一种列车头尾定位冗余系统及方法与流程

本发明实施例涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车头尾定位冗余系统及方法。

背景技术：

随着轨道交通的迅捷发展，轨道交通系统经历了从人工驾驶到半自动驾驶再到全自动驾驶的转变，轨道交通系统的安全性和自动化程度也得到了不断提高。

伴随着全自动驾驶系统的不断推广应用，具有全自动驾驶系统功能的列车将会逐渐成为轨道交通行业的主流。具有全自动驾驶的信号系统，应当具备高度的自动化，集成化，效率化。目前传统的列车定位系统依赖于车头接收应答器信息来完成定位，并在运行过程中通过不断的接收新的应答器信息来完成位置更新和校正。但是，在全自动驾驶系统中，传统的列车定位功能已经无法满足新的需求。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的全自动驾驶系统中列车定位依赖于车头接收应答器信息来完成定位，无法满足自动驾驶系统自动、高效、稳定的运行要求。

技术实现要素：

由于现有的全自动驾驶系统中列车定位依赖于车头接收应答器信息来完成定位，无法满足自动驾驶系统自动、高效、稳定的运行要求的问题，本发明实施例提出一种列车头尾定位冗余系统及方法。

第一方面，本发明实施例提出一种列车头尾定位冗余系统，包括：车头定位子系统、车尾定位子系统、第一应答器和第二应答器；

所述车头定位子系统用于接收所述第一应答器发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至所述车尾定位子系统，接收所述车尾定位子系统发送的第二应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息；

所述车尾定位子系统用于接收所述第二应答器发送的第二应答信息，并将所述第二应答信息发送至所述车头定位子系统，接收所述车头定位子系统发送的第一应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息；

所述第一应答器用于当车头经过时将所述第一应答信息发送至所述车头定位子系统；

所述第二应答器用于当车尾经过时将所述第二应答信息发送至所述车尾定位子系统；

其中，所述位置顺序根据所述第一应答信息和所述第二应答信息处理得到。

优选地，所述车头定位子系统包括：车头应答器传输单元和车头信号子系统；

所述车头应答器传输单元设于列车头部，用于接收所述第一应答器发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至所述车头信号子系统；

所述车头信号子系统用于将所述第一应答信息发送给所述车尾定位子系统，接收所述车尾定位子系统发送的所述第二应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息。

优选地，所述车尾定位子系统包括：车尾应答器传输单元和车尾信号子系统；

所述车尾应答器传输单元设于列车尾部，用于接收所述第二应答器发送的所述第二应答信息，并将所述第二应答信息发送至所述车尾信号子系统；

所述车尾信号子系统用于将所述第二应答信息发送给所述车头信号子系统，接收所述车头信号子系统发送的所述第一应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息。

优选地，所述系统还包括：头尾通信线缆；

所述头尾通信线缆用于连接所述车头信号子系统和所述车尾信号子系统，并将所述第一应答信息从所述车头信号子系统传输至所述车尾信号子系统，将所述第二应答信息从所述车尾信号子系统传输至所述车头信号子系统。

第二方面，本发明实施例还提出一种列车头尾定位冗余方法，包括：

当车头经过第一应答器时，车头定位子系统接收所述第一应答器发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至车尾定位子系统；

所述车尾定位子系统接收所述第一应答信息，当车尾经过第二应答器时接收所述第二应答器发送的第二应答信息，根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息，并将所述第二应答信息发送至所述车头定位子系统；

所述车头定位子系统接收所述第二应答信息，并根据所述位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息；

其中，所述位置顺序根据所述第一应答信息和所述第二应答信息处理得到。

优选地，所述方法还包括：

根据所述第一位置信息对车头位置进行更新和校正；

根据所述第二位置信息对车尾位置进行更新和校正。

优选地，所述方法还包括：

所述车头定位子系统接收所述车尾定位子系统发送的第二位置信息；

若判断获知所述车头定位子系统未处理得到所述第一位置信息，则根据所述第二位置信息对车头位置进行更新和校正。

优选地，所述方法还包括：

所述车头定位子系统若判断获知车头应答器传输单元发生故障，则根据所述第二位置信息对车头位置进行更新和校正；

其中，所述车头定位子系统包括车头应答器传输单元。

优选地，所述方法还包括：

计算所述第一位置信息和所述第二位置信息的差值，若所述差值小于阈值，则确定所述第二位置信息有效。

优选地，所述方法还包括：

所述车头定位子系统若根据进路信息判断获知所述进路信息中包含道岔信息，则根据所述第一位置信息和所述第二位置信息判断列车位置；

若所述列车位置为车头已经过道岔且车尾未经过道岔，则计算虚拟测距误差，并将所述虚拟测距误差发送至地面信号系统；

其中，所述虚拟测距误差根据头尾通信线缆传输的最大延迟时间和列车的最大减速度确定；所述头尾通信线缆为连接所述车头定位子系统和所述车尾定位子系统的线缆。

由上述技术方案可知，本发明实施例通过设置车尾定位子系统与车头定位子系统形成相互独立计算的冗余定位系统，当车头定位子系统出现故障时，依然能够依靠车尾定位子系统接收应答器信息，并接替车头的定位功能，以确保列车正常工作，满足自动驾驶系统自动、高效、稳定的运行要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种列车头尾定位冗余系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种列车在全自动驾驶车辆段自动定位的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种列车头尾定位冗余方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种列车在全自动驾驶过程中头尾位置冗余切换的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了本实施例提供的一种列车头尾定位冗余系统的结构示意图，包括：车头定位子系统101、车尾定位子系统102、第一应答器103和第二应答器104。

所述车头定位子系统101用于接收所述第一应答器103发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至所述车尾定位子系统102，接收所述车尾定位子系统102发送的第二应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息。

所述车尾定位子系统102用于接收所述第二应答器104发送的第二应答信息，并将所述第二应答信息发送至所述车头定位子系统101，接收所述车头定位子系统101发送的第一应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息。

所述第一应答器103用于当车头经过时将所述第一应答信息发送至所述车头定位子系统。

所述第二应答器104用于当车尾经过时将所述第二应答信息发送至所述车尾定位子系统。

其中，所述位置顺序根据所述第一应答信息和所述第二应答信息处理得到。

所述第一应答信息为所述第一应答器103向所述车头定位子系统101发送的应答信息。

所述第二应答信息为所述第二应答器104向所述车尾定位子系统102发送的应答信息。

所述第一位置信息为所述车头定位子系统101计算得到的列车车头的位置信息。

所述第二位置信息为所述车尾定位子系统102计算得到的列车车尾的位置信息。

所述第一应答器103和第二应答器104间隔设置于轨道下方。

所述第一应答器103和第二应答器104可以采用扩展型无源应答器，该应答器的长度比普通的无源应答器要长，并且能够周期性地向信号系统发送信息。当列车通过时，其车头和车尾的天线与底部安装的应答器能够通信，周期性地接收到应答器的信息。

如图1所示，当列车在自动运行到指定停车点停车后，车头和车尾的两个应答器正好处于天线的下方。车头定位子系统101和车尾定位子系统102分别能够接收到头尾的所述第一应答器103和第二应答器104发送的应答信息，从而完成头尾的自动定位功能。

本实施例通过设置车尾定位子系统与车头定位子系统形成相互独立计算的冗余定位系统，当车头定位子系统出现故障时，依然能够依靠车尾定位子系统接收应答器信息，并接替车头的定位功能，以确保列车正常工作，满足自动驾驶系统自动、高效、稳定的运行要求。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述车头定位子系统101包括：车头应答器传输单元和车头信号子系统。

所述车头应答器传输单元设于列车头部，用于接收所述第一应答器发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至所述车头信号子系统。

所述车头信号子系统用于将所述第一应答信息发送给所述车尾定位子系统102，接收所述车尾定位子系统102发送的所述第二应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息。

通过车头应答器传输单元接收和发送信息，少了处理功能，使得车头应答器传输单元外形简便，便于设置车头应答器传输单元的位置；通过采用单独的车头信号子系统处理信息，能够简化处理过程，提高处理速度。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述车尾定位子系统102包括：车尾应答器传输单元和车尾信号子系统。

所述车尾应答器传输单元设于列车尾部，用于接收所述第二应答器发送的所述第二应答信息，并将所述第二应答信息发送至所述车尾信号子系统。

所述车尾信号子系统用于将所述第二应答信息发送给所述车头信号子系统，接收所述车头信号子系统发送的所述第一应答信息，并根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息。

具体地，如图2所示为列车在全自动驾驶车辆段自动定位的流程示意图。车头和车尾的应答器传输单元(简称BTM)能够周期性地接收到应答器的信息，并发送给车头和车尾的信号系统；车头信号子系统接收的第一应答信息周期性地发送给车尾信号子系统，同理，车尾信号子系统接收的第二应答信息周期性地发送给车头信号子系统，完成应答器信息的交换；车头和车尾的信号子系统在得到两个应答器的信息后，根据事先存储的线路应答器的布置顺序，完成列车的初始定位，从而获得列车的位置信息。

由于车头和车尾接收的两个应答器的顺序相反：车头定位子系统101在运行过程中先经过第二应答器104并接收到第二应答器104发送的应答信息，然后经过第一应答器103并接收到第一应答器103发送的应答信息；车尾定位子系统102在运行过程中先接收到车头定位子系统101发送的第一应答器103的应答信息，然后经过第二应答器104并接收到第二应答器104发送的应答信息。因此，车头和车尾列车获得的位置的方向也相反。为了避免这种情况，在检测到有一端的驾驶室激活的情况下，本端的位置的方向保持不变，另一端的位置的方向进行调整，以保持车头和车尾的位置的方向一致。

通过车尾应答器传输单元接收和发送信息，少了处理功能，使得车尾应答器传输单元外形简便，便于设置车尾应答器传输单元的位置；通过采用单独的车尾信号子系统处理信息，能够简化处理过程，提高处理速度。

进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述系统还包括：头尾通信线缆。

所述头尾通信线缆用于连接所述车头信号子系统和所述车尾信号子系统，并将所述第一应答信息从所述车头信号子系统传输至所述车尾信号子系统，将所述第二应答信息从所述车尾信号子系统传输至所述车头信号子系统。

通过采用专用的头尾通信线缆连接车头信号子系统和车尾信号子系统，并进行信息传输，能够加快信息传输，同时保证信息传输的安全性。

图3示出了本实施例提供的一种列车头尾定位冗余方法的流程示意图，包括：

S301、当车头经过第一应答器时，车头定位子系统接收所述第一应答器发送的第一应答信息，并将所述第一应答信息发送至车尾定位子系统。

S302、所述车尾定位子系统接收所述第一应答信息，当车尾经过第二应答器时接收所述第二应答器发送的第二应答信息，根据所述第一应答器和所述第二应答器的位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第二位置信息，并将所述第二应答信息发送至所述车头定位子系统。

S303、所述车头定位子系统接收所述第二应答信息，并根据所述位置顺序、所述第一应答信息和所述第二应答信息，处理得到列车的第一位置信息。

其中，所述位置顺序根据所述第一应答信息和所述第二应答信息处理得到。

本实施例通过设置车尾定位子系统与车头定位子系统形成相互独立计算的冗余定位系统，当车头定位子系统出现故障时，依然能够依靠车尾定位子系统接收应答器信息，并接替车头的定位功能，以确保列车正常工作，满足自动驾驶系统自动、高效、稳定的运行要求。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述方法还包括：

S304、根据所述第一位置信息对车头位置进行更新和校正。

S305、根据所述第二位置信息对车尾位置进行更新和校正。

具体地，列车车尾进行位置更新和校正的前提是依靠车头传递的前方的进路信息来实现的。在特殊情况下，即当列车车头判断车尾的位置已经出清道岔时，车头会向地面设备更新移动授权状态，地面会以为列车已经整体出清道岔，移动授权中不再包含已经出清的道岔信息。然而，由于列车车尾判断的车尾位置与列车车头判断的车尾位置会有误差，当列车接收的移动授权中车尾所处的道岔已经出清时，如果此时列车车尾判断的车尾位置还未出清道岔，就会发生车尾无法更新列车位置的情况，从而使得车尾的位置无效，进而导致全自动驾驶系统中的头尾冗余定位功能失效。为了避免出现上述情况，提出以下解决方案：

A1、车头根据进路信息查询是否包含道岔信息，如果不包含道岔信息，则汇报给地面信号系统的测距误差使用真实值。

A2、如果包含道岔信息，查询车头的列车位置是否已经经过该道岔。如果车头的列车位置已经经过该道岔，但车尾的列车位置仍未经过该道岔时，汇报给地面信号系统的测距误差增加为虚拟测距误差，以确保该道岔的进路信息不会被更新。

A3、当车尾的列车位置经过道岔时，汇报给地面信号系统的测距误差使用真实值。

虚拟测距误差D根据头尾通信线缆传输的最大延迟时间t和列车的最大减速度a确定，即D＝1/2*a*t2。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述方法还包括：

S306、所述车头定位子系统接收所述车尾定位子系统发送的第二位置信息。

S307、若判断获知所述车头定位子系统未处理得到所述第一位置信息，则根据所述第二位置信息对车头位置进行更新和校正。

具体地，车头和车尾分别独立计算位置信息，并通过车头和车尾的通信线缆进行信息的传输。在人工驾驶升级为全自动驾驶的过程中，当车尾优先于车头完成初始定位时，可使用车尾的位置信息提前完成列车的初始定位，从而提高了列车的运行效率。一般来说，在人工驾驶升级为全自动驾驶的过程中，车尾可以比车头优先一个物理区段完成定位。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述方法还包括：

所述车头定位子系统若判断获知车头应答器传输单元发生故障，则根据所述第二位置信息对车头位置进行更新和校正。

其中，所述车头定位子系统包括车头应答器传输单元。

如图4为列车在全自动驾驶运行过程中根据车头和车尾的位置进行冗余切换的过程示意图。在车头位置有效的情况下，车尾的位置只用于监控，不用于控车；当车头的位置无效的情况下，如果车尾的位置有效，则使用车尾的位置作为当前位置。当车头位置重新有效时，则再次使用车头位置作为当前位置。

通过判断车头应答器传输单元发生故障，根据所述第二位置信息对车头位置进行更新和校正，能够确保列车不会丢失位置触发紧急制动停车。

进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述方法还包括：

S308、计算所述第一位置信息和所述第二位置信息的差值，若所述差值小于阈值，则确定所述第二位置信息有效。

通过判断位置信息是否有效，能够保证位置信息的准确性。

具体地，列车在全自动驾驶过程中，为了防止车头的BTM故障或BTM天线故障导致车头位置丢失引起的列车紧急制动，从而无法保证继续全自动驾驶的问题，设计出全自动驾驶运行过程中的头尾冗余定位方案，具体如下：

B1、全自动驾驶过程中列车车头根据接收的进路信息，结合接收的应答器信息完成列车车头位置的更新和校正。

B2、列车车头将进路信息通过头尾通信线缆将进路信息发送给车尾，车尾根据进路信息，结合接收的应答器信息完成列车车尾位置的更新和校正。

B3、列车车尾将自身的位置信息通过头尾通信线缆发送给车头。

B4、列车车头接收到车尾的位置信息后，综合列车的运行方向、当前的速度信息和头尾通信线缆传输的延迟时间，计算出更新后的车尾位置。

B5、列车车头位置和更新后的车尾位置进行比较，如果差值在可容忍的门限内，则认为车尾的位置信息有效。

B6、列车车头位置由于BTM故障或BTM天线故障等原因导致车头位置丢失时，如果车尾的位置有效，则立即使用更新后的车尾位置，作为列车的当前位置，否则不使用列车的车尾位置。

B7、列车在使用车尾位置的过程中，当车头的位置重新有效时，立即使用车头的位置，作为列车的当前位置。

本实施例能够很好的解决全自动驾驶系统从全自动驾驶车辆段自动定位、自动运行，在车头位置丢失后使用车尾的备用位置，最大化增加利用系统的位置冗余性能，确保列车维持全自动驾驶运行，并能够实现车头位置和车尾位置的自动切换，提高了全自动驾驶运行的效率。

作为本实施例的扩展方案，在扩增少量设备的基础上，可以覆盖列车站间追踪、列车运行调整、屏蔽门联动等主流需求，适应国内分段建设、分段开通的主流地铁建设方式，并满足用户对系统自动化和运营效率日益增长的需求。

举例来说，本实施例提供的方法在即将开通的北京地铁燕房线的列车全自动驾驶系统的工程化期间，经理论验证和实际测试，在保证安全防护的前提下，可实现全自动驾驶系统上电后自动完成列车定位升级，出库运行，并在车头位置丢失的情况下使用车尾位置，提高了系统的可用性，提高了运营效率，并在一定程度上解放了劳动力，减少了运营成本。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。