一种铁路站场、频点切换方法及系统与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种铁路站场、频点切换方法及系统。

背景技术：

随着现代计算机技术、网络技术、通信技术、多媒体技术及数据库技术的飞速发展和日趋成熟，铁路运输及生产调度正向着网络化、数字化、智能化、信息化方向蓬勃发展。

随着铁路车站建设速度越来越快，车站规模越来越大，目前国内一些大中型编组场内都含有多个站场及多个用于无线通信的基站。各个站场的机车主要在各个站场内运行，但也需要到其它站场进行作业，这就需要机车在到达其它站场时能够将车载的线路数据与通信频点切换到相应的设置。

对于站场线路数据，目前的系统多采用将多个站场线路数据合并为一张大图，然后进行站场切换。其存在的缺陷在于：一张大图数据庞大，进行查找定位时数据量大、运算量大，影响系统响应速度。而对于通信频点，目前的系统多采用多个站场共用一组频点的方法，在进行频点切换时，需要增大通信设备的发射功率或者采用集群系统，成本消耗较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁路站场、频点切换方法及系统，以在保证成本的前提下提高站场切换、频点切换的速度。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，采用一种铁路站场、频点切换方法，包括：

获取机车当前的GPS位置坐标，判断机车当前的GPS坐标点是否在当前站场的GIS边界覆盖区域内；

若是，则不进行站场切换；

若否，则根据机车当前的GPS坐标点进行站场切换；

获取当前基站频点的无线信号的强度，并根据无线信号的强度进行基站频点切换。

所述各基站是分别使用一对独立的无线频点，频点切换是指通过更改车载设备数传电台的频点，使其与基站使用的无线频点一致，从而实现车载数传电台连接的基站频点切换。

优选地，其特征在于，所述根据机车当前的GPS坐标点在站场边界表中进行查找，得到用于切换的站场序号，包括：

S11、根据机车当前的GPS坐标点，采用判断点在多边形内的算法，在站场边界表中查找覆盖该坐标点的站场序号，该站场边界表由多个站场边界线段的端点序列表构成；

S12、若未查找到覆盖该坐标点的站场，则机车停留在当前站场不进行站场切换；

S13、若查找到覆盖该坐标点的站场，则将机车所在当前站场切换至覆盖该坐标点的站场边界的站场；

S14、在切换后的站场中对轨道区段顺序表中的轨道区段分别计算到该坐标点到站场轨道区段的距离，并判断是否存在距离该点不大于定位精度0.8m的轨道区段，若存在则站场切换完成，若不存在则执行步骤S11。

优选地，在有GPS信号时，所述根据无线信号的强度进行基站频点切换，还包括：

S21、获取当前数传电台连接基站的频点的无线信号强度，并判断无线信号的强度是否小于设定的强度阈值，若否，则不进行基站频点切换；若是，则执行步骤S22；

S22、根据机车当前的GPS坐标点，采用判断点在多边形内的算法，在基站边界表中查找下一个覆盖该坐标点的基站序号，该基站边界表由多个基站覆盖范围边界的端点序列表构成；

S23、若未查到找覆盖该坐标点的基站，则进行无GPS信号情况下的基站频点切换；

S24、若查找到覆盖该坐标点的基站，则将当前基站频点切换至该基站对应的基站频点；

S25、判断切换后的基站频点中无线信号的强度是否小于设定的强度阈值，若是则执行步骤S22；若否则基站频点切换结束。

优选地，所述步骤S23，包括：

S31、将当前的基站频点作为频点切换的原基站，并在基站切换序列表中查找与原基站对应的相邻基站序列，基站切换序列表由各基站的相邻基站序列构成；

S32、按照该相邻基站序列，依次切换到各基站对应的频点；

S33、在每次切换频点后，判断切换后频点的无线信号强度是否小于设定的强度阈值，若是则继续执行步骤S32，若否则基站频点切换完成。

另一方面，采用一种铁路站场、频点切换系统，包括地面设备和车载设备，该地面设备包括数传基站、DGPS差分服务器，该车载设备包括安装在机车上的主机、数传电台以及DGPS模块；

数传基站、DGPS差分服务器通过网络互相连接，数传电台和DGPS模块分别与主机连接进行数据传输，数传基站与数传电台进行无线通信，主机负责进行站场切换、频点切换运算，其内存储有站场边界表、基站边界表以及基站切换序列表；DGPS模块用于接收机车所处站场GPS坐标。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过对机车位置进行定位，依据机车的位置坐标进行铁路站场的自动切换和基站频点的自动切换问题。站场的自动切换与传统的将各个站场的线路数据合并为一张大图相比，本方案仅需通过在机车上设置GPS定位模块即可快速实现站场切换，而且成本较低。频点的自动切换与传统的采用多个站场共用一组频点的方法相比，无需增加大量通信设备，而仅需通过机车定位和无线信号的强度来作为频点的切换条件，成本较低。因此，本方案的站场、频点自动切换方案更加经济、高效、及时、智能。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种铁路站场、频点切换方法的流程示意图；

图2是站场切换的过程示意图；

图3是站场切换转移状态图；

图4是站场边界划分示意图；

图5是在有GPS信号情况下的频点切换的过程示意图；

图6是在无GPS信号情况下的频点切换的过程示意图；

图7是频点切换转移状态图；

图8是基站边界划分示意图；

图9是一种铁路站场、频点切换系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种铁路站场、频点切换方法，具体包括步骤S101至S105：

S101、获取机车当前的GPS位置坐标；

需要说明的是，可在机车上安装GPS定位模块，实时的获取机车当前的位置坐标。

S102、判断机车当前的GPS坐标点是否在当前站场的GIS边界覆盖区域内，若是则执行步骤S103，若否则执行步骤S104；

需要说明的是，GIS全称为（Geographic Information System）即地理信息系统，该GIS为站场轨道区段的GIS地图，具体判断当前的GPS坐标点是否在当前站场的GIS边界覆盖区域内的方式是将组成多边形边界的端点首尾相接形成多边形，用经过当前的GPS坐标点的水平线去穿过该多边形；判断多边形的边是否与该水平线相交，若当前的GPS坐标点两侧分别有奇数条边与该水平线相交，说明当前GPS坐标点在当前站场的GIS边界覆盖区域内，反之则不在当前站场的GIS边界覆盖区域内。

S103、不进行站场切换；

S104、根据机车当前的GPS坐标点进行站场切换；

S105、获取当前基站频点的无线信号的强度，并根据无线信号的强度进行基站频点切换。

需要说明的是，该处无线信号的强度通过主机读取数传电台当前的信号质量数值。

作为进一步优选的方案，如图2所示，上述步骤S104：根据机车当前的GPS坐标点在站场边界表中进行查找，得到用于切换的站场序号，具体包括：

S11、根据机车当前的GPS坐标点，采用判断点在多边形内的算法，在站场边界表中查找覆盖该坐标点的站场，该站场边界表由多个站场边界线段的端点序列表构成；

S12、若未查找到覆盖该坐标点的站场，则机车停留在当前站场不进行站场切换；

S13、若查找到覆盖该坐标点的站场，则将机车所在当前站场切换至覆盖该坐标点的站场边界的站场；

S14、在切换后的站场中对轨道区段顺序表中的轨道区段分别计算到该坐标点的距离，并判断是否存在距离该点不大于定位精度0.8m的轨道区段，若存在则站场切换完成，若不存在则执行步骤S11；

具体地，站场切换程序处理状态主要包括状态a：在站场中，状态b：不在当前站场，状态c：在新站场中。站场切换程序处理状态转化关系如图3所示：

机车运行时，当处于a状态时，此时不进行站场切换。

随着机车运行，当转化到b状态时，此时按照当前GPS坐标点进行站场边界表查找，如果没有找到覆盖该坐标点的站场，不进行站场切换；如找到覆盖该坐标点的站场，执行站场切换，切换到该站场边界序号对应的站场，此时切换c状态。

根据当前GPS定位坐标，在切换后的站场轨道区段顺序表中，逐一计算该坐标点到各轨道区段的距离，并判断是否存在距离该点不大于定位精度0.8m的轨道区段，同时将此作为判断站场切换准确性的条件，若找到该轨道区段，则确定站场切换正确，完成站场切换，此时处于c状态。如未找到轨道区段，继续按照当前GPS坐标点进行站场边界表查找，当搜索到下一个站场即为已切换过的站场时，在一定时间内不进行站场切换，仍保持c状态。当处于c状态时，此时就转化为a状态，之后随着机车运行，站场切换依次循环下去。

作为进一步优选的方案，本实施例中站场边界的划分过程为：在企业铁路站场总图上，用多边形将各站场范围框出来，一个站场的边界由按顺序连接的一组多边形线段的端点表示；多个站场多边形线段的端点序列表构成站场边界表。

需要说明的是，为了避免站场来回切换，划分站场时各站场不重叠，也提高了站场切换查找效率。具体站场边界划分如图4所示：分别用三个多边形1、2、3将三个站场范围框出来，各个站场不重叠。注意针对交错股道的A站场与B站场在划分站场边界时，要保证股道到站场边界最短距离要大于DGPS误差精度，即保证图中的Δd大于DGPS误差精度，目的是为了保证机车运行到该站场的股道可以正确定位到轨道区段。

需要说明的是，DGPS误差精度为DGPS设备固有的误差精度。

作为进一步优选的方案，本实施例中的基站频点切换过程包括两种情况：一是在当前站场有GPS信号的情况下，二是在当前站场无GPS信号的情况下。

如图5所示，在当前站场有GPS信号的情况下，基站频点切换的过程为：

S21、获取当前数传电台连接基站的频点的无线信号的强度，并判断无线信号的强度是否小于设定的强度阈值10db，若否，则不进行基站频点切换；若是，则执行步骤S22；

S22、根据机车当前的GPS坐标点，采用判断点在多边形内的算法在基站边界表中查找下一个覆盖该坐标点的基站序号，该基站边界表由多个基站覆盖范围边界线段的端点序列表构成；

S23、若未查到找覆盖该坐标点的基站，则进行无GPS信号情况下的基站频点切换；

S24、若查找到覆盖该坐标点的基站，则将当前基站频点切换至该基站对应的频点；

S25、判断切换后的基站频点中无线信号的强度是否小于设定的强度阈值10db，若否，则基站频点切换结束；若是，则执行步骤S22；

如图6所示，在当前站场无GPS信号时，进行基站频点自动切换的过程为：

S31、将当前的基站频点作为频点切换的原基站，并在基站切换序列表中查找与原基站对应的相邻基站切换序列，基站切换序列表由各基站的相邻基站序列构成；

S32、按照该相邻基站切换序列，依次到各基站对应的频点；

S33、在每次切换基站频点后，判断切换后基站频点的无线信号强度是否小于设定的强度阈值10db，若是则执行步骤S32，若否则基站频点切换完成。

需要说明的是，在进行基站频点自动切换时未检测到GPS信号以及未查到找覆盖该坐标点的基站边界序号时，均可用上述无GPS信号时的频点切换方案。

具体地，频点切换程序处理状态包括状态d：无线信号强，e状态：无线信号弱，状态f：相邻基站，状态g：新基站。其具体转化如图7所示：

机车运行时，当处于d状态时，此时不进行频点切换。

随着机车的运行，运行到无线信号弱的地方，转化到无线信号弱e状态时，分为有GPS信号与无GPS信号两种情况。在有GPS信号时：此时按照当前GPS坐标点进行基站边界表顺序查找。如果没有找到覆盖该坐标点的基站，按照下面无GPS信号时所述转化：如果找到覆盖该坐标点的基站，执行基站频点切换，切换到该基站对应的频点，此时转化到新基站g状态。

然后再次根据当前的无线信号强度，如无线信号强，完成基站切换，此时转化为无线信号强d状态；如无线信号弱即处于无线信号弱e状态，继续按照当前GPS坐标点进行基站边界表查找，当搜索到下一个基站序号即为已切换过的基站时，在一定时间内不进行基站切换，状态保持在新基站g状态。

如果在频点切换开始时，就未检测到GPS信号时，将当前的基站频点作为原基站，在基站切换序列表中查找，查找到其相邻基站切换序列，顺序依次切换到下一相邻基站，切换到相邻基站f状态，然后再次根据当前的无线信号强度，如无线信号强，完成基站切换，此时转化为无线信号强d状态；如弱即处于无线信号弱e状态，则继续按照当前原基站对应的相邻基站切换序列依次相邻切换到下一相邻基站，此时处于相邻基站f状态，然后再次根据当前的无线信号强度，如无线信号强，完成基站切换，此时转化为无线信号强d状态；如弱即处于无线信号弱e状态，则继续重复相邻切换，直到切换到当前原基站对应的基站切换序列表中最后一个相邻基站为止。之后随着机车运行，按照无线信号强度，依次循环转换下去。

进一步地，基站边界的划分过程为：在企业铁路站场总图上，根据基站的辐射距离，用多边形将各基站覆盖的范围框出来，一个基站的覆盖范围边界由按顺序连接的一组多边形的端点表示；多个基站覆盖范围边界线段的端点序列表构成基站边界表。具体站场边界划分如图8所示：分别用三个多边形将1、2、3将三个基站覆盖范围框出来，各个基站覆盖站场可以重叠，特别注意要保证各个站场边界4、5、6、7都至少在一个基站的覆盖范围内，并同时保证基站到基站边界之间最长距离要小于基站发送的有效辐射距离，即保证图8中的Δd小于基站发送的有效辐射距离。

进一步地，本实施例中的基站切换序列表是根据各基站在整个企业铁路站场总图上的空间位置分布关系，基站切换按照相邻基站切换的原则，每个基站对应一个相邻基站切换序列；所有基站的相邻基站切换序列表构成基站切换序列表。

如图9所示，本实施例公开了一种铁路站场、频点切换系统，包括：地面设备和车载设备，该地面设备包括数传基站10、DGPS差分服务器20，该车载设备包括安装在机车上的数传电台30、主机40以及DGPS模块50；

数传基站10、DGPS差分服务器20通过网络互相连接，数传电台30和DGPS模块50分别通过串口与主机40连接进行数据传输，数传基站10与数传电台30进行无线通信；

其中：数传基站10用于无线下发GPS 差分校准数据信息；

DGPS差分服务器20用于产生GPS 差分校准数据信息，并将该差分校准数据信息发送给数传基站10；

数传电台30用于接收数传基站10转发来的差分校准数据信息，并将该差分校准数据信息发送给主机40；

主机40用于负责进行站场切换、频点切换运算，其内存储有站场边界表、基站边界表以及基站切换序列表；另将从数传电台30接收到的差分校准数据信息转发至DGPS模块50。

DGPS模块50用于接收机车所处站场GPS坐标，集合主机40发来的差分校准数据产生差分校准后的GPS坐标，并将该GPS坐标点发送至主机40；

作为进一步优选的方案，基础数据静态表包括站场边界表、基站边界表以及基站切换序列表；

站场边界表由多个站场的端点序列表构成，每个站场的边界由按顺序连接的一组多边形的端点表示；

基站边界表由多个基站覆盖范围边界的端点序列表构成，每个基站的覆盖范围边界由按顺序连接的一组多边形的端点表示；

基站切换序列表由所有基站的相邻基站切换序列表构成。

作为进一步优选的方案，主机40包括位置坐标获取模块、无线信号强度获取模块、站场切换模块和频点切换模块；

获取模块用于获取机车当前站场的坐标，并将该位置坐标发送至站场切换模块和频点切换模块；

无线信号强度获取模块用于获取当前基站频点的无线信号强度，并将无线信号强度发送至频点切换模块；

站场切换模块用于在机车当前的GPS坐标点不在当前站场的GIS边界覆盖区域内时，根据机车当前的GPS坐标点在站场边界表中进行查找，得到用于切换的站场，实现站场切换；

频点切换模块用于获取当前基站频点的无线信号的强度，并根据无线信号的强度进行基站频点切换。

作为进一步优选的方案，站场切换模块包括依次连接的查找单元、执行单元、计算单元以及核对单元；

查找单元用于根据机车当前的GPS坐标点，在站场边界表中查找覆盖该坐标点的站场；

执行单元用于在未查找到覆盖该坐标点的站场，则机车停留在当前站场不进行站场切换；在查找到覆盖该坐标点的站场，则将机车所在当前站场切换至覆盖该坐标点的站场边界的站场；

计算单元用于在在切换后的站场轨道区段顺序表中，分别计算该坐标点到站场轨道区段的距离，得到多个距离值；

核对单元用于多个距离值中查找是否存在距离该点不大于定位精度0.8m的轨道区段，若存在确定站场切换正确。

作为进一步优选的方案，频点切换模块包括第一切换单元和第二切换单元；

第一切换单元用于在当前站场内有GPS信号时，根据机车当前GPS坐标点进行基站频点切换；

第二切换单元用于当前站场内无GPS信号时，根据当前基站频点的无线信号强度进行基站频点切换。

需要说明的是，该系统的应用原理为：当机车所处站场有GPS信号时，机车通过DGPS模块50接收到所处站场位置坐标，根据用于站场切换的站场边界表及用于频点切换的基站边界表，判断机车当前所处的位置实现机车站场与频点的自动切换。当机车所处站场没有GPS信号时，根据当前接收到的无线信号强度，如弱则将当前的基站频点为原基站在基站切换序列表查找，查找到其相邻基站切换序列，顺序依次切换到下一相邻基站频点，切换后如无线信号强度仍弱，则依次切换到下一相邻基站频点，直到相邻切换到无线信号强的基站频点。在有无GPS信号时都可高效实现机车基站频点的自动切换问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。