基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统的制作方法

本发明属于铁路信号技术领域，特别涉及一种基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统。

背景技术：

铁路信号系统负责控制列车在线路上的运行，通常采用时间分隔或者空间分隔等方法来确保列车彼此之间保持固定或者可变的间隔，实现列车的追踪运行。在上述控制中，需要获取列车的长度并实时追踪列车的完整性情况，避免错误的列车长度或者因为列车解列，丧失完整性而导致列车碰撞事故的发生。

现有技术中铁路列车完整性检查主要有如下几种方式：

1、基于轨旁安装的轨道电路或者计轴设备，通过轨道占用空闲检查来实现列车完整性检查；

2、通过机车尾部安装的风压监测设备，实时监测风管风压来实现对列车完整性的检查；

3、通过列车总线实时检测列车完整性。

然而，对于上述方式1，需要在轨旁安装大量设备，建设成本较高，安装维护困难，且无论是轨道电路还是计轴，都不可避免存在易受干扰的问题。特别是目前大量采用的轨道电路方式，存在红光带和压不死的问题。对于上述方式2，需要在列车尾部安装风压监测设备，该装置需要与现有车辆的制动风管进行连接，增加了接口复杂度，易引入新的风险点，且不能获取列车的长度数据。对于上述方式3，要求列车具备贯穿头尾的列车总线，对车辆有特殊要求，不能适应货运列车等无贯通列车总线的情况，应用范围有限。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型的基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统，通过结合无线通信、卫星导航和惯性导航技术，在获取列车长度数据的同时，实时监测列车完整性状态。本发明的列车完整性检查系统不依赖列车总线，也不需要与现有车辆上的系统，如制动风管等发生联系，即可独立自主完成列车长度的检测及列车完整性的实时监测。

本发明通过以下技术方案实现。

一方面，本发明提供一种基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统，包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；所述列车车头定位单元包括：第一列车自动防护系统(即atp系统)、第一cpu、第一卫星导航装置、第一惯性导航装置和第一无线通信装置；所述第一cpu分别与所述第一列车自动防护系统、所述第一卫星导航装置、所述第一惯性导航装置、所述第一无线通信装置进行通信连接；所述列车车尾定位单元包括：第二列车自动防护系统(即atp系统)、第二cpu、第二卫星导航装置、第二惯性导航装置和第二无线通信装置；所述第二cpu分别与所述第二列车自动防护系统、所述第二卫星导航装置、所述第二惯性导航装置、所述第二无线通信装置进行通信连接；所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置用于采集列车两端的位置数据。

其中，所述第一cpu和所述第二cpu可以分别包括多个cpu单元，相应的，所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置可以分别包括多个卫星导航单元，所述第一惯性导航装置和所述第二惯性导航装置可以分别包括多个惯性导航单元。所述卫星导航装置可以具有相应的卫星天线。所述列车自动防护系统可以具有相应的gsm/lte天线。所述无线通信装置可以具有相应的无线通信天线。

其中，所述列车车头定位单元和所述列车车尾定位单元还可以具有电源装置、防雷装置及外壳。

进一步地，所述第一惯性导航装置和所述第二惯性导航装置用于采集列车两端的惯导数据。

进一步地，所述第一无线通信装置和所述第二无线通信装置用于将所述列车两端的位置数据进行交互。

进一步地，所述第一无线通信装置和所述第二无线通信装置用于将所述列车两端的位置数据进行交互；所述第一无线通信装置和所述第二无线通信装置还用于将所述列车两端的惯导数据进行交互。

进一步地，所述第一cpu和所述第二cpu用于将所述列车两端的惯导数据和/或位置数据进行比较运算，获取列车长度数据。

进一步地，所述第一cpu和所述第二cpu将获取的所述列车长度数据分别传送给所述第一列车自动防护系统和所述第二列车自动防护系统。

进一步地，第一cpu发送控制指令到第一卫星导航装置和/或第一惯性导航装置，获取第一卫星导航装置和/或第一惯性导航装置的数据(经纬度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第二cpu发送控制指令到第二卫星导航装置和/或第二惯性导航装置，获取第二卫星导航装置和/或第二惯性导航装置的数据(经纬度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第一cpu和第二cpu还分别控制第一无线通信装置和第二无线通信装置的收发。上述cpu还可以控制上述惯性导航装置传送惯性导航数据给上述卫星导航装置。第一无线通信装置和第二无线通信装置为车头车尾建立通信链路。上述cpu还可接收atp发送的速度信息、差分信息及安全时钟信息等，同时发送给atp列车长度信息、速度信息、头尾位置信息和完整性信息等。

另一方面，本发明还提供一种基于上述列车完整性检查系统进行列车完整性检查的方法，包括以下步骤：

1)所述第一卫星导航装置和所述第二卫星导航装置实时采集列车两端的位置数据；所述第一惯性导航装置和所述第二惯性导航装置实时采集列车两端的惯导数据；

2)所述第一无线通信装置和所述第二无线通信装置用于将所述列车两端的位置数据和/或惯导数据进行交互；

3)所述第一cpu和所述第二cpu用于将所述列车两端的惯导数据和/或位置数据进行比较运算，获取列车长度数据并实时监测列车的完整性状态。

进一步地，所述方法还包括以下步骤，

4)所述第一cpu和所述第二cpu将获取的所述列车长度数据和/或所述完整性状态分别传送给所述第一列车自动防护系统和所述第二列车自动防护系统；

5)所述第一列车自动防护系统和所述第二列车自动防护系统将所述列车长度数据和/或所述完整性状态传递给轨旁控制装置，用于列车运行控制。

其中，上述“第一”、“第二”仅是为了标识，并不意图限定部件的结构。上述“列车”的类型可以例如是普通列车、动车、高铁、城市轨道车辆等轨道编组车辆。

本发明的有益效果：

本发明的列车完整性检查系统同时采用卫星导航系统和惯性导航系统进行列车完整性检查的判别，确保了在卫星信号失效的情况下(如隧道、山区、峡谷等)，完整性检查系统仍然工作；本发明的列车完整性检查系统同时使用车地无线通信(如gsm-r、lte-r、gsm、lte等，r表示铁路专用)通信网络和车头车尾间无线通信网络作为完整性检查判断的通信通道，确保了在车地无线通信失效的情况下，仍然可以利用车头车尾间无线通信网络，确保司机实时获取列车完整性状态；本发明的列车完整性检查系统的卫星位置判别同时融合了惯性导航数据、atp速度数据，进一步提升了列车定位精度。

本发明将列车完整性检查由地面的轨道空闲检测设备(轨道电路、计轴等)被动检查改为列车主动检查，以车载设备为主体，一方面减少了对轨旁设备的依赖，不需要沿钢轨线路部署设备，可以大幅减少轨旁设备，既降低了系统复杂度，同时提升了系统可靠性，减少了维修工作量；另一方面，以车载为主体，且不依赖车辆既有系统或装置的配合(如制动风管等)，接口简单，安装实施容易，能满足不同车型的需求。

附图说明

图1本发明的具体实施方式的基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统的结构示意图。

图2本发明的另一种实施方式的列车车头定位单元和列车车尾定位单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明的基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统及检查方法做详细说明。

如图1所示，基于无线通信、卫星导航和惯性导航的列车完整性检查系统包括：列车车头定位单元和列车车尾定位单元；列车车头定位单元包括：第一列车自动防护系统70、第一cpu10、第一卫星导航装置30、第一惯性导航装置20和第一无线通信装置50；第一cpu10分别与第一列车自动防护系统70、第一卫星导航装置30、第一惯性导航装置20、第一无线通信装置50进行通信连接；列车车尾定位单元包括：第二列车自动防护系统70、第二cpu10、第二卫星导航装置30、第二惯性导航装置20和第二无线通信装置50；第二cpu10分别与第二列车自动防护系统70、第二卫星导航装置30、第二惯性导航装置20、第二无线通信装置50进行通信连接；第一卫星导航装置30和第二卫星导航装置30用于采集列车两端的位置数据。

第一惯性导航装置20和第二惯性导航装置20用于采集列车两端的惯导数据。惯导数据例如可以是加速度、角速度、磁偏角等。

第一无线通信装置50和第二无线通信装置50将列车两端的位置数据进行交互。第一无线通信装置50和所述第二无线通信装置50还用于将列车两端的惯导数据进行交互。

第一cpu10和第二cpu10用于将列车两端的惯导数据和/或位置数据进行比较运算，获取列车长度数据。

第一cpu10和第二cpu10将获取的列车长度数据分别传送给第一列车自动防护系统70和第二列车自动防护系统70。

上述惯性导航装置，可以是加速度计、角速度计、电子罗盘中的一种或者多种。

图2示出了另一种实施方式的列车车头定位单元和列车车尾定位单元，第一cpu10和第二cpu10分别包括cpu单元11和cpu单元12(第一cpu10和第二cpu10可以分别包括多组“cpu单元11和cpu单元12”)，第一卫星导航装置和第二卫星导航装置分别包括卫星导航单元31和卫星导航单元32(第一卫星导航装置和第二卫星导航装置可以分别包括多组“卫星导航单元31和卫星导航单元32”)，第一惯性导航装置和第二惯性导航装置分别包括惯性导航单元21和惯性导航单元22(第一惯性导航装置和第二惯性导航装置可以分别包括多组“惯性导航单元21和惯性导航单元22”)。每个卫星导航单元均具有相应的卫星天线41、42。

cpu单元11和cpu单元12均单独进行计算，两者会将计算结果进行比较，并根据比较结果来决定是否采用上述计算结果和/或切换到另一组“cpu单元11和cpu单元12”和/或“将列车完整性检查系统自动或手动复位重启”。

图1和图2中的“90”为示例性的通信基站，“60”为示例性的无线通信天线，“40”为示例性的卫星天线，“80”为示例性的gsm/lte天线；图2中的“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”表示的是通信链路。

当使用本发明的上述列车完整性检查系统进行列车完整性检查时，包括以下步骤：

1)第一卫星导航装置30和第二卫星导航装置30实时采集列车两端的位置数据；第一惯性导航装置20和第二惯性导航装置20实时采集列车两端的惯导数据；

2)第一无线通信装置50和第二无线通信装置50用于将列车两端的位置数据和/或惯导数据进行交互；

3)第一cpu10和第二cpu10用于将列车两端的惯导数据和/或位置数据进行比较运算，获取列车长度数据并实时监测列车的完整性状态。

4)第一cpu10和第二cpu10将获取的列车长度数据和/或所述完整性状态分别传送给第一列车自动防护系统70和第二列车自动防护系统70；

5)第一列车自动防护系统70和第二列车自动防护系统70将列车长度数据和/或完整性状态通过车地通信网络(如gsm-r、lte-r、gsm、lte等，r表示铁路专用)传递给轨旁控制装置，用于列车运行控制。

更具体的，在卫星信号存在的情况下，可以通过卫星导航装置获取列车头部和尾部的位置，通过运算后，可以获得列车长度，通过持续跟踪长度变化，可以获得列车的完整性状态。一旦长度变化超过数量和次数的阈值，则产生完整性丢失报警，传送给atp。为了获得较好的卫星定位精度，在卫星信号良好的情况下，会采取单个星座或者多个星座(如gps、北斗、glonass、伽利略等)的卫星导航数据，以及惯性导航数据融合的方法来提升性能。在必要时，还可以从atp获取列车速度信息以及卫星差分信息，用于辅助列车位置计算。

在卫星信号不良，卫星导航装置无法获取数据的情况下，通过获取列车头部和尾部的惯性导航装置的惯导数据(如加速度、角速度、磁偏角等)，持续跟踪列车两端的姿态和运动轨迹，从而确定列车的完整性状态。一旦两端的状态在数值和时间轴对比上产生明显变化(如加速度变化差异较大、运动轨迹重合差异较大等)，则产生完整性丢失报警，传送给atp。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。