目前，鐵路基礎設施日常營運檢測主要依靠高速綜合檢測列車、綜合巡檢車、營運動車組搭載式檢測裝置等移動檢測裝備進行營運檢測，具有多列車并發工作、運作時間長、檢測速度快、檢測資料量大、結果需及時處理等特點[1]。以高速綜合檢測列車為例，其對高速鐵路營運線路進行每月兩次的等速檢測，檢測過程中發現的檢測資料偏差和超限需要實時處理，檢測結束後生成的檢測結果和報告需要及時分發到沿線的養護維修機關，對傳輸穩定性、應用時效性和資料安全性都有較高要求。是以，亟需對鐵路基礎設施動态檢測資料實時彙聚方案進行研究，建立全新的動态檢測資料實時彙聚方案總體架構，實作動态檢測資料的實時彙聚應用。
近年來大陸5G移動通信（簡稱：5G）技術發展迅速，其廣連接配接、大帶寬、低延遲時間等技術特性與檢測資料的應用需求相适應，能夠有效解決鐵路基礎設施動态檢測資料的實時彙聚問題。是以，本文在5G相關的技術成果基礎上，提出鐵路基礎設施動态檢測資料實時彙聚方案。通過檢測資料的實時彙聚、安全傳輸，為進一步實作更穩定、更安全、更智能的高速鐵路基礎設施動态檢測服務提供安全、有效的技術保障。
1. 存在問題及研究現狀
1.1 存在問題
近年來，随着鐵路資訊化建設的深入，基礎設施檢測業務不斷進步，動态檢測對象和裝置種類也逐漸增加。單次檢測任務中，工務、供電、電務等專業的各類檢測裝置都會産生海量的動态檢測資料，其中，主要以非結構化資料為主。
目前，鐵路基礎設施動态檢測資料主要通過人工拷貝的方式接入鐵路基礎設施檢測地面資料中心（簡稱：地面資料中心），并以刻錄CD光牒的方式下發給站段添乘人員，檢測分析及報告編制等的資料歸集工作對人工依賴性高，導緻整體效率較低[2]。
檢測資料歸集模式的主要問題包括：
（1）歸集時效性差，人工歸集全量檢測資料在檢測任務結束若幹天後才能完成；
（2）資料規範性、完整性、準确性難以保障，人工歸集過程缺少自動化流程，資料丢失、拷貝錯誤等問題難以避免，影響後期資料治理及分析的準确性[3]。
1.2 研究現狀
目前，中國鐵道鐵道科學研究院集團有限公司基礎設施檢測研究所已研發了基于4G移動通信（簡稱：4G）技術的車地無線傳輸系統。利用車載無線傳輸用戶端，通過4G網絡将多專業檢測結果資料傳輸至地面資料接收伺服器，在48 h内完成檢測資料的接收存儲[4]，通過4G網絡初步實作了車載資料到地面的自動化資料彙聚。
在供電6C檢測體系研究中，該研究所嘗試通過4G網絡解決接觸網檢測資料的傳輸問題，車載接觸網運作狀态檢測裝置（3C檢測系統）實作了5 s固定周期的接觸網檢測缺陷資料的準實時接收，同時，提供車地遠端控制、缺陷報警等功能。
2. 總體架構
為解決上述問題，本文結合綜合檢測列車資料傳輸及車地互動運用要求，設計了動态檢測資料實時彙聚方案總體架構，包括車載無線傳輸系統、統一資料歸集系統、檢測資料綜合分析平台3部分，提供綜合檢測全量資料的資料傳輸、資料接入、資料存儲、計算分析及共享應用能力，總體架構如圖1所示。
圖 1 鐵路基礎設施動态檢測資料實時彙聚方案總體架構
車載無線傳輸系統與車載綜合系統間實作資料互動，車載綜合系統由資料集中管理子系統和集中控制子系統構成，資料集中管理子系統負責車載檢測資料的歸集和存儲，集中控制子系統負責車載檢測系統的狀态監控和操作控制[5]。
2.1 車載無線傳輸系統
車載無線傳輸系統支援檢測資料、控制指令、日志資訊等内容在車地間基于4G/5G網絡的雙向互動，同時，提供資料傳輸過程的安全控制及管理功能，包括傳輸内容管理、傳輸配置管理、傳輸級别管理、遠端控制服務等功能，實作檢測資料分級分類的傳輸管理與控制，如表1所示，進而保障将車載無線傳輸裝置接收到的資料高效、完整地發送到地面資料歸集系統。
表 1 車載無線傳輸系統功能清單
| 功能名稱 | 内容 |
| 傳輸内容管理 | 提供對傳輸内容的添加與修改，資料內建接口管理 |
| 傳輸配置管理 | 提供資料傳輸任務的配置與管理 |
| 傳輸級别管理 | 提供資料傳輸優先級的分類分級管理 |
| 遠端控制服務 | 提供遠端通路信号接收、執行及回報 |
| 斷點續傳 | 提供網絡傳輸中斷後的繼續傳輸功能 |
| 使用者管理 | 提供使用者接入管理、權限管理、使用者認證 |
| 傳輸品質監控 | 提供資料傳輸網絡狀态監控、傳輸過程狀态監控及地面資料接入狀态監控 |
| 系統運作狀态監測 | 提供網絡裝置狀态監測，自動生成系統日志 |
系統通過提供指令傳輸、資料傳輸、檔案傳輸、消息接收等服務，實作車載系統與地面系統之間的資料互動，系統資料流向如圖2所示。
圖 2 車載無線傳輸系統資料流向
注： ①UDP：使用者資料報協定（User Datagram Protocol）
車載無線傳輸系統提供完整的資料傳輸及管理功能，支援3G~5G網絡頻段，傳輸速率不低于10 Mbps，滿足動态檢測資料傳輸效率及安全性要求。
2.2 統一資料歸集系統
該系統支援車地資料互動關聯，可實作統一接收線上無線傳輸裝置向地面發送的資料，同時，實作車載無線傳輸裝置的身份認證和資料校驗。系統在内外網同時部署，外網服務端接收來自網際網路的各類檢測車、固定監測裝置、空天遙測等資料，通過安全平台傳輸到内網中，由内網接收服務接收，并供内網中的應用使用。
系統提供标準的用戶端接入方案，滿足不同網絡、不同環境、不同類型的資料接收與轉發，包含4個功能子產品，分别為協定網關、傳輸服務、服務注冊中心和管理平台，系統架構如圖3所示。
圖 3 統一資料歸集系統架構
統一資料歸集系統，具備實時接收檔案、指令、消息的能力，滿足動态檢測資料的彙聚時效性要求，為各類業務場景下的資料歸集提供資料接收服務，性能名額如表2所示。
表 2 地面資料接收系統性能名額
| 名額項 | 能力描述 |
| 連接配接支援 | 支援連接配接14個以上的車載用戶端 |
| 帶寬要求 | 上行帶寬200 Mbps,下行帶寬50 Mbps |
| 資料處理能力 | 單台傳輸服務資料處理能力不小于300 Mbps |
2.3 檢測資料綜合分析平台
檢測資料綜合分析平台提供資料源管理、資料存儲、資料處理、資料治理、資料服務和系統配置與管理6項功能，支援資料查詢服務、資料品質稽查和資料下載下傳服務，可實作多專業的檢測資料彙集、存儲和共享互動，為故障診斷、狀态評價和趨勢預測等智能分析業務提供技術支撐[6]，平台架構如圖4所示。
圖 4 檢測資料綜合分析平台架構
檢測資料綜合分析平台支援資料吞吐量峰值大于300 Mbps，日常工作負載下支援的資料吞吐量大于100 Mbps，檢測資料共享API接口響應時間小于5 s。
3. 關鍵技術
3.1 檢測資料歸集
檢測資料歸集主要是将各車載檢測系統産生的檢測原始資料和檢測結果資料等通過4G/5G網絡歸集到地面統一資料歸集系統的存儲伺服器中，并實作基于檢測任務的分專業檢測檔案的規範存儲[7]。
歸集的檢測資料從類型上分為非結構化資料和結構化資料，其中，結構化資料也以非結構化的檔案形式存儲[8]。檢測檔案基于檢測任務、檢測專業等資訊進行規範化存儲[9]，如圖5所示。
圖 5 檢測檔案存儲目錄結構
3.2 檢測資料傳輸
檢測資料在檢測任務執行過程中由檢測系統實時生成，在車載端完成資料歸集後，利用5G技術，實作檢測資料從車到地的安全高效傳輸[10]，具體資料傳輸内容如表3、表4所示。
表 3 檢測資料傳輸内容
| 檢測内容 | 資料分類 |
| 軌道幾何狀态 | 檔案 |
| 接觸網幾何參數 | 檔案 |
| 弓網受流性能 | 檔案 |
| 車輛動态響應狀态 | 檔案 |
| 輪軌動态接觸力 | 檔案 |
| 弓網作用關系 | 檔案 |
| 新一代鐵路無線通信系統（5G-R）網絡檢測 | 檔案 |
| 公衆移動通信網絡覆寫檢測 | 檔案 |
| GSM-R網絡檢測 | 檔案 |
| 接觸網視訊 | 視訊檔案 |
| 周邊環境視訊 | 視訊檔案 |
| 檢測資料偏差和超限 | 資料流 |
表 4 其他資料傳輸内容
| 檢測内容 | 資料分類 |
| 各類日志 | 資料流 |
| 檢測裝置控制（開關、重新開機） | 控制指令 |
| 檔案歸集記錄表 | 檔案 |
| 台賬資訊 | 檔案 |
| 交路資訊（檢測計劃） | 檔案 |
根據時效性要求，動态檢測資料分别通過檔案、資料流、控制指令3類傳輸通道進行傳輸，具體資料傳輸流如圖6所示。
圖 6 動态檢測資料傳輸流示意
4. 應用效果
本文研究的基于5G技術的鐵路基礎設施動态檢測資料實時彙聚方案将作為第2代綜合檢測列車研發方案的重要組成部分，應用于車載無人檢測業務場景中，實作動态檢測資料的實時彙聚及應用，全面提升綜合檢測服務水準。
基于5G技術的檢測資料車載無線傳輸系統已經在國家鐵道環形實驗基地和京張（北京—張家口）高速鐵路進行了生産性試驗，系統主界面如圖7所示，系統功能、性能測試均滿足設計要求。系統已在CRH380AJ-2818高速鐵路綜合檢測列車上試運作，實作檢測資料的實時傳輸。在5G網絡環境下，系統傳輸速率均值達到10.1 Mbps，為車地間穩定、高效的資料互動打下了良好的技術基礎。
圖 7 車載無線傳輸系統主界面
5. 結束語
本文設計了基于5G技術的鐵路基礎設施動态檢測資料的實時彙聚方案總體架構，并對關鍵技術進行了充分闡述，為解決動态檢測資料彙聚過程中時效性、規範性、安全性等相關問題提供了思路和解決方案，為鐵路基礎設施智能化檢測發展奠定技術基礎。未來，5G及大資料技術将進一步為鐵路基礎設施檢測領域帶來技術革新，加速推動基礎設施檢測業務向精準修、智能修、預防修全面轉型。