面向铁路机车车辆状态监测的物联网系统技术要求

CCSL79SJ中华人民共和国电子行业标准Generaltechnicalrequirementsofinternetofthings（IoT）forrollingstockrunningISJ/TXXXXX—XXXX 2规范性引用文件 3术语和定义 4功能结构 5数据采集功能要求 5.1轨边数据采集 5.2车载数据采集 6边缘服务功能要求 6.1边缘处理 6.2边缘管理 7应用支撑功能要求 7.1数据共享 7.2数据管理 7.3数据融合 7.4智能分析 7.5用户管理 7.6系统运维 8业务应用功能要求 8.1机辆信息管理 8.2机辆故障评判 8.3作业处置 8.4设备管理 8.5查询统计 8.6决策支持 9系统性能要求 9.1实时性 9.2稳定性 9.3可扩展性 9.4开放性 9.5安全性 参考文献 SJ/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中华人民共和国工业和信息化部提出。本文件由中国电子技术标准化研究院归口。本文件起草单位：。本文件主要起草人：。1SJ/TXXXXX—XXXX面向铁路机车车辆状态监测的物联网系统通用技术要求本文件给出了铁路机车车辆状态监测物联网系统的功能结构，规定了数据采集、边缘服务、应用支撑、业务应用等功能要求，以及系统性能要求。本文件适用于铁路机车车辆状态监测物联网系统的规划、设计、开发和维护。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1铁路车辆railwaycar;railwayvehicle在铁路轨道上用于运送旅客、货物和为此服务的铁路运输工具。简称“车辆”。注：铁路车辆分为动车组、客车、货车三大类。[来源：GB/T4549.1-2004，2.1，有修改]3.2铁路机车locomotive在铁路轨道上用于牵引或推送无动力铁路车辆运行的具有自推进能力的铁路运输工具。3.3铁路机车车辆rollingstock；locomotive&car铁路机车和铁路车辆。简称“机辆”。3.4边缘侧edgelevel接近数据源，以便于数据采集设备就近实现实时数据处理、网络通信、数据存储的位置。注：本文件中的“数据采集设备”包括车载监测系统和轨边监测系统。3.52SJ/TXXXXX—XXXX边缘数据edgedata在系统边缘侧采集和处理的数据。3.6边缘智能edgeintelligence在系统边缘侧实现数据处理和决策分析的能力。3.7云边协同系统支持的边缘侧与云服务互补协同工作的能力。4功能结构铁路机车车辆状态监测物联网系统的功能结构主要包括数据采集、边缘服务、应用支撑、业务应用等功能模块，如图1所示。各模块主要功能描述如下：a)数据采集：通过轨边和车载监测设备采集机车车辆运行状态参数；b)边缘服务：在边缘侧进行数据处理、业务管理等；c)应用支撑：为上层业务应用提供数据共享、数据管理等基础支撑；d)业务应用：为铁路各级管理机构和基层作业单位提供机辆信息管理、故障评判、作业处理、统计分析等功能。图1铁路机车车辆监测物联网系统功能结构3SJ/TXXXXX—XXXX5数据采集功能要求5.1轨边数据采集轨边数据采集是对轨边感知对象，即铁路机辆轴承温度、车底/车体图像、轴承声音、轮轨作用力、轮对尺寸等进行动态数据采集，具体要求如下：a)采集过程应统一时间基准；b)应支持机车、动车组、客车、货车类型，及车号自动识别；c)应支持自动计辆、计轴、自动测量车速；d)应支持机车车辆轴承温度数据采集；e)应支持机车车辆车底及车体图像数据采集；f)应支持机车车辆轴承声音数据采集；g)应支持机车车辆轮轨间动力学参数采集；h)应支持机车车辆轮对尺寸数据采集；i)能够具有轨边监测设备的状态自检及故障报警功能；j)能够将采集的信息实时自动存入监测主机；k)应保证雾雨雪、沙尘及强烈阳光等极端条件下，能够正常采集数据；l)在采集过程中应保持数据传输的稳定性；m)应满足系统对采集数据的实时处理要求；n)应符合运输生产环境的安全防护要求。5.2车载数据采集车载数据采集是对车载感知对象，即机辆运行参数和环境参数进行数据采集，具体要求如下：a)采集过程应统一时间基准；b)应支持采集机车、动车组、客车的故障信息、事件信息、参数信息、环境信息等；c)能够具有车载监测设备的状态自检及故障报警功能；d)能够将采集的信息实时自动存入监测主机；e)应保证雾雨雪、沙尘及强烈阳光等极端条件下，能够正常采集数据；f)在采集过程中应保持数据传输的稳定性；g)应满足系统对采集数据的实时处理要求；h)应符合机辆车载设备安全防护要求。6边缘服务功能要求6.1边缘处理6.1.1清洗过滤铁路机车车辆边缘数据清洗过滤要求如下：a)应支持原始采集数据清洗过滤；b)宜支持对缺失数据的填充处理；c)宜支持对无效数据的删除处理；d)宜支持对异常数据的修正处理；e)宜支持对重复数据的合并处理。4SJ/TXXXXX—XXXX6.1.2实时处理铁路机车车辆边缘数据实时处理要求如下：a)应支持多数据源并发接入，在规定的时限内完成数据标准化处理；b)应具有传输协议解析、数据转换集成能力；c)应支持处理机辆车号信息，自动计辆计轴；d)应支持处理车载设备数据，包括机辆速度、位置、方向等运行状态信息；e)应支持轨边图像类监测数据的处理和故障识别，并能与机辆部位信息关联；f)应支持轨边热轴类监测数据的处理和故障识别，并能与机辆部位信息关联；g)应支持轮轨垂向力和横向力的数据处理，识别车轮踏面损伤、轮对多边形、超偏载等异常情况，并能与机辆部位信息关联；h)应支持轨边滚动轴承声学监测数据的处理和早期故障识别，并能与机辆部位信息关联；i)宜支持实时数据处理能力的弹性拓展。6.1.3边缘智能铁路机车车辆边缘智能要求如下：a)边缘端宜支持智能模型部署环境；b)宜支持基于本地数据的智能模型推理预测，实现故障判识；c)宜支持结合具体工况的智能模型局部微调。6.1.4云边协同铁路机车车辆云边协同要求如下：a)应支持数据协同，协同边缘侧的数据采集、处理、转发，以及云端数据集中存储、管理分析；b)宜支持模型协同，协同智能模型的云端集中训练，以及边缘侧局部调整、推理预测；c)可支持资源协同，实现云边虚拟资源的动态调度管理；d)可支持应用协同，实现云端应用统一开发管理，以及边缘侧应用部署。6.1.5数据缓存铁路机车车辆边缘数据缓存要求如下：a)应具备足够的数据缓存资源；b)宜支持数据持久化存储和定期删除功能；c)可部署内存数据库，满足高实时性数据处理要求。6.2边缘管理6.2.1业务编排铁路机车车辆边缘业务编排要求如下：a)宜支持基于业务规则及智能算法模型的流程化编排能力；b)可支持计算、通信和缓存等资源的动态参数配置；c)可支持预设业务逻辑的定义和处理任务优先级设置。6.2.2运维管理铁路机车车辆边缘运维管理要求如下：a)支持边缘侧资源使用情况、应用响应情况、基础组件运行、网络连通性等的监控；5SJ/TXXXXX—XXXXb)支持边缘侧监测数据采集、智能模型运用、设备终端运行等的监控；c)宜支持日志审计功能，包括日志收集、存储和检索等。7应用支撑功能要求7.1数据共享基于物联网系统的铁路机辆状态监测数据共享指物联网系统和其它系统之间的数据共享交换。铁路机辆状态监测物联网系统作为数据提供方，提供机辆运行状态信息；铁路机辆状态监测物联网系统作为数据使用方，从主机厂系统、机辆运维系统分别获取制造和运维数据。a)作为数据提供方，应满足以下要求：1)确保共享数据的完备性、安全性；2)根据接口要求对共享数据进行标准化处理；3)根据权限要求对共享数据进行访问控制。b)作为数据使用方，应对接收数据的完备性、安全性进行检查。c)宜提供数据共享接口，数据共享接口应符合GB/T36478.2-2018中5的要求。d)宜支持多种数据共享方式。7.2数据管理基于物联网系统的铁路机辆状态监测数据管理要求如下：a)应支持关系型数据库以存储历史性数据，可用于机车车辆数据统计分析、智能模型训练等；b)宜支持时序型数据库以存储时空关联数据，可用于机车车辆状态的实时监测；c)应制定数据安全管理措施，宜采用物理隔离、加密存储、冗余备份、数据恢复、日志记录等安全防护手段；d)宜对数据实施全生命周期管理，根据业务性质、敏感数据分级等要求设置数据管理机制。7.3数据融合a)应支持多源多模机辆状态监测数据的融合；b)宜根据业务需要，支持外部数据与机车车辆状态监测数据的融合。7.4智能分析基于物联网系统的铁路机辆状态智能分析要求如下：a)宜支持基于智能算法模型的数据挖掘和决策分析；b)可支持智能算法模型的集中训练与分布式分发。7.5用户管理系统应对用户进行统一身份鉴别管理，并按照权限对系统用户进行分类授权。7.6系统运维系统运维要求如下：a)应支持系统资源使用情况、应用响应情况、基础组件运行、网络连通性等的监控；b)应支持监测数据采集、智能模型运用、终端设备运行等的监控；c)应支持数据库的可用性、性能和安全性的监控；6SJ/TXXXXX—XXXXd)应支持系统日志管理和审计跟踪等功能；e)应按预定义规则实现系统配置的发布升级和版本管理；f)应设置合理的日常巡检及应急处置方案。8业务应用功能要求8.1机辆信息管理基于物联网系统的机辆安全监测要求如下：a)应能够管理机辆经过各类轨边监测设备产生的轨边状态监测信息；b)应能够管理机辆各类车载监测设备产生的车载状态监测信息；c)应能够管理机辆经过各类轨边设备或车载监测设备产生的报警信息；d)应能够管理机辆报警后的处置反馈信息；e)应能够管理轨边和车载监测设备的运行状态、异常情况、设备履历和检修等信息；f)应汇总机车车辆当日的全路列车车辆信息。8.2机辆故障评判基于物联网系统的机辆故障评判要求如下：a)应支持铁路各管理级根据机辆状态监测及报警信息进行故障评判，并将评判结果下发至铁路基层作业单位；b)应支持铁路基层作业单位接收综合故障评判信息，并进行作业处置。8.3作业处置基于物联网系统的铁路机辆作业处置要求如下：a)应具有对监测设备产生的机车车辆图像类信息进行分析的功能；b)应具有对监测设备产生的机车车辆图像类报警信息进行故障确认的功能；c)应具有对监测设备产生的机车车辆监测信息进行查看和分析的功能；d)应具有对监测设备产生的机车车辆报警信息进行预警提示的功能；e)应具有对监测设备产生的机车车辆报警信息进行作业处置回填的功能；f)可支持故障信息向运维管理信息系统的自动推送。8.4设备管理基于物联网系统的铁路机辆状态监测设备管理要求如下：a)应能够以图形化形式展示机车车辆监测设备分布情况；b)应具有机车车辆监测设备运行状态展示、监测设备异常预警、预警处置反馈等功能；c)可进行设备履历信息维护、机房履历信息维护等；d)可进行检修计划管理、检修计划实施情况管理等。8.5查询统计基于物联网系统的铁路机辆状态查询统计要求如下：a)应具备按照时间维度、车辆分类维度、监测维度等条件查询统计机车车辆历史监测信息的功7SJ/TXXXXX—XXXXb)应具备按照时间维度、车辆分类维度、监测维度、报警维度、作业维度等条件查询统计机车车辆历史报警和作业处置信息的功能；c)应具备按照时间维度、设备维度等条件查询统计设备历史故障和处置反馈等信息的功能；d)可按照指定条件对车辆运行轨迹进行追踪；e)应具有机车车辆指定时间范围的数据查询统计功能。8.6决策支持系统决策支持要求如下：a)应支持机车车辆报警情况分析；b)应支持故障排名、故障环比、故障同比分析；c)应支持监测报警信息与运维信息的关联综合分析；d)应支持多监测设备检测状态分析；e)应支持输出各类机车车辆考核等评价报表。9系统性能要求9.1实时性铁路机车车辆状态监测物联网系统实时性要求如下：a)应支持并发最大访问量不小于100次/s；b)应支持实时数据刷新响应时间小于3s，历史数据查询时间小于5s；c)应支持对轨边感知对象和车载感知对象采集数据的