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基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星，設(shè)置于軌道上的軌道定位設(shè)備以及設(shè)置于列車上的北斗-GPS雙模接收機和車載計算機，列控中心以及在軌道定位設(shè)備正常時與列車實現(xiàn)雙向通信的GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)，在列車正常運行時本系統(tǒng)可協(xié)同軌道定位系統(tǒng)提供更精準的定位信息，在軌道定位設(shè)備失效的情況下本系統(tǒng)為列車提供北斗-GPS雙模定位信息，并利用北斗的雙向通信功能不依靠任何地面通信設(shè)備與列車實現(xiàn)通信，在危機情況下對列車進行自動減速乃至剎車確保列車系統(tǒng)正常運行作為列車的最后保護屏障，在確保列車定位信息可靠性的基礎(chǔ)上提高了列車的安全性。
【專利說明】基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及列車的輔助防護，具體涉及一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸送流動人口和各種物資資源的不平衡分布對我國的鐵路運輸提出了嚴峻的考驗，鐵路的安全運行顯然是保證運輸可靠性至關(guān)重要的因素。中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)劃分四個等級，目前廣泛應(yīng)用的是CTCS-2和CTCS-3。CTCS-2通過軌道電路檢查軌道占用情況，并傳送列控中心向列車發(fā)出的行車許可等信息；通過應(yīng)答器告知列車線路信息，并傳送列控中心發(fā)出的臨時限速等信息。CTCS-3通過軌道電路檢查軌道占用情況；通過應(yīng)答器向列車傳送定位信息；通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)列車與列控中心的雙向通信。兩種列控系統(tǒng)定位方式都依賴于地面設(shè)施，在極端惡劣的情況下可能會出現(xiàn)設(shè)備故障，出現(xiàn)錯誤的定位信號，造成安全隱患。
[0003]相比之下，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有不依賴于地面設(shè)備定位，定位穩(wěn)定性高，不易受天氣，人為等因素的破壞的優(yōu)點，可以為列車提供更加安全穩(wěn)定的運行條件。同時北斗導(dǎo)航系統(tǒng)還具有雙向通信功能，可以為列車和列控中心提供一條新的通信通道，作為特殊情況下通信的可靠保障。因此基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計一套獨立于現(xiàn)有系統(tǒng)的輔助列車安全防護裝置，對進一步提高列車運行的安全性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)及方法，在列車正常運行時協(xié)同原列車定位系統(tǒng)提供更精準的定位信息，在軌道定位設(shè)備失效的極端情況下為列車提供北斗-GPS雙模定位信息并利用北斗的雙向通信功能，有效防止了現(xiàn)有列車定位和通信系統(tǒng)在極端惡劣環(huán)境下發(fā)生故障可能導(dǎo)致的列車安全隱患。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)，包括設(shè)置于軌道上的軌道定位設(shè)備和設(shè)置于列車上的北斗-GPS雙模接收機，所述軌道定位設(shè)備用于軌道信息系統(tǒng)正常時對列車進行軌道定位，生成列車軌道定位信息；所述北斗-GPS雙模接收機在軌道信息系統(tǒng)正常和失效時均用于接收GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星對列車進行定位，生成雙模定位信息。
[0006]車載計算機用于對所述軌道定位信息和雙模定位信息進行比對，在軌道定位設(shè)備正常時對所述軌道定位和雙模定位進行融合計算，將生成的更為精確的融合信息傳送給列控中心。
[0007]所述列控中心在軌道定位設(shè)備正常時通過GSM-R無線通信與列車進行雙向通信，綜合分析多方列車的運行信息，向列車發(fā)出命令信息；所述列控中心在軌道定位設(shè)備失效時通過北斗短報文與列車進行雙向通信。
[0008]一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，首先將基于北斗星導(dǎo)航系統(tǒng)和軌道定位信號系統(tǒng)的定位信息進行比較:
[0009]若兩種系統(tǒng)得出的定位信息匹配，則表明軌道定位設(shè)備正常，此時對所述兩種定位信息進行信息融合，得到更精確的列車定位信息，該種情況下，列車和列控中心通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)進行雙向通信，實現(xiàn)對列車的正常的調(diào)度；
[0010]若兩種系統(tǒng)得出的定位信息不匹配，則表明軌道定位設(shè)備失效，此時列車與列控中心脫離GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)，利用北斗衛(wèi)星北斗短報文進行雙向通信，對列車進行控制并在緊急情況下對列車進行制動。
[0011]在軌道定位設(shè)備正常運行時可協(xié)同原列車定位系統(tǒng)提供更精準的定位信息；在軌道定位設(shè)備失效的情況下為列車提供北斗-GPS雙模定位信息；在危機情況下對列車進行自動減速乃至剎車，作為列車的最后保護屏障，具體包含以下步驟:
[0012]步驟1、信息比對；列車將獲取的來自軌道定位設(shè)備的軌道定位信息和北斗-GPS雙模接收機的雙模定位信息進行比較，如果信息在允許誤差之內(nèi)則認為軌道定位設(shè)備正常，如果信息超過允許誤差則認為軌道定位設(shè)備失效，同時通過北斗短報文告知列控中心以便及時采取修理措施；
[0013]步驟2、信息處理；如果所述信息比對的結(jié)果為軌道定位設(shè)備正常，則將兩種位置信息進行信息融合，得到更精確的列車運行信息；如果結(jié)果為軌道定位設(shè)備失效，則丟棄軌道定位信息，將雙模定位信息作為列車運行狀態(tài)的信息；
[0014]步驟3、信息傳遞；在軌道定位設(shè)備正常的情況下，實時列車運行狀態(tài)信息通過GSM-R無線通信傳送給列控中心；在軌道定位設(shè)備失效的情況下，利用北斗短報文功能將實時列車運行狀態(tài)信息以及軌道故障信息一并傳送給列控中心；
[0015]步驟4、控制運行；列控中心對獲取的列車運行狀態(tài)信息進行綜合分析，判斷列車是否處于安全運行狀態(tài)，在軌道定位設(shè)備正常的情況下通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)、在軌道定位設(shè)備失效的情況下通過北斗短報文傳送給列車，發(fā)出調(diào)度指令，維持列車的正常運行；
[0016]步驟5、緊急制動；在極端危急情況下，當列控中心檢測到前后相鄰的兩列車之間的距離d小于安全值S時，列車通過北斗短報文與所述列控中心進行雙向通信，前方列車向后方列車發(fā)出緊急制動指令，所述車載計算機根據(jù)獲取的包括前、后方列車的距離、自身列車的速度信息以及線路狀況的信息計算出后方列車的所需的制動曲線，采取緊急制動措施。
[0017]所述步驟I的允許誤差的具體計算過程為:記錄每20次軌道定位位置和北
斗-GPS雙模定位位置的差值A(chǔ) X1, A X2,…A X20并求其均值
【權(quán)利要求】
1.一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置于軌道上的軌道定位設(shè)備和設(shè)置于列車上的北斗-GPS雙模接收機，所述軌道定位設(shè)備用于軌道信息系統(tǒng)正常時對列車進行軌道定位，生成列車軌道定位信息；所述北斗-GPS雙模接收機在軌道信息系統(tǒng)正常和失效時均用于接收GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星對列車進行定位，生成雙模定位信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)，其特征在于，車載計算機用于對所述軌道定位信息和雙模定位信息進行比對，在軌道定位設(shè)備正常時對所述軌道定位和雙模定位進行融合計算，將生成的更為精確的融合信息傳送給列控中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護系統(tǒng)，其特征在于，所述列控中心在軌道定位設(shè)備正常時通過GSM-R無線通信與列車進行雙向通信，綜合分析多方列車的運行信息，向列車發(fā)出命令信息；所述列控中心在軌道定位設(shè)備失效時通過北斗短報文與列車進行雙向通信。
4.一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，首先將基于北斗星導(dǎo)航系統(tǒng)和軌道定位信號系統(tǒng)的定位信息進行比較: 若兩種系統(tǒng)得出的定位信息匹配，則表明軌道定位設(shè)備正常，此時對所述兩種定位信息進行信息融合，得到更精確的列車 定位信息，該種情況下，列車和列控中心通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)進行雙向通信，實現(xiàn)對列車的正常的調(diào)度； 上述的信息融合包括對列車3的速度信息的融合和位置信息的融合；其中，列車3獲取的速度信息來源包括設(shè)置于列車3上的北斗-GPS雙模接收機、車輪脈沖測速傳感器和雷達測速等，作為一種較佳實施例，上述的速度信息的融合采用聯(lián)邦卡爾曼濾波算法，以脈沖測速信息作為公共參考信息，經(jīng)各個子濾波器分別濾波后將信息送入主濾波器，和主濾波器的估計值一起融合得到全局最優(yōu)估計；CTCS-3以地面應(yīng)答器收到的位置信息為基準，通過測速單元等設(shè)備測量列車運行距離來獲得列車位置，將這兩種方式獲取的定位信息用卡爾曼濾波的方式進行融合，得到更精準的定位信息； 若兩種系統(tǒng)得出的定位信息不匹配，則表明軌道定位設(shè)備失效，此時列車與列控中心脫離GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)，利用北斗衛(wèi)星北斗短報文進行雙向通信，對列車進行控制并在緊急情況下對列車進行制動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，在軌道定位設(shè)備正常運行時可協(xié)同原列車定位系統(tǒng)提供更精準的定位信息；在軌道定位設(shè)備失效的情況下為列車提供北斗-GPS雙模定位信息；在危機情況下對列車進行自動減速乃至剎車，作為列車的最后保護屏障，具體包含以下步驟: 步驟1、信息比對；列車將獲取的來自軌道定位設(shè)備的軌道定位信息和北斗-GPS雙模接收機的雙模定位信息進行比較，如果信息在允許誤差之內(nèi)則認為軌道定位設(shè)備正常，如果信息超過允許誤差則認為軌道定位設(shè)備失效，同時通過北斗短報文告知列控中心以便及時采取修理措施； 步驟2、信息處理；如果所述信息比對的結(jié)果為軌道定位設(shè)備正常，則將兩種位置信息進行信息融合，得到更精確的列車運行信息；如果結(jié)果為軌道定位設(shè)備失效，則丟棄軌道定位信息，將雙模定位信息作為列車運行狀態(tài)的信息； 步驟3、信息傳遞；在軌道定位設(shè)備正常的情況下，實時列車運行狀態(tài)信息通過GSM-R無線通信傳送給列控中心；在軌道定位設(shè)備失效的情況下，利用北斗短報文功能將實時列車運行狀態(tài)信息以及軌道故障信息一并傳送給列控中心； 步驟4、控制運行；列控中心對獲取的列車運行狀態(tài)信息進行綜合分析，判斷列車是否處于安全運行狀態(tài)，在軌道定位設(shè)備正常的情況下通過GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)、在軌道定位設(shè)備失效的情況下通過北斗短報文傳送給列車，發(fā)出調(diào)度指令，維持列車的正常運行； 步驟5、緊急制動；在極端危急情況下，當列控中心檢測到前后相鄰的兩列車之間的距離d小于安全值S時，列車通過北斗短報文與所述列控中心進行雙向通信，列控中心向后方列車發(fā)出緊急制動指令，所述車載計算機根據(jù)獲取的包括前、后方列車的距離、自身列車的速度信息以及線路狀況的信息計算出后方列車的所需的制動曲線，采取緊急制動措施。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，所述步驟I的允許誤差的具體計算過程為:記錄每20次軌道定位位置和北斗-GPS雙模定位位置的差值A(chǔ)Xl，Ax2,…A X2tl并求其均值
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于北斗導(dǎo)航的輔助列車防護方法，其特征在于，所述步驟5中極端危險的判別方法為:設(shè)lngl、lng2分別表示前、后方列車的經(jīng)度，IatU lat2分別表示前、后方列車的緯度，則列控中心某時刻收到的前方列車位置信息為(lngl, Iatl)，后方列車的位置信息(lng2, lat2)，通過公式0 /180將角度制化為弧度制位置信息(radlngl, radlatl)和(radlng2, radlat2),然后將所述前、后方列車的弧度制位置信息代入經(jīng)緯度距離轉(zhuǎn)換公式
【文檔編號】G01S19/48GK103770808SQ201410038314
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】陳圓圓, 楊乾麗, 諸斐琴 申請人:北京交通大學