成数据包，并发送该数据包。并重新初始化高频率等级的数据时间窗口，将采样周期2获取的数据项1和数据项2加入该数据时间窗口，并在该数据时间窗口内的采样周期3的数据项到达时，由于采样周期3获得的数据项1的值与采样周期2获得的数据项1的值均为A1，采样周期3获得的数据项2的值与采样周期2获得的数据项2的值均为B1，即数据项均没有发生变化，则将采样周期3获得的数据项1和数据项2抛弃。由于该数据时间窗口为2个采样周期，即该数据时间窗口到期，则关闭该数据时间窗口，将采样周期2的数据项（A1，B1）进行压缩、打包，生成数据包，并发送该数据包。接下来重新初始化高频率等级的数据时间窗口，并获得采样周期4的数据项，加入该数据时间窗口，按照上述的方法，以数据时间窗口对各采样周期获得的数据进行分析、压缩、打包等各项处理，将打包生成的数据包发送至接收方。通过此种方法，对于高频率等级的数据项1和数据项2，对6个采样周期采集的数据需要进行5次数据发送，所发送的数据内容分别为（A，B）、（A1，B1）、（A，B）、（A1，B）、（A，B1）。同样的道理，对6个采样周期采集获取的中频率等级的数据项3、数据项4、数据项5只需要进行4次数据发送，发送内容为（C，D，E）、（C，D，E1）、（C1，D1，E）、（C，D，E）；而对于6个采样周期采集获取的中频率等级的数据项6和数据项7只需要进行1次数据发送，发送内容为（F，G），每次数据发送的数据量为一个采样周期获得的数据量。根据数据包的数据时间，接收方在接收到数据包时，结合采样周期，就可以恢复数据发送方的原始数据。如接收方接收到发送方发送的高频率等级的5个数据包1：（A，B）、2：（A1，B1）、3：（A，B）、4：（A1，B）、5：（A，B1）后，根据数据时间即可确定数据包1：（A，B）和数据2：（A1，B1）为相邻采样周期的采样数据，而数据包2：（A1，B1）和数据包3：（A，B）之间相隔一个采样周期，根据数据包的生成规则，即可将相隔的采样周期的数据以数据包2：（A1，B1）进行填充，从而恢复发送方通过采样获取的原始数据。当然，还可以由发送方在生成数据包时直接写入数据时间窗口的大小，从而接收方根据所接收到的数据项的值以及数据时间窗口的大小恢复发送方通过采样获取的原始数据。通过本发明的方法，可实现对变化的采样数据及时发送，保证数据的时效性，同时，还可以有效的降低数据发送次数，和数据发送量，大大提高数据发送的效率。

本实施例的列车车载数据传输系统，包括：数据采集模块：用于按照预设的采样周期采集列车数据；数据解析分拣模块：将列车数据解析为数据项，按照预设的数据分类方法确定数据项的频率等级；数据封装发送模块：根据为频率等级预设的数据时间窗口，将数据时间窗口内属于同一频率等级的发生变化的数据项打包成数据包，并发送数据包。

实施例二：

本实施例的列车车载数据传输方法与实施例一基本相同，不同之处在于在本实施例中步骤S3的具体实施方式为：S3.2.1. 初始化数据时间窗口；S3.2.2. 获取数据时间窗口内的全部采样周期的数据项，并剔除数据时间窗口内的重复数据；S3.2.3. 将数据时间窗口内的数据项打包成数据包，并发送数据包。重复数据是指按采样周期为单位来确定的重复数据。

在本实施例中，数据时间窗口为固定窗口，不可以提前关闭数据时间窗口，仍以图2所示的数据为例进行说明。对于中频率等级的数据项3、数据项4和数据项5，初始化数据时间窗口为3个采样周期，在该数据时间窗口内，获取采样周期1、采样周期2和采样周期3的数据项3、数据项4和数据项5。按照采样周期为单位来确定该数据时间窗口内的重复数据，即在该数据时间窗口内，后一采样周期与前一采样周期获得的各数据项全部相同才判定为重复数据。如图2中，采样周期2的数据项5与采样周期1的数据项5不同，因此，判定采样周期2与采样周期1的数据不为重复数据。而采样周期2和采样周期3的各数据项均相同，因此，判定采样周期3与采样周期2的数据为重复数据，可以将采样周期3的数据删除。因此该数据时间窗口要发送的数据内容为：（1：C，D，E；2：C，D，E1），其中数字“1”和“2”为数据时间，即图2中所示的采样周期。将访数据时间窗口所采集的数据打包发送后，重新初始化数据时间窗口，以同样的方法对采样周期4、采样周期5、采样周期6的数据进行处理，该数据时间窗口要发送的数据内容为：（4：C1，D1，E；6：C，D，E）。而对于低频率等级的数据项6和数据项7，由于该频率等级的数据时间窗口为6个采样周期，则该数据时间窗口要发送的数据内容为：（1：F，G）。数据接收方根据数据包中的数据时间以及预先确定好的数据时间窗口的大小，即可恢复数据发送方的原始数据内容，如对于中频率等级的数据包（1：C，D，E；2：C，D，E1），根据中频率等级的数据时间窗口为3个采样周期，即可确定采样周期3的数据内容与采样周期2的数据内容一致，也为（C，D，E1）。本实施例相对于实施例一，在不增加数据传输量的情况下减少了数据发送的次数。

实施例三：

本实施例的列车车载数据传输方法与实施例二基本相同，不同之处在于对重复数据的判断，重复数据是指按数据项为单位来确定的重复数据。同样以图2为例进行说明，对于中频率等级的数据项3、数据项4和数据项5，在初始化数据时间窗口后，采样周期1与采样周期2所获得的数据中，数据项3和数据项4相同，数据项5不同，则将数据采样周期2中的数据项3和数据项4作为重复数据删除。而采样周期3与采样周期2所获得的数据中，各数据项均相同，均判定为重复数据，进行删除。在删除重复数据后该数据时间窗口内的数据为：（1：C，D，E；2：-，-，E1），其中数字“1”和“2”为数据时间，“-”为占位符。本实施例相对于实施例二，传输的数据量进一步减少，从而可以进一步降低数据传输成本，数据传输效率更高。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。