專利名稱：列車追蹤接近預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及軌道交通的列車運行自動控制系統(tǒng)，特別是列車在運行過程中的列車追蹤接近預警系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)代列車運行控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)列車位置檢測、車地無線通信與列車超速防護，保證列車間的安全間隔，確保列車在安全速度下在線路追蹤運行，在保障安全的前提下實現(xiàn)鐵路運行能力提升。列車運行控制系統(tǒng)在遇到設備缺陷、臨時故障及人為操作失誤等因素的影響而出現(xiàn)故障時，可能會造成列車超速防護系統(tǒng)功能失效，從而使列車追蹤運行過程中存在碰撞及事故的風險。目前的列控車載設備通過車-地無線信息傳輸網絡僅能獲取自身狀態(tài)、列 車運行移動授權及相關線路參數，尚不能獲取追蹤運行中前方列車的狀態(tài)信息。一旦列車控制系統(tǒng)的相關設備出現(xiàn)故障、失效或錯誤，列車司機將無法得到準確、安全的控制指令，如此則無法確保在與前方列車追蹤運行過程中始終與前車保持安全距離并完全避免安全事故的發(fā)生。因此，為列車增設追蹤接近預警系統(tǒng)，實時向司機給出追蹤前車位置狀態(tài)信息以及安全預警提示，將極有助于列車行車安全的保障。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述技術問題，針對現(xiàn)有列車控制系統(tǒng)技術的不足，提供一種列車追蹤接近預警系統(tǒng)，采用無線傳輸網絡將本車狀態(tài)信息發(fā)送到地面中心，同時接收地面發(fā)送的前車狀態(tài)信息及預警信息，從而輔助現(xiàn)有安全防護系統(tǒng)進一步確保列車運行安全。本發(fā)明的技術方案是列車追蹤接近預警系統(tǒng)，包括車載設備和地面設備；所述的車載設備用于采集本列車狀態(tài)信息，通過無線傳輸網絡發(fā)送列車狀態(tài)信息給地面設備，接收地面設備發(fā)送到列車的信息并進行動態(tài)顯示。車載設備包括車載處理單元、衛(wèi)星定位接收機、無線傳輸單元、預警顯示單元、車輪速度傳感器、輔助定位傳感器和天饋；所述的地面設備接收車載設備所發(fā)送信息并進行預警邏輯判斷，將預警信息返回到車載設備。地面設備包括地址服務器、軌道數據服務器、接口網關、無線傳輸網關、車次號采集服務器、列車位置控制器。所述的車載設備動態(tài)顯示信息包括本車與前車的車次號、速度、里程、預警等級、前方車站站名、本車與前方車站距離。所述的車載設備接收列車定位信息以及列車測速定位傳感器數據。所述的車載設備采用衛(wèi)星定位接收機、車輪速度傳感器通過與數字軌道地圖數據庫進行匹配，將其轉化為一維位置屬性的公里標形式，當衛(wèi)星定位接收機失效時，切換至車輪速度傳感器/輔助傳感器定位模式。所述的列車前后車關系通過地面設備邏輯判斷實現(xiàn)。所述的預警信息根據前后車距離閾值分為不同等級，藍色為提示，黃色為預警，紅色為報警，其中報警閾值可改變。所述的車載設備和地面設備通過無線傳輸網絡通信。所述的列車位置控制器由接口服務器網關、安全通信網關、位置應用服務器、管理服務器、操作管理終端、顯示大屏和差分衛(wèi)星定位數據接收網關組成。所述的地面設備中設置衛(wèi)星定位差分基站，為車站及鄰近區(qū)間運行列車提供差分衛(wèi)星定位基準信息，地面衛(wèi)星定位差分站均設置以所在車站位置為中心的管轄區(qū)域，相鄰差分站管轄范圍存在一定重合區(qū)，列車行經轄區(qū)重合區(qū)時，車載設備自動實現(xiàn)衛(wèi)星差分站接入權的交接，地面衛(wèi)星定位差分站通過無線傳輸網絡向其覆蓋范圍內的各列列車車載設備發(fā)送差分信息，車載設備通過無線傳輸網絡獲取差分數據，具體工作過程為(1)列車所在差分覆蓋區(qū)域的差分站接收機接收衛(wèi)星信號，解算出差分校正信息，通過有線網絡傳送至接入網關；(2)接入網關將所得差分信息轉發(fā)至地面列車位置控制器；(3)列車位置控制器執(zhí)行差分信息至轄區(qū)運行列車的分配邏輯，按分配情況分別將差分信息通過無線傳輸網 絡發(fā)送至各列車車載設備，車載設備的無線傳輸單元接收該信息；(4)車載設備無線傳輸單元將差分信息發(fā)送至車載處理單元；(5)車載處理單元將差分信息轉發(fā)至車載衛(wèi)星定位接收機。所述的差分衛(wèi)星定位基準站的結構及功能包括車載設備中的衛(wèi)星定位接收機與車載處理單元之間采用兩路連接，一路向接收機傳輸差分數據，一路從接收機獲取位置信息；差分基準站兼有完整性自主監(jiān)測功能，差分基準站對其定位質量進行實時自主監(jiān)測，以確保列車進入車站區(qū)域時能夠盡可能在任意時刻、任意線路位置獲取差分服務；車載設備差分定位所利用的原始差分數據，能夠以初始形態(tài)發(fā)送給地面中心，以備地面中心進行后處理差分計算以及定位事件回放與診斷。所述的地面設備中的軌道數據服務器存儲所轄區(qū)域的線路信息，將由車載設備獲取的列車位置與數字軌道數據庫進行匹配獲取最終列車定位結果，軌道地圖數據庫包含如下幾類數據文件(I)線路數據表，包含區(qū)間、站內(含正/側線)的經緯度坐標位置以及里程數據；(2)線路屬性表，描述關鍵線路位置目標對應的屬性情況，如信號機、道岔、坡度；
(3)應答器信息表，應答器作為列車軌道占用校驗的輔助手段，應答器信息表包含應答器的ID和位置信息。所述的地面設備的列車位置控制器完成相鄰列車排序、識別及預警邏輯計算，由于存在前車進站(進入側線股道)、列車行駛方向的因素影響，需要重新建立前后車追蹤預警邏輯關系(1)當前車進入側線，后車與前車取消追蹤預警邏輯關系，重新查找與本車同股道的另外一相鄰前車并建立預警邏輯；(2)當處于不同公里標兩列列車以不同方向運行時，兩者間不建立預警邏輯關系；(3)車載設備中衛(wèi)星定位失效時采用車輪速度傳感器、輔助定位傳感器數據進行邏輯運算；前車進入側線后，本車的前車變換為與本車同股道的前方相鄰另一列車；(4)前車位置丟失后，以丟失時刻的位置作為前車位置，預警邏輯按正常情況計算，當后車越過前車丟失時刻的位置后，與該前車的預警邏輯關系解除。本發(fā)明的優(yōu)點是列車追蹤接近預警系統(tǒng)可以將本列車的位置、速度、狀態(tài)等信息通過無線傳輸網絡發(fā)送到地面設備，地面通過預警邏輯判斷將前車信息以及預警信息發(fā)送到本車，并在必要情況下向司機給出預警顯示、語音提示等方式的預警指令，司機根據指令控制列車運行以確保避免安全事故發(fā)生。本發(fā)明能在追蹤運行過程中實時準確了解前方列CN 102923167 A說明書3/5 頁車的狀態(tài)并向列車司機提供有效預警提示，在列車超速防護等控制系統(tǒng)基礎上進一步增強列車行車安全保障能力，避免行車安全事故的發(fā)生。


圖I為列車追蹤接近預警系統(tǒng)結構示意圖。
圖2為車載設備結構示意圖。
圖3為地面設備結構示意圖。
圖4為差分定位系統(tǒng)原理圖。
圖5為預警閾值示意圖。
圖6為列車追蹤接近預警系統(tǒng)功能原理。
具體實施方式
下面結合實施例進一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制，本發(fā)明的范圍在權利要求書中提出。
如圖1，列車追蹤接近預警系統(tǒng)包括車載設備和地面設備；其中，車載設備用于檢測列車狀態(tài)，列車狀態(tài)信息包括列車車次號、速度、經緯度坐標位置、公里標位置；通過無線傳輸網絡發(fā)送列車狀態(tài)信息給地面設備并接收地面設備發(fā)送到列車的信息；動態(tài)顯示本車信息、前車信息以及預警信息。地面設備的主要功能包括列車預警邏輯判斷、列車位置計算、轉發(fā)衛(wèi)星差分基準站差分信息、列車位置監(jiān)控；接收車載設備發(fā)送的列車狀態(tài)信息并將處理之后的信息(包括線路號、公里標、前方列車狀態(tài)、預警邏輯值、列車衛(wèi)星差分定位信息等)發(fā)送給車載設備；
列車追蹤接近預警系統(tǒng)由地面設備和車載設備組成。安裝在列車上的車載設備包括車載處理單元、衛(wèi)星定位接收機、無線傳輸單元、預警信息顯示單元、車輪傳感器、輔助定位傳感器和天饋部分。地面設備包括地址服務器、軌道數據服務器、接口網管、無線傳輸網關、衛(wèi)星定位差分基準站。
車載處理單元同時接收衛(wèi)星差分定位數據、車輪速度傳感器及其它輔助傳感器的列車位置測量數據，利用數據融合計算獲取綜合定位結果，通過無線傳輸單元將定位結果發(fā)送到地面設備。地面設備接收到列車狀態(tài)數據之后對列車位置進行地圖匹配，然后通過地面無線傳輸單元將本車與經判別的前方列車狀態(tài)信息以及通過預警計算邏輯得到的預警信息發(fā)送至列車上，車載處理單元在接收到這些信息之后將其發(fā)送給車載顯示單元。預警顯示單元根據預警等級顯示不同的報警提示藍色為提示，黃色為預警，紅色為報警，如圖5所示。預警顯示單元分別顯示本車、前車追蹤運行狀態(tài)，包括列車車次、方向、位置、速度等，并包含司機啟動、停止語音預警提示功能的控制按鈕。
本發(fā)明具備列車實時精確定位功能。車載設備設置衛(wèi)星定位接收機、車輪速度傳感器以及輔助定位傳感器，采用數據融合判決邏輯確定列車位置。車載設備可在定位條件充分的情況下(即各傳感器工作正常，衛(wèi)星可見性滿足要求)與非充分的情況下(傳感器故障，或可見衛(wèi)星數低于解算需求)給出連續(xù)可用的定位結果。
為了保證列車定位精度，地面設備中設置衛(wèi)星定位差分基站，為車站及鄰近區(qū)間運行列車提供差分衛(wèi)星定位基準信息。地面衛(wèi)星定位差分站均設置以所在車站位置為中心6的管轄區(qū)域，相鄰差分站管轄范圍存在一定重合區(qū)，列車行經轄區(qū)重合區(qū)時，車載設備自動實現(xiàn)衛(wèi)星差分站接入權的交接，保證差分信息無縫覆蓋。地面衛(wèi)星定位差分站通過無線傳輸網絡向其覆蓋范圍內的各列列車車載設備發(fā)送差分信息，車載設備通過無線傳輸網絡獲取差分數據，具體工作過程為(I)列車所在差分覆蓋區(qū)域的差分站接收機接收衛(wèi)星信號， 解算出差分校正信息，通過有線網絡傳送至接入網關；(2)接入網關將所得差分信息轉發(fā)至地面列車位置控制器；(3)列車位置控制器執(zhí)行差分信息至轄區(qū)運行列車的分配邏輯， 按分配情況分別將差分信息通過無線傳輸網絡發(fā)送至各列車車載設備，車載設備的無線傳輸單元接收該信息；(4)車載設備無線傳輸單元將差分信息發(fā)送至車載處理單元；(5)車載處理單元將差分信息轉發(fā)至車載衛(wèi)星定位接收機；差分定位系統(tǒng)原理圖如圖4所示。
差分衛(wèi)星定位基準站的結構及功能包括車載設備中的衛(wèi)星定位接收機與車載處理單元之間采用兩路連接，一路向接收機傳輸差分數據，一路從接收機獲取位置信息；差分基準站兼有完整性自主監(jiān)測功能，差分基準站對其定位質量進行實時自主監(jiān)測，以確保列車進入車站區(qū)域時能夠盡可能在任意時刻、任意線路位置獲取差分服務；車載設備差分定位所利用的原始差分數據，能夠以初始形態(tài)發(fā)送給地面中心，以備地面中心進行后處理差分計算以及定位事件回放與診斷。
本發(fā)明具備地圖匹配計算功能。地面設備中的軌道數據服務器存儲所轄區(qū)域的線路信息，將由車 載設備獲取的列車位置與數字軌道數據庫進行匹配獲取最終列車定位結果。軌道地圖數據庫包含如下幾類數據文件(I)線路數據表，包含區(qū)間、站內(含正/側線)的經緯度坐標位置以及里程數據；(2)線路屬性表，描述關鍵線路位置目標對應的屬性情況，如信號機、道岔、坡度等；(3)應答器信息表，應答器作為列車軌道占用校驗的輔助手段，應答器信息表包含應答器的ID和位置信息。
本發(fā)明具備預警邏輯計算功能。地面設備的列車位置控制器完成相鄰車排序、識別及預警邏輯計算。由于存在前車進站(進入側線股道)、列車行駛方向等因素影響，需要重新建立前后車預警邏輯關系(I)當前車進入側線，后車與前車取消追蹤預警邏輯關系，重新查找與本車同股道的另外一相鄰前車并建立預警邏輯；(2)當處于不同公里標兩列列車以不同方向運行時，兩者間不建立預警邏輯關系；(3)車載設備中衛(wèi)星定位失效時采用車輪速度傳感器、輔助定位傳感器數據進行邏輯運算；前車進入側線后，本車的前車變換為與本車同股道的前方相鄰另一列車；(4)前車位置丟失后，以丟失時刻的位置作為前車位置， 預警邏輯按正常情況計算，當后車越過前車丟失時刻的位置后，與該前車的預警邏輯關系解除。
本發(fā)明具備無線傳輸功能。在列車運行全過程中將實現(xiàn)車載設備和地面設備間信息傳輸，信息通過無線傳輸網絡進行交互。本發(fā)明的車載設備將列車信息發(fā)送到地面，這些信息包括列車的車次號、速度、經緯度坐標位置、公里標位置；地面設備也會自動接收車載設備的數據并且將處理之后的信息(包括線路號、公里標、前方列車狀態(tài)、預警邏輯值、列車衛(wèi)星差分定位信息)發(fā)送給車載設備。本發(fā)明的預警車載設備與地面設備以固定時間間隔進行信息交互。
本發(fā)明具備預警顯示功能。預警顯示單元顯示的信息有本車車次號、本車速度、 本車里程、前車車次號、前車速度、前車里程、本車與前車的距離、前方車站的名稱以及前方車站的距離；前車進側線、前車位置丟失以及本車進側線均會以文字以及圖形方式提示；根據預警等級不同本車顏色具有顯著變化，并且在必要時刻可進行語音報警提示。本車與追蹤前車的距離在顯示上表示為兩車里程差值的絕對值。
本發(fā)明可以使用在覆蓋無線傳輸網絡的鐵路線路，包括隧道、山區(qū)、車站、線路所。
以上參照附圖對本申請的示例性的實施方案進行了描述。本領域技術人員應該理解，上述實施方案僅僅是為了說明目的所舉的示例，而不用來進行限制，凡在本申請的教導和權利要求保護范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本申請要求保護的范圍內。
權利要求
1.列車追蹤接近預警系統(tǒng)，包括車載設備和地面設備；特征在于 所述的車載設備用于采集本列車狀態(tài)信息，通過無線傳輸網絡發(fā)送列車狀態(tài)信息給地面設備，接收地面設備發(fā)送到列車的信息并進行動態(tài)顯示；車載設備包括車載處理單元、衛(wèi)星定位接收機、無線傳輸單元、預警顯示單元、車輪速度傳感器、輔助定位傳感器和天饋； 所述的地面設備接收車載設備所發(fā)送信息并進行預警邏輯判斷，將預警信息返回到車載設備；地面設備包括地址服務器、軌道數據服務器、接口網關、無線傳輸網關、車次號采集服務器、列車位置控制器。
2.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設備動態(tài)顯示信息包括本車與前車的車次號、速度、里程、預警等級、前方車站站名、本車與前方車站距離。
3.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設備接收列車定位信息以及列車測速定位傳感器數據。
4.根據權利要求3所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設備采用衛(wèi)星定位接收機、車輪速度傳感器通過與數字軌道地圖數據庫進行匹配，將其轉化為一維位置屬性的公里標形式，當衛(wèi)星定位接收機失效時，切換至車輪速度傳感器/輔助傳感器定位模式。
5.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的列車前后車關系通過地面設備邏輯判斷實現(xiàn)。
6.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的預警信息根據前后車距離閾值分為不同等級，藍色為提示，黃色為預警，紅色為報警，其中報警閾值可改變。
7.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設備和地面設備通過無線傳輸網絡通信。
8.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的列車位置控制器由接口服務器網關、安全通信網關、位置應用服務器、管理服務器、操作管理終端、顯示大屏和差分衛(wèi)星定位數據接收網關組成。
9.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的地面設備中設置衛(wèi)星定位差分基站，為車站及鄰近區(qū)間運行列車提供差分衛(wèi)星定位基準信息，地面衛(wèi)星定位差分站均設置以所在車站位置為中心的管轄區(qū)域，相鄰差分站管轄范圍存在一定重合區(qū)，列車行經轄區(qū)重合區(qū)時，車載設備自動實現(xiàn)衛(wèi)星差分站接入權的交接，地面衛(wèi)星定位差分站通過無線傳輸網絡向其覆蓋范圍內的各列列車車載設備發(fā)送差分信息，車載設備通過無線傳輸網絡獲取差分數據，具體工作過程為(1)列車所在差分覆蓋區(qū)域的差分站接收機接收衛(wèi)星信號，解算出差分校正信息，通過有線網絡傳送至接入網關；(2)接入網關將所得差分信息轉發(fā)至地面列車位置控制器；(3)列車位置控制器執(zhí)行差分信息至轄區(qū)運行列車的分配邏輯，按分配情況分別將差分信息通過無線傳輸網絡發(fā)送至各列車車載設備，車載設備的無線傳輸單元接收該信息；(4)車載設備無線傳輸單元將差分信息發(fā)送至車載處理單元；(5)車載處理單元將差分信息轉發(fā)至車載衛(wèi)星定位接收機。
10.根據權利要求9所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的差分衛(wèi)星定位基準站的結構及功能包括車載設備中的衛(wèi)星定位接收機與車載處理單元之間采用兩路連接，一路向接收機傳輸差分數據，另一路從接收機獲取位置信息；差分基準站兼有完整性自主監(jiān)測功能，差分基準站對其定位質量進行實時自主監(jiān)測，以確保列車進入車站區(qū)域時能夠盡可能在任意時刻、任意線路位置獲取差分服務；車載設備差分定位所利用的原始差分數據，能夠以初始形態(tài)發(fā)送給地面中心，以備地面中心進行后處理差分計算以及定位事件回放與診斷。
11.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的地面設備中的軌道數據服務器存儲所轄區(qū)域的線路信息，將由車載設備獲取的列車位置與數字軌道數據庫進行匹配獲取最終列車定位結果，軌道地圖數據庫包含如下幾類數據文件(1)線路數據表，包含區(qū)間、站內包含正/側線的經緯度坐標位置以及里程數據；(2)線路屬性表，描述關鍵線路位置目標對應的屬性情況，如信號機、道岔、坡度；(3)應答器信息表，應答器作為列車軌道占用校驗的輔助手段，應答器信息表包含應答器的ID和位置信息。
12.根據權利要求I所述的列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的地面設備的列車位置控制器完成相鄰列車排序、識別及預警邏輯計算，由于存在前車進站包括進入側線股道、列車行駛方向的因素影響，需要重新建立前后車追蹤預警邏輯關系(1)當前車進入側線，后車與前車取消追蹤預警邏輯關系，重新查找與本車同股道的另外一相鄰前車并建立預警邏輯；(2)當處于不同公里標兩列列車以不同方向運行時，兩者間不建立預警邏輯關系；(3)車載設備中衛(wèi)星定位失效時采用車輪速度傳感器、輔助定位傳感器數據進行邏輯運算；前車進入側線后，本車的前車變換為與本車同股道的前方相鄰另一列車；(4)前車位置丟失后，以丟失時刻的位置作為前車位置，預警邏輯按正常情況計算，當后車越過前車丟失時刻的位置后，與該前車的預警邏輯關系解除。
全文摘要
本發(fā)明提供列車追蹤接近預警系統(tǒng)，采用列車定位信息及安全預警邏輯，利用多種信息無線傳輸模式的優(yōu)勢，對同線路、同方向運行列車的安全狀態(tài)進行實時高效的計算評估，從而對列車追蹤運行中可能出現(xiàn)的危險情況以及信號系統(tǒng)失效導致的安全隱患提供合理、準確、高效的安全預警。該系統(tǒng)利用差分衛(wèi)星導航定位接收機結合車輪速度傳感器實現(xiàn)列車定位，采用車地間無線通信網絡進行列車位置信息傳輸，列車位置信息包括列車運行公里標、速度、方向、線路號、時間戳等，地面列車位置控制器對獲得的轄區(qū)內各列車位置信息進行綜合檢測與處理，進行位置判定邏輯計算和前后車動態(tài)距離計算，在該距離小于不同等級安全預警限值時，通過無線信息傳輸網絡向后車發(fā)送預警信息。
文檔編號B61L23/00GK102923167SQ20121041385
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者蔡伯根, 鐘章隊, 王劍, 蔣文怡, 上官偉, 劉江 申請人:北京交通大學