专利名称：列车追踪接近预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及轨道交通的列车运行自动控制系统，特别是列车在运行过程中的列车追踪接近预警系统。
背景技术：
现代列车运行控制系统可以实现列车位置检测、车地无线通信与列车超速防护，保证列车间的安全间隔，确保列车在安全速度下在线路追踪运行，在保障安全的前提下实现铁路运行能力提升。列车运行控制系统在遇到设备缺陷、临时故障及人为操作失误等因素的影响而出现故障时，可能会造成列车超速防护系统功能失效，从而使列车追踪运行过程中存在碰撞及事故的风险。目前的列控车载设备通过车-地无线信息传输网络仅能获取自身状态、列 车运行移动授权及相关线路参数，尚不能获取追踪运行中前方列车的状态信息。一旦列车控制系统的相关设备出现故障、失效或错误，列车司机将无法得到准确、安全的控制指令，如此则无法确保在与前方列车追踪运行过程中始终与前车保持安全距离并完全避免安全事故的发生。因此，为列车增设追踪接近预警系统，实时向司机给出追踪前车位置状态信息以及安全预警提示，将极有助于列车行车安全的保障。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，针对现有列车控制系统技术的不足，提供一种列车追踪接近预警系统，采用无线传输网络将本车状态信息发送到地面中心，同时接收地面发送的前车状态信息及预警信息，从而辅助现有安全防护系统进一步确保列车运行安全。本发明的技术方案是列车追踪接近预警系统，包括车载设备和地面设备；所述的车载设备用于采集本列车状态信息，通过无线传输网络发送列车状态信息给地面设备，接收地面设备发送到列车的信息并进行动态显示。车载设备包括车载处理单元、卫星定位接收机、无线传输单元、预警显示单元、车轮速度传感器、辅助定位传感器和天馈；所述的地面设备接收车载设备所发送信息并进行预警逻辑判断，将预警信息返回到车载设备。地面设备包括地址服务器、轨道数据服务器、接口网关、无线传输网关、车次号采集服务器、列车位置控制器。所述的车载设备动态显示信息包括本车与前车的车次号、速度、里程、预警等级、前方车站站名、本车与前方车站距离。所述的车载设备接收列车定位信息以及列车测速定位传感器数据。所述的车载设备采用卫星定位接收机、车轮速度传感器通过与数字轨道地图数据库进行匹配，将其转化为一维位置属性的公里标形式，当卫星定位接收机失效时，切换至车轮速度传感器/辅助传感器定位模式。所述的列车前后车关系通过地面设备逻辑判断实现。所述的预警信息根据前后车距离阈值分为不同等级，蓝色为提示，黄色为预警，红色为报警，其中报警阈值可改变。所述的车载设备和地面设备通过无线传输网络通信。所述的列车位置控制器由接口服务器网关、安全通信网关、位置应用服务器、管理服务器、操作管理终端、显示大屏和差分卫星定位数据接收网关组成。所述的地面设备中设置卫星定位差分基站，为车站及邻近区间运行列车提供差分卫星定位基准信息，地面卫星定位差分站均设置以所在车站位置为中心的管辖区域，相邻差分站管辖范围存在一定重合区，列车行经辖区重合区时，车载设备自动实现卫星差分站接入权的交接，地面卫星定位差分站通过无线传输网络向其覆盖范围内的各列列车车载设备发送差分信息，车载设备通过无线传输网络获取差分数据，具体工作过程为(1)列车所在差分覆盖区域的差分站接收机接收卫星信号，解算出差分校正信息，通过有线网络传送至接入网关；(2)接入网关将所得差分信息转发至地面列车位置控制器；(3)列车位置控制器执行差分信息至辖区运行列车的分配逻辑，按分配情况分别将差分信息通过无线传输网 络发送至各列车车载设备，车载设备的无线传输单元接收该信息；(4)车载设备无线传输单元将差分信息发送至车载处理单元；(5)车载处理单元将差分信息转发至车载卫星定位接收机。所述的差分卫星定位基准站的结构及功能包括车载设备中的卫星定位接收机与车载处理单元之间采用两路连接，一路向接收机传输差分数据，一路从接收机获取位置信息；差分基准站兼有完整性自主监测功能，差分基准站对其定位质量进行实时自主监测，以确保列车进入车站区域时能够尽可能在任意时刻、任意线路位置获取差分服务；车载设备差分定位所利用的原始差分数据，能够以初始形态发送给地面中心，以备地面中心进行后处理差分计算以及定位事件回放与诊断。所述的地面设备中的轨道数据服务器存储所辖区域的线路信息，将由车载设备获取的列车位置与数字轨道数据库进行匹配获取最终列车定位结果，轨道地图数据库包含如下几类数据文件(I)线路数据表，包含区间、站内(含正/侧线)的经纬度坐标位置以及里程数据；(2)线路属性表，描述关键线路位置目标对应的属性情况，如信号机、道岔、坡度；
(3)应答器信息表，应答器作为列车轨道占用校验的辅助手段，应答器信息表包含应答器的ID和位置信息。所述的地面设备的列车位置控制器完成相邻列车排序、识别及预警逻辑计算，由于存在前车进站(进入侧线股道)、列车行驶方向的因素影响，需要重新建立前后车追踪预警逻辑关系(1)当前车进入侧线，后车与前车取消追踪预警逻辑关系，重新查找与本车同股道的另外一相邻前车并建立预警逻辑；(2)当处于不同公里标两列列车以不同方向运行时，两者间不建立预警逻辑关系；(3)车载设备中卫星定位失效时采用车轮速度传感器、辅助定位传感器数据进行逻辑运算；前车进入侧线后，本车的前车变换为与本车同股道的前方相邻另一列车；(4)前车位置丢失后，以丢失时刻的位置作为前车位置，预警逻辑按正常情况计算，当后车越过前车丢失时刻的位置后，与该前车的预警逻辑关系解除。本发明的优点是列车追踪接近预警系统可以将本列车的位置、速度、状态等信息通过无线传输网络发送到地面设备，地面通过预警逻辑判断将前车信息以及预警信息发送到本车，并在必要情况下向司机给出预警显示、语音提示等方式的预警指令，司机根据指令控制列车运行以确保避免安全事故发生。本发明能在追踪运行过程中实时准确了解前方列CN 102923167 A说明书3/5 页车的状态并向列车司机提供有效预警提示，在列车超速防护等控制系统基础上进一步增强列车行车安全保障能力，避免行车安全事故的发生。
图I为列车追踪接近预警系统结构示意图。
图2为车载设备结构示意图。
图3为地面设备结构示意图。
图4为差分定位系统原理图。
图5为预警阈值示意图。
图6为列车追踪接近预警系统功能原理。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。
如图1，列车追踪接近预警系统包括车载设备和地面设备；其中，车载设备用于检测列车状态，列车状态信息包括列车车次号、速度、经纬度坐标位置、公里标位置；通过无线传输网络发送列车状态信息给地面设备并接收地面设备发送到列车的信息；动态显示本车信息、前车信息以及预警信息。地面设备的主要功能包括列车预警逻辑判断、列车位置计算、转发卫星差分基准站差分信息、列车位置监控；接收车载设备发送的列车状态信息并将处理之后的信息(包括线路号、公里标、前方列车状态、预警逻辑值、列车卫星差分定位信息等)发送给车载设备；
列车追踪接近预警系统由地面设备和车载设备组成。安装在列车上的车载设备包括车载处理单元、卫星定位接收机、无线传输单元、预警信息显示单元、车轮传感器、辅助定位传感器和天馈部分。地面设备包括地址服务器、轨道数据服务器、接口网管、无线传输网关、卫星定位差分基准站。
车载处理单元同时接收卫星差分定位数据、车轮速度传感器及其它辅助传感器的列车位置测量数据，利用数据融合计算获取综合定位结果，通过无线传输单元将定位结果发送到地面设备。地面设备接收到列车状态数据之后对列车位置进行地图匹配，然后通过地面无线传输单元将本车与经判别的前方列车状态信息以及通过预警计算逻辑得到的预警信息发送至列车上，车载处理单元在接收到这些信息之后将其发送给车载显示单元。预警显示单元根据预警等级显示不同的报警提示蓝色为提示，黄色为预警，红色为报警，如图5所示。预警显示单元分别显示本车、前车追踪运行状态，包括列车车次、方向、位置、速度等，并包含司机启动、停止语音预警提示功能的控制按钮。
本发明具备列车实时精确定位功能。车载设备设置卫星定位接收机、车轮速度传感器以及辅助定位传感器，采用数据融合判决逻辑确定列车位置。车载设备可在定位条件充分的情况下(即各传感器工作正常，卫星可见性满足要求)与非充分的情况下(传感器故障，或可见卫星数低于解算需求)给出连续可用的定位结果。
为了保证列车定位精度，地面设备中设置卫星定位差分基站，为车站及邻近区间运行列车提供差分卫星定位基准信息。地面卫星定位差分站均设置以所在车站位置为中心6的管辖区域，相邻差分站管辖范围存在一定重合区，列车行经辖区重合区时，车载设备自动实现卫星差分站接入权的交接，保证差分信息无缝覆盖。地面卫星定位差分站通过无线传输网络向其覆盖范围内的各列列车车载设备发送差分信息，车载设备通过无线传输网络获取差分数据，具体工作过程为(I)列车所在差分覆盖区域的差分站接收机接收卫星信号， 解算出差分校正信息，通过有线网络传送至接入网关；(2)接入网关将所得差分信息转发至地面列车位置控制器；(3)列车位置控制器执行差分信息至辖区运行列车的分配逻辑， 按分配情况分别将差分信息通过无线传输网络发送至各列车车载设备，车载设备的无线传输单元接收该信息；(4)车载设备无线传输单元将差分信息发送至车载处理单元；(5)车载处理单元将差分信息转发至车载卫星定位接收机；差分定位系统原理图如图4所示。
差分卫星定位基准站的结构及功能包括车载设备中的卫星定位接收机与车载处理单元之间采用两路连接，一路向接收机传输差分数据，一路从接收机获取位置信息；差分基准站兼有完整性自主监测功能，差分基准站对其定位质量进行实时自主监测，以确保列车进入车站区域时能够尽可能在任意时刻、任意线路位置获取差分服务；车载设备差分定位所利用的原始差分数据，能够以初始形态发送给地面中心，以备地面中心进行后处理差分计算以及定位事件回放与诊断。
本发明具备地图匹配计算功能。地面设备中的轨道数据服务器存储所辖区域的线路信息，将由车 载设备获取的列车位置与数字轨道数据库进行匹配获取最终列车定位结果。轨道地图数据库包含如下几类数据文件(I)线路数据表，包含区间、站内(含正/侧线)的经纬度坐标位置以及里程数据；(2)线路属性表，描述关键线路位置目标对应的属性情况，如信号机、道岔、坡度等；(3)应答器信息表，应答器作为列车轨道占用校验的辅助手段，应答器信息表包含应答器的ID和位置信息。
本发明具备预警逻辑计算功能。地面设备的列车位置控制器完成相邻车排序、识别及预警逻辑计算。由于存在前车进站(进入侧线股道)、列车行驶方向等因素影响，需要重新建立前后车预警逻辑关系(I)当前车进入侧线，后车与前车取消追踪预警逻辑关系，重新查找与本车同股道的另外一相邻前车并建立预警逻辑；(2)当处于不同公里标两列列车以不同方向运行时，两者间不建立预警逻辑关系；(3)车载设备中卫星定位失效时采用车轮速度传感器、辅助定位传感器数据进行逻辑运算；前车进入侧线后，本车的前车变换为与本车同股道的前方相邻另一列车；(4)前车位置丢失后，以丢失时刻的位置作为前车位置， 预警逻辑按正常情况计算，当后车越过前车丢失时刻的位置后，与该前车的预警逻辑关系解除。
本发明具备无线传输功能。在列车运行全过程中将实现车载设备和地面设备间信息传输，信息通过无线传输网络进行交互。本发明的车载设备将列车信息发送到地面，这些信息包括列车的车次号、速度、经纬度坐标位置、公里标位置；地面设备也会自动接收车载设备的数据并且将处理之后的信息(包括线路号、公里标、前方列车状态、预警逻辑值、列车卫星差分定位信息)发送给车载设备。本发明的预警车载设备与地面设备以固定时间间隔进行信息交互。
本发明具备预警显示功能。预警显示单元显示的信息有本车车次号、本车速度、 本车里程、前车车次号、前车速度、前车里程、本车与前车的距离、前方车站的名称以及前方车站的距离；前车进侧线、前车位置丢失以及本车进侧线均会以文字以及图形方式提示；根据预警等级不同本车颜色具有显著变化，并且在必要时刻可进行语音报警提示。本车与追踪前车的距离在显示上表示为两车里程差值的绝对值。
本发明可以使用在覆盖无线传输网络的铁路线路，包括隧道、山区、车站、线路所。
以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明目的所举的示例，而不用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。
权利要求
1.列车追踪接近预警系统，包括车载设备和地面设备；特征在于 所述的车载设备用于采集本列车状态信息，通过无线传输网络发送列车状态信息给地面设备，接收地面设备发送到列车的信息并进行动态显示；车载设备包括车载处理单元、卫星定位接收机、无线传输单元、预警显示单元、车轮速度传感器、辅助定位传感器和天馈； 所述的地面设备接收车载设备所发送信息并进行预警逻辑判断，将预警信息返回到车载设备；地面设备包括地址服务器、轨道数据服务器、接口网关、无线传输网关、车次号采集服务器、列车位置控制器。
2.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的车载设备动态显示信息包括本车与前车的车次号、速度、里程、预警等级、前方车站站名、本车与前方车站距离。
3.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的车载设备接收列车定位信息以及列车测速定位传感器数据。
4.根据权利要求3所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的车载设备采用卫星定位接收机、车轮速度传感器通过与数字轨道地图数据库进行匹配，将其转化为一维位置属性的公里标形式，当卫星定位接收机失效时，切换至车轮速度传感器/辅助传感器定位模式。
5.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的列车前后车关系通过地面设备逻辑判断实现。
6.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的预警信息根据前后车距离阈值分为不同等级，蓝色为提示，黄色为预警，红色为报警，其中报警阈值可改变。
7.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的车载设备和地面设备通过无线传输网络通信。
8.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的列车位置控制器由接口服务器网关、安全通信网关、位置应用服务器、管理服务器、操作管理终端、显示大屏和差分卫星定位数据接收网关组成。
9.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的地面设备中设置卫星定位差分基站，为车站及邻近区间运行列车提供差分卫星定位基准信息，地面卫星定位差分站均设置以所在车站位置为中心的管辖区域，相邻差分站管辖范围存在一定重合区，列车行经辖区重合区时，车载设备自动实现卫星差分站接入权的交接，地面卫星定位差分站通过无线传输网络向其覆盖范围内的各列列车车载设备发送差分信息，车载设备通过无线传输网络获取差分数据，具体工作过程为(1)列车所在差分覆盖区域的差分站接收机接收卫星信号，解算出差分校正信息，通过有线网络传送至接入网关；(2)接入网关将所得差分信息转发至地面列车位置控制器；(3)列车位置控制器执行差分信息至辖区运行列车的分配逻辑，按分配情况分别将差分信息通过无线传输网络发送至各列车车载设备，车载设备的无线传输单元接收该信息；(4)车载设备无线传输单元将差分信息发送至车载处理单元；(5)车载处理单元将差分信息转发至车载卫星定位接收机。
10.根据权利要求9所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的差分卫星定位基准站的结构及功能包括车载设备中的卫星定位接收机与车载处理单元之间采用两路连接，一路向接收机传输差分数据，另一路从接收机获取位置信息；差分基准站兼有完整性自主监测功能，差分基准站对其定位质量进行实时自主监测，以确保列车进入车站区域时能够尽可能在任意时刻、任意线路位置获取差分服务；车载设备差分定位所利用的原始差分数据，能够以初始形态发送给地面中心，以备地面中心进行后处理差分计算以及定位事件回放与诊断。
11.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的地面设备中的轨道数据服务器存储所辖区域的线路信息，将由车载设备获取的列车位置与数字轨道数据库进行匹配获取最终列车定位结果，轨道地图数据库包含如下几类数据文件(1)线路数据表，包含区间、站内包含正/侧线的经纬度坐标位置以及里程数据；(2)线路属性表，描述关键线路位置目标对应的属性情况，如信号机、道岔、坡度；(3)应答器信息表，应答器作为列车轨道占用校验的辅助手段，应答器信息表包含应答器的ID和位置信息。
12.根据权利要求I所述的列车追踪接近预警系统，其特征在于所述的地面设备的列车位置控制器完成相邻列车排序、识别及预警逻辑计算，由于存在前车进站包括进入侧线股道、列车行驶方向的因素影响，需要重新建立前后车追踪预警逻辑关系(1)当前车进入侧线，后车与前车取消追踪预警逻辑关系，重新查找与本车同股道的另外一相邻前车并建立预警逻辑；(2)当处于不同公里标两列列车以不同方向运行时，两者间不建立预警逻辑关系；(3)车载设备中卫星定位失效时采用车轮速度传感器、辅助定位传感器数据进行逻辑运算；前车进入侧线后，本车的前车变换为与本车同股道的前方相邻另一列车；(4)前车位置丢失后，以丢失时刻的位置作为前车位置，预警逻辑按正常情况计算，当后车越过前车丢失时刻的位置后，与该前车的预警逻辑关系解除。
全文摘要
本发明提供列车追踪接近预警系统，采用列车定位信息及安全预警逻辑，利用多种信息无线传输模式的优势，对同线路、同方向运行列车的安全状态进行实时高效的计算评估，从而对列车追踪运行中可能出现的危险情况以及信号系统失效导致的安全隐患提供合理、准确、高效的安全预警。该系统利用差分卫星导航定位接收机结合车轮速度传感器实现列车定位，采用车地间无线通信网络进行列车位置信息传输，列车位置信息包括列车运行公里标、速度、方向、线路号、时间戳等，地面列车位置控制器对获得的辖区内各列车位置信息进行综合检测与处理，进行位置判定逻辑计算和前后车动态距离计算，在该距离小于不同等级安全预警限值时，通过无线信息传输网络向后车发送预警信息。
文档编号B61L23/00GK102923167SQ20121041385
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者蔡伯根, 钟章队, 王剑, 蒋文怡, 上官伟, 刘江 申请人:北京交通大学