CN101712331B

CN101712331B - 基于gps的调车作业防撞预警系统及方法

Info

Publication number: CN101712331B
Application number: CN2009101904445A
Authority: CN
Inventors: 王汝钢
Original assignee: Pite Tech Inc
Current assignee: Pite Tech Inc
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: CN101712331A

Abstract

本发明涉及一种基于GPS的调车作业防撞预警系统，包括多个机车终端、多个车站终端以及至少一个监控管理中心，其中：所述至少一个监控管理中心包括：机车实时动态数据库、车辆实时动态数据库、轨道数据库、数据库维护单元、数据发送单元、数据接收单元；所述机车终端包括：GPS定位单元、机车位置上报单元、分析单元、报警单元；所述车站终端包括：计划执行上报单元。本发明还提供了一种对应的防撞预警方法。本发明通过机车终端上GPS定位单元的实时定位数据、车站终端上报的调车作业计划及装卸车作业计划执行情况实时数据，动态更新多个数据库，从而实现了调车作业防撞预警。

Description

基于GPS的调车作业防撞预警系统及方法

技术领域

本发明涉及列车调度领域，尤其涉及一种基于GPS的调车作业防撞预警系统及方法。

背景技术

铁路运输是目前我国陆路运输的主要方式之一，据统计，中国铁路运输量占到世界总额的1/4。然而，随着我国国民经济的快速发展，铁路运输逐渐成为制约经济发展的关键环节，其中铁路运输中相对落后的管理方式直接导致了铁路运输效率相对较低。在铁路行车调度管理、安全管理方面都缺乏有效的技术手段，基本靠人工作业的方法进行，安全得不到保障，屡屡发生设备和人身安全事故。

目前，我国铁路车站间的安全联锁普遍采用自动闭塞或半自动闭塞方式；而车站信号设备则采用电气、微机联锁；列车运行采用无线列调系统；站内调车作业为平面无线调车设备。这些设备有使用，对铁路的安全起到了一定的作用，但也存在一些问题：

1、投资巨大。以上设备都需要巨额的投资，很多落后地区及一些企业的自备铁路无力购置。

2、无法实现综合的安全防护。调车司机、车站、行车调度等无法实现相互监控，只能实现单一的安全防护，安全防护缺乏整体性、综合性。

3、数据更新较慢，各相关部门如调车司机、车站、行车调度等无法做到同时实时更新，为安全管理带来了漏洞。

因此为提高铁路安全运营管理水平，迫切需要一种列车实时追踪及调车作业防撞预警系统，所有相关部门和人员都可以直观地看到车站和区间内列车、机车、车辆的所处位置和运动状态，出现安全隐患时及时报警，确保安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述铁路运输安全管理存在的问题，提供一种基于GPS的调车作业防撞预警系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种基于GPS的调车作业防撞预警系统，包括多个机车终端、多个车站终端以及至少一个监控管理中心，其中：

所述至少一个监控管理中心包括：

机车实时动态数据库，包括每一机车的位置数据；

车辆实时动态数据库，包括每一节车辆的位置数据及连挂数据；

轨道数据库，包括每一轨道的位置数据、轨道设备及状态数据；

数据库维护单元，用于根据机车终端上报的机车当前位置信息实时更新机车实时动态数据库中的机车位置数据，根据机车实时动态数据库中的机车位置数据、车辆实时动态数据库中车辆的连挂数据以及车站终端上报的调车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据，根据车站终端上报的扳道操作数据更新轨道数据库中的轨道设备及状态数据；

数据发送单元，用于将机车实时动态数据库中的机车位置数据、车辆实时动态数据库中的车辆位置数据、轨道数据库中的轨道位置数据及来自车站终端的进路命令发送到机车终端；

数据接收单元，用于接收机车终端、车站终端上报的数据；

所述机车终端包括：

GPS定位单元，用于以GPS方式实时获取机车实时位置数据；

机车位置上报单元，用于向监控管理中心发送机车实时位置数据；

分析单元，用于根据车站终端经由监控管理中心下达的进路命令、GPS定位单元获取的当前机车的实时位置数据、从监控管理中心获取的其他机车位置数据、车辆位置数据及连挂数据计算当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离；

报警单元，用于当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离小于报警值时不断进行报警；

所述车站终端包括：

计划执行上报单元，用于将调车作业计划、装卸车作业计划执行数据、扳道操作数据以及进路命令上报监控管理中心。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，所述机车终端包括位置显示单元，用于以图形方式显示当前机车、连挂车辆的位置数据及监控管理中心发送的当前机车所在的机车进路上的机车和车辆的位置数据。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，还包括业务终端，所述业务终端包括：

计划下达单元，用于经由监控管理中心向车站终端发送调车作业计划、装卸车作业计划的数据；

图形显示单元，用于从监控管理中心获取各数据库的数据并以图形方式显示各车站、各区间机车、车辆及列车实时位置信息。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，所述机车终端与监控管理中心之间通过专网或公网的无线实时通讯方式进行数据通讯，所述监控管理中心与车站终端、业务终端之间通过采用专网或公网有线或无线通讯方式进行数据通讯。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，所述机车终端还包括存储机车运行信息的存储装置，所述运行信息包括距离信息、车速信息和报警信息。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，所述车站终端还包括图形显示单元，用于从监控管理中心获取各数据库的数据并以图形方式显示其所在车站及相邻区间机车、车辆及列车实时位置信息。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统中，所述车辆实时动态数据库包括：每一节车辆的车辆号、位置数据、车辆类型、换长、空重状态、装载货物的品名数据以及连挂机车，所述数据库维护单元根据机车终端上报的位置信息、车站终端上报的调车作业计划执行数据、车辆实时动态数据库中车辆的换长数据更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据，根据车站终端上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据。

本发明还提供一种基于GPS的调车作业防撞预警方法，包括以下步骤：

安装于机车上的机车终端通过GPS定位单元实时获取位置信息并上报所述位置信息到监控管理中心；

车站终端将调车作业计划、装卸车作业计划执行数据、扳道操作数据以及进路命令上报监控管理中心；

监控管理中心根据机车终端上报的机车当前位置信息实时更新机车实时动态数据库中的机车位置数据；根据机车终端上报的位置信息、车站终端上报的调车作业计划执行数据、车辆实时动态数据库中车辆的换长数据实时更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据；根据车站终端上报的扳道操作数据更新轨道数据库中的轨道设备及状态数据；

监控管理中心将机车实时动态数据库中的机车位置数据、车辆实时动态数据库中的车辆位置数据、轨道数据库中的轨道位置数据及来自车站终端的进路命令发送到机车终端；

机车终端根据车站终端经由监控管理中心下达的进路命令、GPS定位单元获取的当前机车的实时位置数据、从监控管理中心获取的其他机车位置数据、车辆位置数据及连挂数据计算当前机车及连挂车辆与进路上的机车或车辆的距离，并在当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离小于报警值时不断进行报警。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警方法中，还包括：机车终端以图形方式显示本机车、连挂车辆的位置数据及监控管理中心发的机车进路上其他机车或车辆的位置数据。

在本发明所述的基于GPS的调车作业防撞预警方法中，还包括：业务终端经由监控管理中心向车站终端发送调车作业计划和装卸车作业计划，车站终端向监控管理中心上报调车作业计划和装卸车作业计划的执行数据，所述监控管理中心根据车站终端上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据。

本发明的基于GPS的调车作业防撞预警系统及方法，通过机车终端上GPS实时定位数据及车站终端上报的调车作业计划及装卸车作业计划执行情况实时数据动态更新多个数据库，从而实现了调车作业防撞预警以及车站和区间机车、车辆、列车的实时追踪。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明基于GPS的调车作业防撞预警系统实施例的框架示意图；

图2是图1中监控管理中心的一个具体实例的结构示意图；

图3是图1中机车终端的一个具体实施例的结构示意图；

图4是图1中车站终端的一个具体实施例的结构示意图；

图5是图1中业务终端的一个具体实施例的结构示意图；

图6是本发明基于GPS的调车作业防撞预警方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于GPS的调车作业防撞预警系统，该系统采用GPS定位技术、无线实时通信技术及实时动态数据库技术实现了调车作业防撞预警以及车站、区间机车、车辆和列车的实时追踪。该系统由若干个机车终端、若干个车站终端、若干个业务终端以及至少一个监控管理中心组成，并通过轨道数据库、机车实时动态数据库、车辆实时动态数据库，建立了现车管理子系统、调车作业防撞预警子系统。

如图1所示，本发明的基于GPS的调车作业防撞预警系统，包括机车终端13、车站终端11、业务终端14以及监控管理中心12。其中机车终端13安装于机车上，与监控管理中心12之间通过专网或公网实时无线通讯方式(例如GPRS、CDMA、WCDMA、TD_CDMA、CDMA2000等多种方式)进行数据通信；车站终端11设于车站，业务终端14位于各业务部门，其与监控管理中心间通过采用专网或公网有线或无线通讯方式进行数据通信。

如图2所示，监控管理中心12是一台大型服务器，也可设置两台服务器采用双机热备方式工作。该监控管理中心12响应各个终端的请求向其传送最新的数据并实时更新数据。监控管理中心12可以通过专网或公网有线或无线通讯方式和其他终端设备进行连网通讯。监控管理中心12是系统的数据中心，为保证其安全性，需安装防火墙，采用VPN通讯方式，并应有可靠的电力供应。

所述监控管理中心12内建有轨道数据库123、车辆实时动态数据库122、机车实时动态数据库121、数据库维护单元124、数据发送单元125以及数据接收单元126。监控管理中心12具有固定IP地址，所有终端设备(包括机车终端、车站终端、业务终端)和监控管理中心12进行实时通讯并动态交换数据，以保证所述监控管理中心12内数据库的实时更新。

机车实时动态数据库121用于存储每一机车的实时数据。具体地，机车实时动态数据库121包括机车号、机车类型、换长、位置坐标等数据，上述各数据随着调车作业计划的执行及机车在车站及区间的运行而动态更新。

车辆实时动态数据库122用于存储每一节车辆的数据及连挂数据(例如该车辆连挂的机车、连挂的次序等)。具体地，该车辆实时动态数据库122包括车辆号、车辆类型、换长、空重状态、装载货物的品名、位置坐标以及连挂机车的数据等。车辆实时动态数据库122随着调车作业计划的执行及车辆或列车在车站、区间的运行而动态更新。

轨道数据库123包括各股轨道的精确地理位置信息、站场及区间设备(如信号机、道岔、挡车器、桥梁、隧道)的精确地理位置信息及状态数据。在建立该轨道数据库123时，需要使用专用GPS测量设备精确测量每一股道及站场区间设备的平面位置坐标。需设立一个或多个位置基准参考点，以作为机车、车辆及股道精确定位的基准点。轨道数据库123中的地理位置信息在建立后，除线路新建、改建等特殊情况外一般固定不变，而轨道设备及状态数据则随着扳道操作而更新(例如根据道岔连接的轨道变化更新该道岔的状态)。

数据库维护单元124，用于根据机车终端13上报的机车当前位置信息实时更新机车实时动态数据库中的机车位置数据；根据机车终端13上报的位置信息、车辆实时动态数据库中车辆的换长数据及连挂机车的数据、车站终端 11上报的调车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据；根据车站终端11上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据；根据来自车站终端的扳道操作数据更新轨道数据库中的轨道设备及状态数据。

数据发送单元125用于将机车实时动态数据库中的机车数据、车辆实时动态数据库中的车辆数据以及轨道数据库中的轨道地理位置、轨道设备及状态数据发送到机车终端13、车站终端11、业务终端14(主动发送或响应终端请求发送)。

所述系统中，监控管理中心12根据机车终端13上报的GPS定位数据、车站终端11上报的调车作业计划和装卸车作业计划执行数据、轨道数据库信息、车辆实时动态数据库实时动态信息实时追踪站内所有车辆的运行和停放的实时状况，并在机车终端、车站终端、业务终端上实时显示。

如图3所示，机车终端13为嵌入式单片机系统，除了包括CPU、供电单元、输入输出单元、复位单元、存贮单元以及RS232、RS485、USB、LAN通信接口等之外，还包括GPS定位单元131、分析单元132、机车位置上报单元133以及报警单元135。其中GPS定位单元131借助于GPS卫星定位系统实现地理位置的实时精确定位功能；机车位置上报单元133用于通过无线实时通讯技术将GPS定位单元获得的实时位置数据上报监控管理中心12；复位单元用来给在机车终端设备复位；存贮单元为SRAM、FLASH、EEPROM，可以存贮存储机车运行信息，包括距离信息、车速信息和报警等信息，使机车终端具有“黑匣子”功能。

每台机车配备一台机车终端13，不断运动的机车上的机车终端13通过实时无线通信网络与监控管理中心12进行连网通讯，将每台机车的精确的位置信息实时传送到监控管理中心12，监控管理中心12根据最新收到的数据随时更新机车实时动态数据库和车辆实时动态数据库，并将最新信息传送到所有的机车终端13、车站终端12及业务终端14上。

机车终端13的分析单元132，根据车站终端经由监控管理中心向其所在的机车终端下达的进路命令(进路是指由道岔连接的多段轨道组成的进站及出站通路)、GPS定位单元获取的当前机车的实时位置数据、从监控管理中心12获取的其他机车位置数据、车辆位置数据及连挂数据计算当前机车及连挂车辆与进路上的机车或车辆的距离(由于机车有可能位于列车的前部或后部，因此先进站的既可能是车辆，也可能是机车，此时必须保证先进站的机车或连挂的车辆与进路上的其他车辆或机车保持安全距离)。如果本机车进路上机车、车辆或列车距离过近，机车终端13的报警单元135会立即报警，提醒机车乘务人员注意，报警值可以通过一个设置单元进行设置，并且根据行车速度动态调整，速度高时报警距离长；速度低时报警距离短。

此外，机车终端13还可包括一个位置显示单元，以在屏幕上以图形方式显示本机车、连挂车辆的位置数据及监控管理中心发送的机车进路上其他机车或车辆的位置数据。

如图4所示，车站终端11可以是能够与监控管理中心12进行数据交互的个人计算机，运行客户端软件。其具体包括一个用于将调车作业计划、装卸车作业计划执行数据上报监控管理中心的计划执行上报单元111；一个用于以图形方式显示本车站及相邻区间机车、车辆及列车实时位置信息和对危险情况进行预警的位置监控单元113。

每个车站设置一台车站终端11。该车站终端11与监控管理中心12可以通过专网或公网有线或无线通讯方式进行连网通讯。车站终端11从监控管理中心12接收来自业务终端14的调度管理部门的调车作业计划和装卸车作业计划并下达给现场作业人员去执行，同时将上述计划的执行过程中的数据传送到监控管理中心12，从而使监控管理中心12根据最新收到的数据随时更新机车实时动态数据库和车辆实时动态数据库。

所述车站终端11还将扳道操作执行数据以及进路命令通过计划执行上报单元111发送到监控管理中心12。上述扳道操作执行数据包括轨道上的道岔的状态变化，进路命令包括通过道岔将多段轨道相互连接以形成一条进站或出站通路。

如图5所示，业务终端14可以是能够与监控管理中心12进行数据交互的个人计算机，运行客户端软件。其具体包括一个用于将调车作业计划、装卸车作业计划的数据经由监控管理中心12下达到相关车站终端11去执行的计划下达单元141；一个用于以图形方式显示各车站、各区间机车、车辆及列车实时位置信息和对危险情况进行预警的实时监控单元143。

每个业务部门如行调、货调、车务段、安全监察等部门设置一台业务终端14。该业务终端14与监控管理中心12可以通过专网或公网有线或无线通讯方式进行连网通讯。业务终端14通过监控管理中心12向各车站下达调车作业计划和装卸车作业计划，并对各个车站和区间的调车作业情况、装卸车作业情况、列车在区间运行情况进行实时监控和追踪。

所述系统中，监控管理中心将各车站、各区间机车、车辆及列车实时位置信息及各车站调车作业计划和装卸车作业计划执行情况实时传送给各业务终端；将每个车站及相邻区间机车、车辆及列车实时位置信息和该车站调车作业计划和装卸车作业计划执行情况实时传送给该车站，实现了站内机车、车辆、列车及相邻区间列车的实时追踪和全程监控。

如图6所示，是本发明基于GPS的调车作业防撞预警方法实施例的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤S51：业务终端下达调车作业计划和装卸车作业计划，该计划经监控管理中心下达到相关车站终端，由该车站去执行上述调车作业和装卸车作业计划。

步骤S52：安装于机车上的机车终端通过GPS定位单元获取实时位置信息并上报该实时位置信息到监控管理中心。

步骤S53：车站终端将调车作业计划、装卸车作业计划执行数据、扳道操作执行数据以及进路命令上报监控管理中心。

步骤S54：监控管理中心根据机车终端上报的机车当前位置信息实时更新机车实时动态数据库中的机车位置数据；根据机车终端上报的位置信息、车站终端上报的调车作业计划执行数据、车辆实时动态数据库中车辆的换长数据实时更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据；根据车站终端上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据；根据扳道操作执行数据更新轨道数据库中的轨道设备及状态数据。

步骤S55：监控管理中心将机车实时动态数据库中的机车位置数据、车辆实时动态数据库中的车辆位置数据、轨道数据库中的轨道位置数据以及进路命令发送到机车终端、车站终端和业务终端。

步骤S56：机车终端根据车站终端经由监控管理中心向该机车终端下达的进路命令、GPS定位单元获取的当前机车的实时位置数据、从监控管理中心获取的其他机车位置数据、车辆位置数据及连挂数据计算当前机车或车辆与进路上的机车或车辆的距离，并在当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离小于报警值时不断进行报警，提醒调车司机注意。

步骤S57：车站终端以图形方式显示本车站及相邻区间机车、车辆及列车实时位置信息和对危险情况进行预警。

步骤S58：业务终端以图形方式显示各车站、各区间机车、车辆及列车实时位置信息和对危险情况进行预警。

本发明的一种基于GPS的调车作业防撞预警系统，能够显著提高铁路运营管理的效率，实现实时追踪区间内运行的列车，实时追踪站内所有的机车、车辆和列车，实现调车作业防撞预警，从而显著提高铁路的运营管理水平和安全管理水平，防止安全事故的发生。和传统的方法相比，本发明具有明显的优点：

1、定位精确：该系统设立一个或多个位置基准参考点，作为机车车辆及股道精确定位的基准点，定位精度高。

2、所有数据实时动态更新，监控管理中心、机车终端、车站终端、业务终端上始终显示的是车站及区间列车、机车、车辆的最新的位置及状态信息，并且自动更新。

3、形象直观。监控管理中心、机车终端、车站终端、业务终端上显示的车站及区间列车、机车、车辆的最新的信息完全采用矢量图的形式，列车、机车、车辆在站内轨道上停放运行情况及在区间运行的情况一目了然。

4、有效地提高了铁路运输生产的安全管理水平，并提供了有效的技术手段。安全防护从单一的防护转变为整体的、综合性的安全防护，采用了先进的 GPS精确定位技术、无线实时通信技术、动态数据库管理技术的基于GPS的调车作业防撞预警系统为铁路运输生产的安全管理提供了有效的技术手段。

本发明可应用于各铁路局及各大型企业的专用铁路的站内调车作业防撞预警系统、列车实时追踪系统、行车调度系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，包括多个机车终端、多个车站终端以及至少一个监控管理中心，其中：

所述至少一个监控管理中心包括：

机车实时动态数据库，包括每一机车的位置数据；

数据接收单元，用于接收机车终端、车站终端上报的数据；

所述机车终端包括：

GPS定位单元，用于以GPS方式实时获取机车实时位置数据；

所述车站终端包括：

2.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，所述机车终端包括位置显示单元，用于以图形方式显示当前机车、连挂车辆的位置数据及监控管理中心发送的当前机车所在的机车进路上的机车和车辆的位置数据。

3.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，还包括业务终端，所述业务终端包括：

4.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，所述机车终端与监控管理中心之间通过专网或公网的无线实时通讯方式进行数据通讯，所述监控管理中心与车站终端、业务终端之间通过采用专网或公网有线或无线通讯方式进行数据通讯。

5.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，所述机车终端还包括存储机车运行信息的存储装置，所述运行信息包括距离信息、车速信息和报警信息。

6.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，其特征在于，所述车站终端还包括图形显示单元，用于从监控管理中心获取各数据库的数据并以图形方式显示其所在车站及相邻区间机车、车辆及列车实时位置信息。

7.根据权利要求1所述的基于GPS的调车作业防撞预警系统，所述车辆实时动态数据库包括：每一节车辆的车辆号、位置数据、车辆类型、换长、空重状态、装载货物的品名数据以及连挂机车，所述数据库维护单元根据机车终端上报的位置信息、车站终端上报的调车作业计划执行数据、车辆实时动态数据库中车辆的换长数据更新车辆实时动态数据库中的车辆位置数据，根据车站终端上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据。

8.一种基于GPS的调车作业防撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

机车终端根据车站终端经由监控管理中心下达的进路命令、GPS定位单元获取的当前机车的实时位置数据、从监控管理中心获取的其他机车位置数据、车辆位置数据及连挂数据计算当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离，并在当前机车及连挂车辆与机车进路上的机车或车辆的距离小于报警值时不断进行报警。

9.根据权利要求8所述的基于GPS的调车作业防撞预警方法，其特征在于，还包括：机车终端以图形方式显示本机车、连挂车辆的位置数据及监控管理中心发的机车进路上其他机车或车辆的位置数据。

10.根据权利要求8所述的基于GPS的调车作业防撞预警方法，其特征在于，还包括：业务终端经由监控管理中心向车站终端发送调车作业计划和装卸车作业计划，车站终端向监控管理中心上报调车作业计划和装卸车作业计划的执行数据，所述监控管理中心根据车站终端上报的装卸车作业计划执行数据实时更新车辆实时动态数据库中车辆的空重状态和装载货物的品名数据。