一种基于5G和WIFI6双网通信架构的列车运行控制系统、列车的制作方法

一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统、列车
技术领域
1.本发明涉及轨道交通列车运行控制系统领域，具体涉及一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统、列车。


背景技术：

2.近年来，国内地铁线路广泛采用cbtc信号系统，基于通信的列车控制系统cbtc(communicationbasedtraincontrolsystem)控制的列车全自动驾驶系统fao已成为当前国内外轨道交通行业的主流列车控制技术。同时随着系统智能化程度的日渐提升，以及各城市对于全自动运行fao线路的越发渴求，越来越多的轨道交通系统提出了无线信息传输需求，如轨道监控、智能客服等传统轨道交通中无需进行无线通信的系统，亦出现了无线信息传输需求。另一方面，随着高清视频、系统监测等技术的迅猛发展，无线传输信息量也出现急剧增长，各系统对于无线系统传输带宽的要求越来越高。尤其对于全自动运行fao线路，对列车、轨道等需要更全面的监测数据，需要更多、更清晰的视频监控。对于以上无线通信需求，当前各制式无线通信技术均已显得捉襟见肘。
3.对于以上无线通信需求，当前cbtc系统大多采用wifi4标准、wifi5标准或者lte-m标准1.8ghz专用频段的车地无线通信系统，在实际应用过程中，由于受频带资源、列车运行速度等因素的影响，实际能达到的传输速率及移动传输性能依然非常有限。同时dcs采用单独的5g进行同制式组网，当出现整个5g频段的无线干扰信号时，会同时对两个5g网络造成较大影响，使得整个cbtc系统无法正常运行。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统、列车，以改善无线传输速率及移动传输性能有限的技术问题。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统，包括：
6.列车自动监控系统，组织和控制行车；
7.数据通信系统，通过独立的5g和wifi6实现列车和地面之间的信息交互；
8.计算机联锁系统，实现列车车进路建立，自动完成进路、道岔、信号机联锁控制，确保列车运行进路的安全；
9.列车自动防护控制地面设备，根据列车的位置信息以及联锁所的进路和轨道占用/空闲信息，为控制范围内的列车生成移动授权；
10.列车自动防护系统，实时检测列车的速度和所在位置，控制列车速度，以防止列车速度超过限制速度或超过终点，确保列车之间的安全行车间隔距离；
11.列车自动运行系统，结合所述列车自动防护系统控制列车自动运行。
12.在本发明一示例中，包括中央层、车站层、轨旁层、车载层四个层级，分级实现列车控制功能。
13.在本发明一示例中，列车自动运行系统和列车自动防护系统设置在车载层，位于列车上；列车自动监控系统设置在中央层和车站层，位于中央层的是中央设备，位于车站层的是车站设备；计算机联锁系统和列车自动防护控制地面设备设置在车站层；数据通信系统设置在中心层、车站层、轨旁层和车载层。
14.在本发明一示例中，数据通信系统包括数据通信系统核心层、数据通信系统分布层和数据通信系统接入层。
15.在本发明一示例中，数据通信系统核心层包括：第一骨干网和第二骨干网；第一骨干网由第一有线网和无线5g网组成，第二骨干网由第二有线网和无线wifi6网组成；第一骨干网和第二骨干网互为冗余。
16.在本发明一示例中，数据通信系统分布层设置在轨旁层和车载层；位于车载层的为车载分布层，车载分布层对从列车发向地面的报文进行加密，位于轨旁层的为轨旁分布层，轨旁分布层对区域内的列车自动控制系统提供路由和数据加密服务。
17.在本发明一示例中，列车自动控制系统由列车自动监控系统、计算机联锁系统、列车自动防护系统和列车自动运行系统构成。
18.在本发明一示例中，数据通信系统接入层设置在车站层和车载层，位于车站层的为车站接入层，位于位于车载层的为车载接入层；数据通信系统接入层为其他的系统和设备提供网络接入服务，使得各类业务信息根据特性分别占用各自独立的带宽，相互之间互不干扰。
19.在本发明一示例中，包括：无线网络层，无线网络层分为5g无线网络层和wifi6无线网络层，利用天线和漏泄同轴电缆结合的方式进行无线信号覆盖，采用天线进行无线信号覆盖。
20.在本发明一示例中，一种列车，所述列车使用了上述任一项所涉及的基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统。
21.本发明基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统、列车，采用了5g和wifi6技术，两个无线网络设备分别使用两个完全独立的无线通信频段和制式，实现了两个无线网络之间的完全隔离，提高了dcs无线通信系统的抗干扰能力。将5g和wifi6运用到了列车运行控制系统中，从而实现大带宽、低时延连接，具有极强的移动性，支持高速移动状态下的可靠通信，保证可靠低时延通信。
附图说明
22.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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明一实施例中一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统的示意图；
24.图2为本发明一实施例中各系统和设备的分布示意图；
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
26.当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
27.须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
28.请参阅图1至图2，本发明提供一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统，包括，列车自动监控系统、数据通信系统、计算机联锁系统、列车自动防护控制地面设备、列车自动防护系统和列车自动运行系统，其中：
29.列车自动监控系统是通过计算机来组织和控制行车的一套完整的行车指挥系统。主要有以下功能：自动进行列车运行图管理，及时调整运行计划，监控列车进路，自动显示列车运行和设备状态，完成电气集中联锁和自动闭塞的要求，自动绘制列车实际运行图，车站旅客导向，车辆检修期的管理，列车的模拟仿真等。
30.列车自动防护系统是负责轨道交通列车安全运行的关键信号设备。在轨道交通信号系统的应用中，实时检测列车的速度和所在位置；根据获取的移动授权、当前线路状态、前行列车位置等信息监控列车的运行，采用连续的速度-距离控制模式曲线，实现列车速度控制，防止列车超过限制速度或越过移动授权终点，确保列车之间的安全行车间隔距离，实现列车的自动安全防护运行。
31.列车自动运行系统是轨道交通列车运行控制系统中实现列车自动运行的关键设备。列车自动运行系统在列车自动防护系统的保护下，自动驾驶列车，根据列车当前的速度、位置、与前车的距离，结合线路本身参数及列车自动监控系统的控制命令限制，全自动地完成对列车的启动、加速、巡航、惰行、减速和制动的合理控制，控制列车安全、舒适、高效的运行；既可控制列车按运行图自动行车，也根据列车自动监控系统的命令，实现列车在区间运行的自动调整，并可实现列车的节能运行控制。
32.计算机联锁系统是以计算机技术为核心，实现铁路行车进路建立，自动完成进路、道岔、信号机等联锁控制，确保列车运行进路的安全。在轨道交通运行控制系统中，即使当列车自动防护系统功能丧失时，计算机联锁系统也能为站间运行提供列车运行的安全保证。计算机联锁系统与列车自动监控系统结合实现车站和中心的两级控制功能。正常情况下，铁路线路的信号联锁由列车自动监控系统通过计算机联锁系统控制，当列车自动监控
系统设备故障时，计算机联锁系统可直接控制铁路信号，根据列车的位置自动设置列车进路，也可由车站值班员通过计算机联锁系统人工直接设置列车进路。
33.列车自动防护控制地面设备也称区域控制器，是轨道交通运行控制系统中列车自动防护功能的地面核心控制设备，是车地信息处理的枢纽。安装在轨旁，每个区域控制器通过数据通信子系统和车载控制器(列车自动防护系统+列车自动运行系统)、联锁计算机联锁系统连接。区域控制器采用移动闭塞、固定闭塞等技术，根据列车所汇报的位置信息以及联锁所排列的进路和轨道占用/空闲信息，为其控制范围内的列车计算生成移动授权，确定相应列车的允许运行方向和列车运行权限，并保证追踪列车间的安全间隔，确保在其控制区域内列车的安全运行。
34.数据通信系统实现了列车控制子系统轨旁设备和车载设备之间数据信息安全、可靠的双向发送和接收。整个系统的通信系统分为有线通信和无线通信部分。该系统负责在相邻轨旁区域控制器之间、区域控制器与车载控制器车载控制器(列车自动防护系统+列车自动运行系统)之间、区域控制器与列车自动监控系统之间以及列车自动监控系统与车载控制器(列车自动防护系统+列车自动运行系统)之间传递信息。其中车地无线通信利用5g技术与wifi6技术分别异频组网，用于实现车辆与地面系统的双网冗余无线通信。
35.在本发明一实施例中，将上述系统及设备设置在中央层、车站层、轨旁层、车载层四个层级，分级实现列车控制功能。其中，中央层设置列车自动监控系统中央设备，实现对全线的运营调度和监控。车站层设置列车自动监控系统车站设备、计算机联锁系统和列车自动防护控制地面设备，由车站层的系统和设备共同执行所有的信号连锁和轨旁列车自动防护的功能。轨旁层设置信号机、计轴器、转辙机、屏蔽门、紧急停车按钮、自动折返按钮、防淹门和应答器等信号基础设备，是列车安全运行的基础设备。轨旁层设置数据通信系统，安装wifi6和5g的基站，实现大容量、连续的车地信息双向通信，为移动闭塞提供通信基础。车载层设置列车自动防护系统和列车自动运行系统从而实现列车自动防护和列车自动运行的功能。
36.在本实施例中，数据通信系统包括核心层、分布层和接入层。核心层包括第一骨干网和第二骨干网，第一骨干网为第一有线网和无线5g网；第二骨干网为第二有线网和无线wifi6。第一骨干网和第二骨干，由网骨干网交换机组成，负责站与站之间、站与运营控制中心之间、站与列车之间以及运营控制中心与车之间的高速数据交换。第一骨干网和第二骨干网互为冗余，在一个骨干网发生故障时，数据通信系统动态监测到故障的发生，将发生故障的骨干网流经的列车控制信息切换到另一个骨干网，进行传输，确保轨道交通运营安全。
37.在本实施例中，分布层分为轨旁分布层和车载分布层。轨旁分布层由路由器组成，分布在站与运营控制中心，向这些区域内的列车自动监控系统、计算机联锁系统、列车自动防护系统和列车自动运行系统组成的列车自动控制系统提供路由功能和数据加密服务。车载分布层由安全加密设备组成，在本实施例中分布在每辆列车的车头和车尾，车载分布层将发往轨旁的列车自动控制系统的报文进行加密处理。
38.在本实施例中，接入层分为车站接入层和车载接入层。接入层采用冗余的二层交换机，向分布于车站、运营控制中心、车辆段/停车场、试车线和车载的列车自动控制系统的设备、列车自动监控系统的设备提供网络接入服务。采用适用于轨道交通的qos(qualityofservice，服务质量)控制方案，使得各类不同类型的业务信息根据优先级、实时
性、流量等不同特性分别占用各自独立的带宽，相互之间互不干扰。
39.本实施例中，基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统还包括无线网络层。无线网络层分为5g无线网络和wifi6无线网络。其中5g无线网络分别由车载5g客户端、轨旁5g基站，以及地面5g核心网等设备组成。wifi6无线网络分别由车载的wifi客户端、轨旁wifi6基站等设备组成。采用适用于轨道交通的信号覆盖方案，结合轨道交通应用场景，基于5g和wifi6的通信系统利用天线+漏泄同轴电缆结合的方式进行无线信号覆盖，车站、车辆段/停车场室内及室外采用天线进行无线信号覆盖。
40.在本发明一实施例中，本发明一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统，包括数个系统和装置。将这些系统和装置以及基础的设施分布在中心层，车站层，轨旁层和车载层之中。从而相互协作对列车进行控制、保护等功能。并且将5g和wifi6引入，使得通信的速度和带宽有极大的提升。
41.本发明还提供一种列车，该列车使用了上述任一条所涉及的基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统。
42.本发明一种基于5g和wifi6双网通信架构的列车运行控制系统、列车，包括数个系统和装置。将这些系统和装置以及基础的设施分布在中心层，车站层，轨旁层和车载层之中。从而相互协作对列车进行控制、保护等功能。并且将5g和wifi6引入，使得通信的速度和带宽有极大的提升。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。