一种无线调车机车信号和监控系统的制作方法

本发明涉及内燃机车控制技术，特别涉及一种无线调车机车信号和监控系统。

背景技术：

无线调车机车信号和监控系统采用无线通信技术实现机车与地面间站场信号开放状态、调车机运行状态、调车作业计划等信息的双向数据传输，并通过列车运行监控记录装置有效解决调车机冒进信号、超速运行等安全防护问题。其中无线通信传输子系统是无线调车机车信号和监控系统的重要组成部分，其传输质量直接影响系统运用的安全性和稳定性。目前推广应用的无线调车机车信号和监控系统普遍采用数传电台作为车载设备和地面设备之间数据传输的无线通信子系统。数传电台具有网络延时小、实时性高等优点，但同时也存在着如下不足之处：1)实际传输距离受站场地形、环境等影响较大，其传输距离往往不能完整覆盖调车机作业范围，站场内存在多个通信盲区。如调车机进入车站无柱雨棚下，因信号减弱经常出现自动退出调车监控模式问题；2)工作频段易受不明非法信号干扰，影响调车机正常作业；3)数传电台仅支持半双工通信，站场内同时多台调车机车作业时，电台轮询一遍所有机车车载台周期较长；4)为了减少建筑物、树木等对无线信号的影响以及受站场和信号楼位置影响，往往需要架设无线铁塔、敷设信号馈线，工程实施及维护难度大、成本高；5)室外天线的架设，加大了设备遭受雷害的概率，对设备防雷设施又提出更高要求。因此，需要一种技术方案解决现有问题的不足。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种无线调车机车信号和监控系统，该系统基于gsm-r网络传输技术架构进行车－地间无线数据传输，较好地适应了一个车站(场)多台调车机同时作业的需求，可有效解决既有无线调车机车信号和监控系统数传电台传输距离短、易受外界环境干扰等方面的不足。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种无线调车机车信号和监控系统，由地面数据交换中心、gsm-r网络、铁道专用运输网络、基站a、基站b、基站c、车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c、调车机车d、调车机车e、调车机车f、调车机车h、调车机车i组成，其中：所述地面数据交换中心内置有管理单元、监测记录单元、转发单元a、转发单元b、pri接口单元、车站接口单元a、车站接口单元b、双网络通信通道；

所述调车机车d内置有车载无线传输模块d、以太网卡d、无线调车车载主机d，所述调车机车e内置有车载无线传输模块e、以太网卡e、无线调车车载主机e，所述调车机车f内置有车载无线传输模块f、以太网卡f、无线调车车载主机f，所述调车机车h内置有车载无线传输模块h、以太网卡h、无线调车车载主机h，所述调车机车i内置有车载无线传输模块i、以太网卡i、无线调车车载主机i；

所述管理单元通过双网络通信通道分别与监测记录单元、转发单元a、转发单元b、pri接口单元、车站接口单元a、车站接口单元b电性连接，所述pri接口单元通过gsm-r网络分别与基站a、基站b、基站c无线连接，所述车站接口单元a、车站接口单元b通过铁道专用运输网络分别与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c电性连接；

所述基站a分别与车载无线传输模块d、车载无线传输模块e无线连接，所述基站b分别与车载无线传输模块f、车载无线传输模块g无线连接，所述基站c分别与车载无线传输模块h、车载无线传输模块i无线连接；

所述车载无线传输模块d通过以太网卡d与无线调车车载主机d电性连接，所述车载无线传输模块e通过以太网卡e与无线调车车载主机e电性连接，所述车载无线传输模块f通过以太网卡f与无线调车车载主机f电性连接，所述车载无线传输模块h通过以太网卡h与无线调车车载主机h电性连接，所述车载无线传输模块i通过以太网卡i与无线调车车载主机i电性连接。

所述车载无线传输模块d-i均采用相同结构设置，实现相同无线传输功能，所述车载无线传输模块由控制单元、电源模块、接口单元、发射接收装置a、发射接收装置b、天馈线a、天馈线b组成，所述控制单元分别与电源模块、接口单元、发射接收装置a、发射接收装置b电性连接，所述发射接收装置a与天馈线a电性连接，所述发射接收装置b与天馈线b电性连接，其中：接口单元通过以太网卡与无线调车车载主机电性连接。

所述车载无线传输模块通过标准的以太网卡接口与无线调车车载主机连接，是实现本发明的车载设备接入gsm-r网络的终端接入设备，负责注册并接入到gsm-r网络，完成电路交换数据的无线链路的建立；

无线调车车载主机上电完成初始化后建立与车载无线传输模块的tcp/ip连接，并每2s向车载无线传输模块发送一帧握手请求数据，车载无线传输模块收到该数据后发送握手确认数据。如果无线调车车载主机超过6s未接收到握手确认数据，则重新建立与车载无线传输模块的tcp/ip连接；

所述车载无线传输模块通过gsm-r网络与地面数据交换中心建立无线链路连接，并完成与地面数据交换中心的设备间的数据传输。其中：发射接收装置a、发射接收装置b互为备份，控制单元检测到其中一个发生故障或呼叫地面数据交换中心失败时，立即断开故障发射接收装置a或发射接收装置b与地面数据交换中心的无线链路连接(通信建立的情况下)，并启用另一个发射接收装置a或发射接收装置b重新建立与地面数据交换中心的无线链路连接。并且在无线调车车载主机发现链接失效或者连续6s未收到有效的地面数据，无线调车车载主机将按车－地通信故障流程进行处理，退出调车监控状态。

所述地面数据交换中心通过铁道专用传输网络与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备连接，并采用pri接口与gsm-r网络移动交换中心连接，负责接收车载无线传输模块的电路数据呼叫，并把车载无线传输模块发来的数据通过铁道专用传输网络转发给相应车站的车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的地面设备，把车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备发来的数据转发给相应机车的车载无线传输模块。

所述车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备上电完成初始化后建立与地面数据交换中心的tcp/ip连接，并每2s向地面数据交换中心发送一帧握手请求数据，地面数据交换中心收到该数据后发送握手确认数据。如果车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备超过6s未接收到握手确认数据，则重新建立与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的tcp/ip连接。

所述地面数据交换中心接受作为车载设备的无线调车车载主机d-i的连接建立请求，实现作为地面设备的地面数据交换中心与车载设备的无线调车车载主机d-i间通信链路的建立和拆除，以及在通信故障情况下，车－地间通信链路的重建，并能将车载数据与车站控制数据作一对一的控制数据转发；所述地面数据交换中心的关键设备主要包括pri接口单元、转发单元a、转发单元b、车站接口单元a、车站接口单元b、监测记录单元和管理单元，均采用冗余配置，并配备双网络通信通道。

所述pri接口单元是地面数据交换中心通过pri接口单元与gsm-r网络连接，实现与车载无线传输模块d-i安全通信；所述pri接口单元为双套冗余配置，每套pri接口单元通过4个pri接口与gsm-r网络无线连接，每个pri接口可同时接入30台调车机车的车载无线传输模块。如果1套pri接口单元或某个pri接口发生故障时，使用该pri接口的无线调车车载主机发现链接失效或者连续6s未收到有效的地面数据，即按车－地通信故障流程进行处理，退出调车监控状态。同时，通信中断的调车机车的车载无线传输模块通过正常的pri接口重新建立地面数据交换中心链接，恢复无线调车机车信号和监控系统正常使用。

所述转发单元a、b的主要作用：一是确定无线调车车载主机d-i归属的车站a地面主机a、车站b地面主机a、车站c地面主机c；二是将无线调车车载主机d-i发送的数据转发到车站接口单元a、或车站接口单元b；三是将车站接口单元a、或车站接口单元b发送的数据转发到指定的无线调车车载主机d-i；所述转发单元a、b为双套冗余配置，转发单元a、b机既同时在pri接口单元的a、b机间转发相同数据，单系发生故障不影响数据转发；也同时在车站接口单元a、b机间转发相同数据，单系发生故障同样不影响数据转发。

所述车站接口单元a、b是通过铁道专用传输网络与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的接口，实现与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的通信链接。车－地方向的数据由车站接口单元a、b确定，并发送到对应的车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c，地－车方向的数据经车站接口单元a、b透明发送到转发单元a、b。

所述车站接口单元a、b为双套冗余配置，车站a地面主机a系与车站接口单元a、b机各建立1条tcp/ip链路,其中：b机系与车站接口单元a、b机也各建立1条tcp/ip链路，并指定其中一条为主用链路，用于数据传输；另外一条为热备链路，平时不用于数据传输，由车站地面主机开启、维护并监测。当车站接口单元a、b一系故障，主用tcp/ip链接连续2s没收到任何数据，即断开并重建tcp/ip链接，同时由车站地面主机负责切换至另一条tcp/ip链路，其切换时间可以忽略。

当车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与联锁设备通信故障或主机设备发生故障，备机正常时，车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c会在500ms内完成主备切换。

所述监测记录单元是对地面数据交换中心的数据和时间进行集中监测和记录，包括车载无线传输模块通信链接状态、地面数据交换中心与车载无线传输模块和地面主机收发的数据包、操作日志和各类告警。

所述管理单元。实现对地面数据交换中心其他各个组成单元的性能监测、配置管理、告警管理以及操作用户管理等。

所述gsm-r网络为本发明提供从车载设备的无线调车车载主机d-i到地面设备的地面数据交换中心之间的双向透明数据传输通道，实现地面设备的地面数据交换中心和多台车载设备的无线调车车载主机d-i间的数据传输，所述gsm-r网络通信方式采用点对点电路连接，当有多台调车机车d-i同时作业时，根据本发明的实际需求为地面设备与每台调车机车设备分别建立无线链路连接,通信速率为9600b/s。

所述铁道专用传输网络是车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间的数据通信采用铁路数据通信网承载，选用“2m+双路由器”冗余方式。在安装无线调车机车信号和监控系统的车站和地面数据交换中心中心各设置2台路由器a、b机，车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间形成2个2mb/s环形网络a和b，双网双环冗余连接，a、b网同方向路由互为备用。

当车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c中的其中2个之间，或车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间任意一个2mb/s链路中断，或车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c其中一个单个路由器故障，不影响各站无线调车机车信号和监控系统的正常运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开的一种无线调车机车信号和监控系统，该系统基于gsm-r网络传输技术架构，具有覆盖范围广、抗干扰能力强、通信质量可靠等特点，能够为铁路运输提供高度可靠、高度安全、快速接入的数据传输通道，可有效解决既有无线调车机车信号和监控系统数传电台传输距离短、易受外界环境干扰等方面的不足，提高整个无线调车机车信号和监控系统的稳定性、安全性和可靠性。

本发明与既有使用无线数传电台的无线调车机车信号和监控系统相比，不同之处在于：①车载通信设备由数传电台变为车载无线传输模块；②地面通信设备由单一的数传电台变为由铁道专用传输网络、gsm-r网络和地面数据交换中心组成的通信网络；③新增了集中监测系统功能的监测记录单元；④车载无线传输模块和地面数据交换中心关键部件均采用冗余设计，以确保系统的安全性。

附图说明

图1是本发明的无线调车机车信号和监控系统组成结构示意图；

图2是本发明的车载无线传输模块组成结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种无线调车机车信号和监控系统，由地面数据交换中心、gsm-r网络、铁道专用运输网络、基站a、基站b、基站c、车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c、调车机车d、调车机车e、调车机车f、调车机车h、调车机车i组成，其中：所述地面数据交换中心内置有管理单元、监测记录单元、转发单元a、转发单元b、pri接口单元、车站接口单元a、车站接口单元b、双网络通信通道；

所述调车机车d内置有车载无线传输模块d、以太网卡d、无线调车车载主机d，所述调车机车e内置有车载无线传输模块e、以太网卡e、无线调车车载主机e，所述调车机车f内置有车载无线传输模块f、以太网卡f、无线调车车载主机f，所述调车机车h内置有车载无线传输模块h、以太网卡h、无线调车车载主机h，所述调车机车i内置有车载无线传输模块i、以太网卡i、无线调车车载主机i；

所述管理单元通过双网络通信通道分别与监测记录单元、转发单元a、转发单元b、pri接口单元、车站接口单元a、车站接口单元b电性连接，所述pri接口单元通过gsm-r网络分别与基站a、基站b、基站c无线连接，所述车站接口单元a、车站接口单元b通过铁道专用运输网络分别与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c电性连接；

所述基站a分别与车载无线传输模块d、车载无线传输模块e无线连接，所述基站b分别与车载无线传输模块f、车载无线传输模块g无线连接，所述基站c分别与车载无线传输模块h、车载无线传输模块i无线连接；

所述车载无线传输模块d通过以太网卡d与无线调车车载主机d电性连接，所述车载无线传输模块e通过以太网卡e与无线调车车载主机e电性连接，所述车载无线传输模块f通过以太网卡f与无线调车车载主机f电性连接，所述车载无线传输模块h通过以太网卡h与无线调车车载主机h电性连接，所述车载无线传输模块i通过以太网卡i与无线调车车载主机i电性连接。

如图2所示，是本发明的车载无线传输模块组成结构示意图，所述车载无线传输模块d-i均采用相同结构设置，实现相同无线传输功能，所述车载无线传输模块由控制单元、电源模块、接口单元、发射接收装置a、发射接收装置b、天馈线a、天馈线b组成，所述控制单元分别与电源模块、接口单元、发射接收装置a、发射接收装置b电性连接，所述发射接收装置a与天馈线a电性连接，所述发射接收装置b与天馈线b电性连接，其中：接口单元通过以太网卡与无线调车车载主机电性连接。

所述车载无线传输模块通过标准的以太网卡接口与无线调车车载主机连接，是实现本发明的车载设备接入gsm-r网络的终端接入设备，负责注册并接入到gsm-r网络，完成电路交换数据的无线链路的建立；

无线调车车载主机上电完成初始化后建立与车载无线传输模块的tcp/ip连接，并每2s向车载无线传输模块发送一帧握手请求数据，车载无线传输模块收到该数据后发送握手确认数据。如果无线调车车载主机超过6s未接收到握手确认数据，则重新建立与车载无线传输模块的tcp/ip连接；

所述车载无线传输模块通过gsm-r网络与地面数据交换中心建立无线链路连接，并完成与地面数据交换中心的设备间的数据传输。其中：发射接收装置a、发射接收装置b互为备份，控制单元检测到其中一个发生故障或呼叫地面数据交换中心失败时，立即断开故障发射接收装置a或发射接收装置b与地面数据交换中心的无线链路连接(通信建立的情况下)，并启用另一个发射接收装置a或发射接收装置b重新建立与地面数据交换中心的无线链路连接。并且在无线调车车载主机发现链接失效或者连续6s未收到有效的地面数据，无线调车车载主机将按车－地通信故障流程进行处理，退出调车监控状态。

所述地面数据交换中心通过铁道专用传输网络与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备连接，并采用pri接口与gsm-r网络移动交换中心连接，负责接收车载无线传输模块的电路数据呼叫，并把车载无线传输模块发来的数据通过铁道专用传输网络转发给相应车站的车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的地面设备，把车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备发来的数据转发给相应机车的车载无线传输模块。

所述车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备上电完成初始化后建立与地面数据交换中心的tcp/ip连接，并每2s向地面数据交换中心发送一帧握手请求数据，地面数据交换中心收到该数据后发送握手确认数据。如果车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c地面设备超过6s未接收到握手确认数据，则重新建立与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的tcp/ip连接。

所述地面数据交换中心接受作为车载设备的无线调车车载主机d-i的连接建立请求，实现作为地面设备的地面数据交换中心与车载设备的无线调车车载主机d-i间通信链路的建立和拆除，以及在通信故障情况下，车－地间通信链路的重建，并能将车载数据与车站控制数据作一对一的控制数据转发；所述地面数据交换中心的关键设备主要包括pri接口单元、转发单元a、转发单元b、车站接口单元a、车站接口单元b、监测记录单元和管理单元，均采用冗余配置，并配备双网络通信通道。

所述pri接口单元是地面数据交换中心通过pri接口单元与gsm-r网络连接，实现与车载无线传输模块d-i安全通信；所述pri接口单元为双套冗余配置，每套pri接口单元通过4个pri接口与gsm-r网络无线连接，每个pri接口可同时接入30台调车机车的车载无线传输模块。如果1套pri接口单元或某个pri接口发生故障时，使用该pri接口的无线调车车载主机发现链接失效或者连续6s未收到有效的地面数据，即按车－地通信故障流程进行处理，退出调车监控状态。同时，通信中断的调车机车的车载无线传输模块通过正常的pri接口重新建立地面数据交换中心链接，恢复无线调车机车信号和监控系统正常使用。

所述转发单元a、b的主要作用：一是确定无线调车车载主机d-i归属的车站a地面主机a、车站b地面主机a、车站c地面主机c；二是将无线调车车载主机d-i发送的数据转发到车站接口单元a、或车站接口单元b；三是将车站接口单元a、或车站接口单元b发送的数据转发到指定的无线调车车载主机d-i；所述转发单元a、b为双套冗余配置，转发单元a、b机既同时在pri接口单元的a、b机间转发相同数据，单系发生故障不影响数据转发；也同时在车站接口单元a、b机间转发相同数据，单系发生故障同样不影响数据转发。

所述车站接口单元a、b是通过铁道专用传输网络与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的接口，实现与车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c的通信链接。车－地方向的数据由车站接口单元a、b确定，并发送到对应的车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c，地－车方向的数据经车站接口单元a、b透明发送到转发单元a、b。

所述车站接口单元a、b为双套冗余配置，车站a地面主机a系与车站接口单元a、b机各建立1条tcp/ip链路,其中：b机系与车站接口单元a、b机也各建立1条tcp/ip链路，并指定其中一条为主用链路，用于数据传输；另外一条为热备链路，平时不用于数据传输，由车站地面主机开启、维护并监测。当车站接口单元a、b一系故障，主用tcp/ip链接连续2s没收到任何数据，即断开并重建tcp/ip链接，同时由车站地面主机负责切换至另一条tcp/ip链路，其切换时间可以忽略。

当车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与联锁设备通信故障或主机设备发生故障，备机正常时，车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c会在500ms内完成主备切换。

所述监测记录单元是对地面数据交换中心的数据和时间进行集中监测和记录，包括车载无线传输模块通信链接状态、地面数据交换中心与车载无线传输模块和地面主机收发的数据包、操作日志和各类告警。

所述管理单元。实现对地面数据交换中心其他各个组成单元的性能监测、配置管理、告警管理以及操作用户管理等。

所述gsm-r网络为本发明提供从车载设备的无线调车车载主机d-i到地面设备的地面数据交换中心之间的双向透明数据传输通道，实现地面设备的地面数据交换中心和多台车载设备的无线调车车载主机d-i间的数据传输，所述gsm-r网络通信方式采用点对点电路连接，当有多台调车机车d-i同时作业时，根据本发明的实际需求为地面设备与每台调车机车设备分别建立无线链路连接,通信速率为9600b/s。

所述铁道专用传输网络是车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间的数据通信采用铁路数据通信网承载，选用“2m+双路由器”冗余方式。在安装无线调车机车信号和监控系统的车站和地面数据交换中心中心各设置2台路由器a、b机，车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间形成2个2mb/s环形网络a和b，双网双环冗余连接，a、b网同方向路由互为备用。

当车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c中的其中2个之间，或车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c与地面数据交换中心之间任意一个2mb/s链路中断，或车站a地面主机a、车站b地面主机b、车站c地面主机c其中一个单个路由器故障，不影响各站无线调车机车信号和监控系统的正常运行。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。