專利名稱：高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型屬于鐵路列車運行應用領域，具體地說是涉及一種列車在運行過程中 如何追蹤接近列車預警的方法及其系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]隨著高速鐵路開通運行，中國鐵路也進入快速發(fā)展階段，如何安全有效的保證動 車運營，不僅關系到動車組的運行效率，同時也關系到人民的生命安全。為了防止列車追尾 等突發(fā)的小概率事件的發(fā)生，急需建立一套列車追蹤接近預警系統(tǒng)。[0003]一般來說，列車在運行過程中，列車的運行速度、運行位置信息是定位列車的重要 數據，在鐵路的運營中有很多確定列車位置的方法和設備，比如使用地面軌道信號確定列 車對軌道的占用情況，來確定列車的運行區(qū)段。但是使用地面軌道信號只能在地面確定列 車的位置，在列車上不能確定列車之間的相互位置關系。實用新型內容[0004]本實用新型的目的是提供一種高速鐵路列車追蹤接近預警方法及其系統(tǒng)，利用 GPS全球定位系統(tǒng)，應答器電子標簽，結合慣性導航和陀螺儀，依靠車載設備確定列車位置， 利用現有的GPRS/GMS-R無線通信網絡，建立動態(tài)列車定位預警網絡，實時監(jiān)測列車運行狀 態(tài)，并把本車的運行狀態(tài)和前車的運行狀態(tài)實時的顯示在車載顯示屏上，為司機提供直觀 的預警信息，為指導司機安全行車提供參考依據，保障行車安全。[0005]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案[0006]一種高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應答器及位于列 車上的車載設備；所述的車載設備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運行狀態(tài) 信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設備把獲取的列車位置信息通過無線網絡發(fā)送 到地面設備；所述的地面設備接收來自車載設備的列車位置信息，對列車間的相對位置進 行邏輯判斷，根據判斷結果產生預警信息發(fā)送到車載設備中。[0007]所述的車載設備包括位于列車車頂的GPS天線、位于列車內部的GPS接收單元和 定位單元；所述的GPS接收單元和定位單元均通過通信單元與地面設備通信連接；且來自 地面設備的預警信息通過通信單元送至車載設備的預警單元中。[0008]所述的定位單元由車載的慣性導航儀和陀螺儀構成；通信單元為GPRS或GSM-R無 線數據傳輸模塊。[0009]地面設備由通信服務器、位置服務器及預警服務器組成；所述的通信服務器接收 來自列車車載設備的列車位置信息，然后發(fā)送至位置服務器中；位置服務器對列車之間的 相對位置進行邏輯判斷，并將判斷結果發(fā)送至預警服務器中，最終由預警服務器產生預警 信息發(fā)送到車載設備的預警單元中。[0010]采用上述技術方案的本實用新型，在列車上安裝能檢測列車位置信息的車載設 備，使用車載設備確定列車的定位信息，并把定位信息通過GPRS/GSM-R無線網絡發(fā)送到地面設備，地面設備通過列車的位置信息對列車間定位信息進行邏輯判斷，并把預警的信息 發(fā)送到車載設備，進行預警提示。它具有以下優(yōu)點[0011](I)本實用新型的車載設備，結構簡單，不僅能滿足對列車定位、顯示、預警提示的 需要，而且便于在列車內部安裝；[0012](2)本實用新型的地面設備只有服務器，接口服務器、預警服務器、位置服務器，不 僅能滿足對列車接近預警的邏輯處理，而且建設的投資小，方便施工完成；[0013](3)本實用新型采用才用GPS全球定位系統(tǒng)，應答器電子標簽，線路基礎數據庫， 結合慣性導航和陀螺儀綜合定位方式，保證列車定位的準確；[0014](4)本實用新型對列車運行狀態(tài)的實時監(jiān)測不依賴軌道地面設備確定列車位置信 息，不受地面設備故障的影響；[0015](5)本實用新型對列車運行狀態(tài)監(jiān)測不依賴于列車其他設備，也不受列控設備故 障的影響；[0016](6)本實用新型使用現有的GPRS/GSM-R網絡做數據傳輸通道，不需要從新投資建 設網絡通訊；[0017](7)本實用新型使用既有的GPS全球定位系統(tǒng)，結合車載設備的其他定位設備來 確定列車位置，系統(tǒng)施工方便，投資小。


[0018]圖1為本實用新型的整體結構圖。[0019]圖2為本實用新型的區(qū)間定位原理圖。[0020]圖3為本實用新型的隧道定位原理圖。[0021]圖4為本實用新型的車站定位原理圖。[0022]圖5為本實用新型的側線判別原理圖。[0023]圖6為本實用新型通信流程原理圖。
具體實施方式
[0024]一種高速鐵路列車追蹤接近預警方法，它包括以下步驟[0025]①、在GPS信號覆蓋區(qū)段，將設置在鐵路線路上的應答器作為電子標簽，建立全路 GPS定位線路基礎數據庫，該全路GPS定位線路基礎數據庫以應答器電子標簽為基本定位 單元，即應答器標識了預警線路的起始和終止，并與線路GPS經緯度數據庫結合。預警系 統(tǒng)利用應答器電子標簽作為列車位置的校核，線路GPS經緯度數據庫作為線路運行定位標 識。在GPS信號未覆蓋區(qū)段，將應答器與位于列車上的慣性導航儀和陀螺儀結合起來作為 電子標簽，然后再與GPS結合構成綜合多重定位模式，從而實現GPS覆蓋區(qū)和非覆蓋區(qū)的無 縫連續(xù)定位。[0026]②、在列車上安裝車載設備，車載設備一方面利用GPS天線接收GPS定位信息，另 一方面獲取列車運行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設備把獲取的列車位 置信息通過無線網絡發(fā)送到地面設備。[0027]上述列車運行狀態(tài)信息包括列車的運行速度信息和運行方位信息。在GPS信號覆 蓋區(qū)段，運行方位信息通過GPS定位獲??；在GPS信號未覆蓋區(qū)段，運行方位信息通過位于列車上的慣性導航儀和陀螺儀定位獲取。具體地說其一，在GPS信號覆蓋區(qū)段，當收到應 答器信息時，根據GPS定位線路基礎數據庫中的GPS坐標范圍確定該應答器位置是否正確 可用，如果不正確則忽略該應答器；如果正確利用應答器進行精確定位。其二，在GPS信號 未覆蓋區(qū)段，通過慣性導航儀測量列車的運行速度，通過計算應答器的相對位移確定列車 的位置；當收到應答器時，判斷GPS定位線路基礎數據庫中的應答器電子標簽位置是否正 確可用，如果不正確則忽略該應答器；如果正確利用應答器進行精確定位。其三，列車運行 在車站時，利用位于列車上的慣性導航儀和陀螺儀輸出的運行速度信息和運行方位信息， 繪制列車運行的矢量曲線軌跡，根據慣性導航和陀螺儀在不同的曲線上的輸出的信息不 同，繪制慣性導航和陀螺儀的信息矢量軌跡數學模型。上述的矢量軌跡數學模型包括列車 運行矢量軌跡圖和鐵路矢量軌跡數據模型，其中，列車運行矢量軌跡圖由進側線判別處理 裝置根據慣性導航儀和陀螺儀獲取的數據繪制得出，鐵路矢量軌跡數據模型根據線路基礎 數據庫得到。需要說明的是，列車運行矢量軌跡圖，是慣性導航和陀螺儀在不同的曲線上的 輸出的信息不同，繪制慣性導航和陀螺儀的信息矢量軌跡數學模型，因此它表征了列車運 行的矢量曲線軌跡；而鐵路矢量軌跡數據模型表征了鐵路線路固有的信息狀態(tài)。將列車運 行矢量軌跡圖和鐵路矢量軌跡數據模型進行對比，可判別列車是正線運行還是進側線。一 般來說，如圖5所示，列車在運行過程中，在進側線運行時，都是需要經過道岔轉換才能從 正線運行轉到側線運行，同時在側線運行的列車需要進入正線運行也需要經過道岔轉換。 經過對比可知，列車在正線運行時，列車運行矢量軌跡為直線；列車從正線轉入側線時，列 車運行矢量軌跡則會出現波動。圖5為列車從正線經過道岔轉換進入側線，再經過道岔轉 換進入正線的矢量軌跡數學模型。[0028]③、在地面建立預警系統(tǒng)，該預警系統(tǒng)根據接收車載設備提供的列車位置信息，對 列車間的相對位置進行邏輯判斷；根據判斷結果把列車間的追蹤關系發(fā)送到車載設備，實 現列車的追蹤接近預警功能。[0029]一種高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應答器及位于列 車上的車載設備；所述的車載設備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運行狀態(tài) 信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設備把獲取的列車位置信息通過無線網絡發(fā)送 到地面設備；所述的地面設備接收來自車載設備的列車位置信息，對列車間的相對位置進 行邏輯判斷，根據判斷結果產生預警信息發(fā)送到車載設備中。[0030]車載設備包括位于列車車頂的GPS天線、位于列車內部的GPS接收單元和定位單 元，定位單元由車載的慣性導航儀和陀螺儀構成；所述的GPS接收單元和定位單元均通過 通信單元與地面設備通信連接；且來自地面設備的預警信息通過通信單元送至預警單元 中。[0031]上述的GPS接收單元接收來自于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System)的GPS定位信號，它是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間 衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，是由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。目前鐵路信號、通信等系 統(tǒng)也多采用GPS技術進行列車定位、系統(tǒng)校時等功能，同時許多研發(fā)在多條鐵路線路上進 行了 GPS技術在鐵路系統(tǒng)列車定位方面運用精度、準確度的研究和試驗工作。高速鐵路列 車追蹤接近預警系統(tǒng)深化研究GPS系統(tǒng)在列車定位中的運用，列車定位包括列車運行的線 名、行別、里程等準確定位信息。GPS全球定位系統(tǒng)使用的是共用的定位系統(tǒng)，預警系統(tǒng)在列車上安裝GPS天線和GPS接收裝置，接收和解析列車的位置和速度等狀態(tài)信息。[0032]列車定位單元主要包括區(qū)間定位、隧道定位、車站定位、側線判別等幾種情況下的 列車位置信息的采集和處理。如圖2所示，列車運行在區(qū)間時，當收到應答器時，可以通過 基礎數據庫中的GPS坐標范圍確定該應答器位置是否正確可用，如果不正確則忽略該應答 器；如果正確利用應答器進行精確定位。如圖3所示，列車運行在隧道或者沒有GPS信號的 區(qū)間時，通過慣性導航測量列車的速度，通過計算應答器的相對位移確定列車的位置。當收 到應答器時，可以通過基礎數據庫中的應答器電子標簽位置是否正確可用，如果不正確則 忽略該應答器；如果正確利用應答器進行精確定位。如圖4和5所示，列車運行在車站時， 利用車載的慣性導航和陀螺儀并結合線路基礎數據庫，使用數學模型計算列車運行的矢量 軌跡，判斷列車正線運行還是側線運行。[0033]如圖6所示，車載設備與地面設備通過無線網絡進行數據交換。車載設備把檢測 到列車的位置信息通過無線網絡發(fā)送到地面設備的數據接收服務器。同時地面設備處理、 判斷列車間的相對位置，如果列車間的相對位置短于設定距離，則產生預警信息，地面設備 把預警信息通過無線網絡發(fā)送到車載設備。車載設備把預警信息顯示到顯示器上，對司機 進行采用對不同預警等級采用不同的顯示顏色和不同的聲音進行預警提示。[0034]需要說明的是車載設備和地面設備使用的無線網絡是現在的GPRS移動公網和 GSM-R鐵路專用網，在有GSM-R的鐵路專用網的區(qū)段使用GSM-R鐵路專用網，沒有GMS-R鐵 路專用網的區(qū)段使用GPRS移動公網。通信單元為GPRS或GSM-R無線數據傳輸模塊。
權利要求1.一種高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于它包括位于鐵路線路上的應答器及位于列車上的車載設備；所述的車載設備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設備把獲取的列車位置信息通過無線網絡發(fā)送到地面設備；所述的地面設備接收來自車載設備的列車位置信息，對列車間的相對位置進行邏輯判斷，根據判斷結果產生預警信息發(fā)送到車載設備中。
2.根據權利要求1所述的高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設備包括位于列車車頂的GPS天線、位于列車內部的GPS接收單元和定位單元；所述的GPS接收單元和定位單元均通過通信單元與地面設備通信連接；且來自地面設備的預警信息通過通信單元送至車載設備的預警單元中。
3.根據權利要求2所述的高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于所述的定位單元由車載的慣性導航儀和陀螺儀構成；通信單元為GPRS或GSM-R無線數據傳輸模塊。
4.根據權利要求1所述的高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，其特征在于地面設備由通信服務器、位置服務器及預警服務器組成；所述的通信服務器接收來自列車車載設備的列車位置信息，然后發(fā)送至位置服務器中；位置服務器對列車之間的相對位置進行邏輯判斷，并將判斷結果發(fā)送至預警服務器中，最終由預警服務器產生預警信息發(fā)送到車載設備的預警單元中。
專利摘要一種高速鐵路列車追蹤接近預警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應答器及位于列車上的車載設備；車載設備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設備把獲取的列車位置信息通過無線網絡發(fā)送到地面設備；地面設備接收來自車載設備的列車位置信息，對列車間的相對位置進行邏輯判斷，根據判斷結果產生預警信息發(fā)送到車載設備中。它具有以下優(yōu)點(1)本實用新型的車載設備，結構簡單，不僅能滿足對列車定位、顯示、預警提示的需要，而且便于在列車內部安裝；(2)本實用新型的地面設備只有服務器，接口服務器、預警服務器、位置服務器，不僅能滿足對列車接近預警的邏輯處理，而且建設的投資小，方便施工完成；(3)本實用新型采用才用GPS全球定位系統(tǒng)，應答器電子標簽，線路基礎數據庫，結合慣性導航和陀螺儀綜合定位方式，保證列車定位的準確。
文檔編號B61L23/08GK202827642SQ20122042320
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2012年8月24日
發(fā)明者趙松, 王洪良, 王少華, 郭向輝, 付強, 楊曉飛 申請人:河南藍信科技有限公司