CN102082819A - 列车移动闭塞系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种列车移动闭塞系统，包括：地面控制中心(1)和车载控制单元(2)，所述车载控制单元(2)通过WiMAX网络与所述地面控制中心(1)进行通信，所述车载控制单元(2)用于采集所述列车的速度和位置信息，并将该速度和位置信息发送到所述地面控制中心(1)，所述地面控制中心(1)用于根据所接收的速度和位置信息来计算列车的安全间距。本发明将WiMAX网络应用于列车移动闭塞系统，确保了铁路重载运输中的列车上的车载设备和地面控制中心的信息交互实时畅通，使得移动闭塞系统可以安全可靠地应用于铁路重载运输中。

Description

列车移动闭塞系统

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种列车移动闭塞系统。

背景技术

基于通信的移动闭塞(MB)技术，是全球铁路及轨道交通信号界公认的最先进的信号产品。

在轨道交通中，为保证列车运行安全，需要保证列车间以一定的安全间隔运行。移动闭塞系统通过车载设备和地面控制中心不间断的双向通信，列车不间断向地面控制中心传输其位置、方向和速度，地面控制中心根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔，并将相关信息(如先行列车位置，移动授权等)传递给列车，控制列车运行，从而使得列车能够置身于一个受保护的区域内，即当列车车载设备发生故障或列车前方出现障碍物而使得列车紧急制动后，列车在这个区域内能够安全地停车，一定不会与任何障碍物(包括其他列车)相撞。这个安全区间会随着列车的移动而移动，所以称为移动闭塞。

目前的基于WiFi通信技术的移动闭塞系统，在城铁上得到了广泛的应用，但还不能直接照搬到铁路运输上，主要原因是传输带宽及质量不可控制，城铁列车的长度短、重量轻，刹车制动距离较短，WiFi通信的较短的通信距离(约200m左右需要设置一个AP基站)可以满足城铁的移动闭塞系统的需求；而铁路的万吨及以上重载货运列车长度超过1200m，组合列车列车的间距在500～600m左右，行驶速度约80～100km/h，因此，基站的跃区切换频繁、制动距离远大于城铁，而城铁采用的移动闭塞系统中WiFi通信的通信距离较短，因此，在技术和工作效率上远不能满足铁路重载运输的要求。

发明内容

针对现有技术中在铁路重载运输中无法应用移动闭塞系统的问题，本发明提出了一种列车移动闭塞系统，该系统能够确保铁路重载运输中的列车上的车载设备和地面控制中心的信息交互实时畅通，使得移动闭塞系统可以安全可靠地应用于铁路重载运输中。

本发明提供了一种列车移动闭塞系统，该系统包括：地面控制中心、车载控制单元和接口单元，所述车载控制单元和所述接口单元设置在列车上并互相连接，所述车载控制单元通过WiMAX网络与所述地面控制中心进行通信，其中，所述车载控制单元用于采集所述列车的速度和位置信息，并将该速度和位置信息发送到所述地面控制中心，所述地面控制中心用于根据所接收的速度和位置信息来计算列车的安全间距，以及所述接口单元用于实现所述车载控制单元与WiMAX网络的接入。

优选地，所述地面控制中心可以在接收到所述速度和位置信息后，计算出列车的距离-速度制动模式曲线，根据该距离-速度制动模式曲线得到最大制动距离，然后将该最大制动距离加上预定的安全保护距离得到安全间距。

优选地，所述地面控制中心还可以用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元发送列车的控制命令以对列车进行远程自动控制。

可替换地，所述地面控制中心还用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元发送列车的安全间距信息；所述车载控制单元还可以用于接收该安全间距信息，并发出列车的控制命令。

本发明将WiMAX网络应用于列车移动闭塞系统，解决了传统的基于WiFi通信技术的移动闭塞系统通信距离较短、不能适用于铁路重载运输的要求的问题，确保了铁路重载运输中的列车上的车载设备和地面控制中心的信息交互实时畅通，使得移动闭塞系统可以安全可靠地应用于铁路重载运输中。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的列车移动闭塞系统的结构图；

图2示出了列车的距离-速度制动模式曲线；

图3示出了列车的距离-速度制动模式曲线和安全间距。

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明的实施方式。

图1是根据本发明的实施方式的列车移动闭塞系统的结构图。

参考图1，本发明提供了一种列车移动闭塞系统，该系统包括：地面控制中心1、车载控制单元2和接口单元4，所述车载控制单元2和所述接口单元4设置在列车上并互相连接，所述车载控制单元2通过WiMAX网络与所述地面控制中心1进行通信，其中，所述车载控制单元2用于采集所述列车的速度和位置信息，并将该速度和位置信息发送到所述地面控制中心1，所述地面控制中心1用于根据所接收的速度和位置信息来计算列车的安全间距，以及所述接口单元4用于实现所述车载控制单元2与WiMAX网络的接入。

根据本发明的技术方案，地面控制中心1和车载控制单元2之间采用WiMAX网络作为通信手段。WiMAX的全名为全球微波互联接入(WorldwideInteroperability for Microwave Access)，是基于IEEE 802.16标准的无线城域网技术，是继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准，采用了OFDMA、MIMO、HARQ等多种技术，能够实现更远的传输距离以及提供更高速的宽带接入。基于WiMAX网络的通信平台的信息传输通道是一个可控的系统，QoS(服务质量)有良好的保证，并且有可靠的安全机制，保证信息的可靠传输，并且基于WiMAX网络的通信平台的传输距离可以达到几千米，避免了频繁的越区切换，缩短了通信时延，在铁路干线运输中采用WiMAX作为地面控制中心1和车载控制单元2之间的通信手段，确保了移动闭塞系统通信控制的实时性和可靠性。

所述车载控制单元2设置在列车上，用于实时采集列车的速度和位置(例如，列车的头部和尾部位置)信息等信息，并通过WiMAX网络与所述地面控制中心1进行通信。

所述地面控制中心1用于根据所接收的列车的速度和位置信息来计算列车的安全间距。优选地，地面控制中心1接收到列车的速度和位置信息等信息后，计算出列车的距离-速度制动模式曲线，例如图2所示。然后地面控制中心1根据距离-速度制动模式曲线得到最大制动距离，即列车当前位置与制动点之间的距离，然后将该最大制动距离加上预定的安全防护距离得到安全间距，所述预定的安全防护距离例如可以为100米，也可以根据具体情况设定为其他数值。其中，列车的距离-速度制动模式曲线例如可以通过如下方法得到。

距离-速度制动模式曲线可以根据列车牵引计算所采用的方法计算得到，即以牛顿运动学方程为理论依据，生成S＝f(v)的二次曲线法。列车牵引计算中从列车制动的初始速度V₀制动到列车制动的目的速度V_t走过的距离可以采用以下公式计算：

$S=\frac{{V_0}^2-{V_t}^2}{7.2\mathrm{\β}}+\frac{V_0}{3.6}{t}_d---\left(1\right)$

在公式(1)中：

V₀为列车制动的初始速度，单位为km/h；

V_t为列车制动的目的速度，单位为km/h；

β为减速度，单位为km/h/s；

t_d为制动延迟时间，单位为s，列车从发起制动到实现制动的动作会有一个延迟，这个所经历的时间即为制动延迟时间，它是一个与车的配属状态(例如车重、载重、风管、编组数量等等)有关的估算值，通过实测值进行验证一般会估算出一个保守值，但根据车的配属情况不同各有不同，而车载制动设备本身的发起制动的延迟时间不超过为1秒；

S为从列车制动的初始速度V₀制动到列车制动的目的速度V_t走过的距离，单位为m；

V₀＞V_t≥0，β＞0；

其中， $\mathrm{\β}=R+a_g=r\·\mathrm{\λ}+\frac{3.6}{1000}\mathrm{\γ}\·g---\left(2\right)$

在公式(2)中：

R为平坡时列车固有减速度，单位为km/h/s；

α_g为坡度引入的附加减速度，单位为km/h/s；

r为平坡时列车满制动力时的固有减速度，单位为km/h/s，针对货运列车，r可以依据车长、车重以及各种阻力因素大小计算而得，该计算方法可是本领域技术人员公知的，在此不再累述，针对固定客运列车(如动车组)，则机车厂家会给出该值；

λ为制动力百分比(由司机输入或者车载设备预存储配置)；

γ为坡度千分数，该值是具体的地面参数，是由施工期间的实测值得到，并存放在地面应答器中，列车运行到该地段时自动获取；

g为重力加速度，单位m/s²，通常可以取g＝10m/s²。

列车在不同的制动初速度下有不同的固有减速度，公式(2)中的r的取值如下：

$r=\left\{\begin{array}{cc}{r}_{s1}& 0\≤V\≤V_{s1}\\ r_{s2}& V_{s1}\≤V\≤V_{s2}\\ r_{s3}& V_{s2}\≤V\≤V_{s3}\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中r_s1、r_s2、r_s3为平坡时列车满制动时的固有减速度的某个取值，可以根据现有技术的算法并基于列车的车型、闸瓦、制动力、车重、车厢数量来得到r_s1、r_s2、r_s3的值；V_s1、V_s2、V_s3为目标的制动的目的速度取值，一般来说最小值10，最大值没有限制，取值越小，如0＜V＜10，计算得r值精度越高，如果取值较大，例如0＜V＜150，得出的结果会过于保守，失去实际的意义。

实际的速度监控曲线，是由若干曲线段拼接而成。每个曲线段按照公式(1)计算，并且减速度值β为定值，从而可以得到如图2所示的距离-速度制动模式曲线示意图，从图2中可以得到，从V₀到V_t的制动曲线OG，被变坡点(即O、A、B、C、E等有较大突变的点)和变加速度点(图2中的弧形变化的速度曲线上的各点均为变加速点，如果速度曲线为斜直线，则斜直线上的各点为恒定加(减)速点)在横向和纵向上分割，即由弧OA、AB、BC、CD、DE、EF、FG组成。每段弧的计算公式由(1)式确定，但彼此的减速度值β不同，每段的β取值根据公式(2)确定。

通过距离-速度制动模式曲线可以得到从列车制动的初始速度V₀制动到目的速度为0时的所走过的距离，该距离为最大制动距离，然后将该最大制动距离加上预定的安全防护距离得到安全间距，如图3所示。

优选地，所述地面控制中心1还可以用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元2发送列车的控制命令以对列车进行远程自动控制。该列车的控制命令例如加速、惰行、减速和停站等，其可以由中央调度员根据安全间距向地面控制中心1输入，也可以由地面控制中心1根据安全间距来自动生成。从而可以在不需要列车司机手动操作的情况下，由地面控制中心1对列车进行远程自动控制，保证了列车前后的安全距离，使得列车能够以较高的速度和较小的安全间隔运行。

可替换地，所述地面控制中心1还可以用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元2发送列车的安全间距信息；所述车载控制单元2还可以用于接收该安全间距信息，并发出列车的控制命令。该控制命令例如加速、惰行、减速和停站等，其可以由列车司机根据接收的安全间距信息向所述车载控制单元2输入，从而对列车的操作进行控制，保证了列车前后的安全距离，使得列车能够以较高的速度和较小的安全间隔运行。

所述接口单元4设置在列车上，并与所述车载控制单元2连接，用于实现所述车载控制单元2与WiMAX网络的接入。该接口单元4需要保证车载控制单元2在列车的恶劣环境下能够可靠接入WiMAX网络，因此应该满足抗震动、抗电磁干扰的要求。优选地，该接口单元4可以采用WiMAX 6250芯片。

下面，结合附图详细描述根据本发明的6一个优选实施方式的列车移动闭塞系统的工作过程。

首先，车载控制单元2实时采集所述列车的速度和位置(例如，列车的头部和尾部位置)信息等信息，并将采集的信息通过WiMAX网络发送给所述地面控制中心1。地面控制中心1接收到列车的速度和位置信息后，计算出列车的距离-速度制动模式曲线，根据该距离-速度制动模式曲线得到最大制动距离S，然后将该最大制动距离S加上预定的安全保护距离(诸如100米)得到安全间距。根据本发明的一种实施方式，地面控制中心1计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络给所述车载控制单元2发送列车的控制命令。该列车的控制命令例如加速、惰行、减速和停站等，其可以由中央调度员根据安全间距向地面控制中心1输入，也可以由地面控制中心1根据安全间距来生成，从而可以在不需要列车司机手动操作的情况下，由地面控制中心1对列车进行远程自动控制，保证了列车前后的安全距离，使得列车能够以较高的速度和较小的安全间隔运行。根据本发明的另一种实施方式，地面控制中心1计算出列车的安全间距后，也可以通过WiMAX网络向车载控制单元2发送列车的安全间距等信息，车载控制单元2收到该安全间距信息后，列车司机可以根据该安全间距信息对列车进行控制，例如控制列车加速、惰行、减速和停站等，从而保证了列车前后的安全距离，使得列车能够以较高的速度和较小的安全间隔运行。

根据本发明的实施方式，将WiMAX网络应用于列车移动闭塞系统，解决了传统的基于WiFi通信技术的移动闭塞系统通信距离较短、不能适用于铁路重载运输的要求的问题，确保了铁路重载运输中的列车上的车载设备和地面控制中心的信息交互实时畅通，使得移动闭塞系统可以安全可靠地应用于铁路重载运输中。

Claims (8)

1.一种列车移动闭塞系统，该系统包括：地面控制中心(1)、车载控制单元(2)和接口单元(4)，所述车载控制单元(2)和所述接口单元(4)设置在列车上并互相连接，所述车载控制单元(2)通过WiMAX网络与所述地面控制中心(1)进行通信，其中，

所述车载控制单元(2)用于采集所述列车的速度和位置信息，并将该速度和位置信息发送到所述地面控制中心(1)，

所述地面控制中心(1)用于根据所接收的速度和位置信息来计算列车的安全间距，以及

所述接口单元(4)用于实现所述车载控制单元(2)与WiMAX网络的接入。

2.根据权利要求1所述的列车移动闭塞系统，其中，

列车的位置信息包括列车的头部和尾部位置信息。

3.根据权利要求1所述的列车移动闭塞系统，其中，

所述地面控制中心(1)在接收到所述速度和位置信息后，计算出列车的距离-速度制动模式曲线，根据该距离-速度制动模式曲线得到最大制动距离，然后将该最大制动距离加上预定的安全保护距离得到安全间距。

4.根据权利要求3所述的列车移动闭塞系统，其中，

所述预定的安全保护距离为100米。

5.根据权利要求3所述的列车移动闭塞系统，其中，所述距离-速度制动模式曲线通过如下方法获得：

$S=\frac{{V_0}^2-{V_t}^2}{7.2\mathrm{\β}}+\frac{V_0}{3.6}{t}_d$

其中，V₀为列车制动的初始速度，单位为km/h，

V_t为列车制动的目的速度，单位为km/h，

β为减速度，单位为km/h/s，

t_d为制动延迟时间，单位为s，

S为从列车制动的初始速度V₀制动到列车制动的目的速度V_t走过的距离，单位为m，

V₀＞V_t＞0，β＞0；

其中， $\mathrm{\β}=R+a_g=r\·\mathrm{\λ}+\frac{3.6}{1000}\mathrm{\γ}\·g$

R为平坡时列车固有减速度，单位为km/h/s；

α_g为坡度引入的附加减速度，单位为km/h/s；

r为平坡时列车满制动力时的固有减速度，单位为km/h/s；

λ为制动力百分比；

γ为坡度千分数；

g为重力加速度，单位m/s²。

6.根据权利要求5所述的列车移动闭塞系统，其中所述地面控制中心(1)通过所述距离-速度制动模式曲线得到从列车制动的初始速度V₀制动到目的速度为0所走过的距离，从而得到所述最大制动距离。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的列车移动闭塞系统，其中，

所述地面控制中心(1)还用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元(2)发送列车的控制命令以对列车进行远程自动控制。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的列车移动闭塞系统，其中，

所述地面控制中心(1)还用于在计算出列车的安全间距后，通过WiMAX网络向所述车载控制单元(2)发送列车的安全间距信息；

所述车载控制单元(2)还用于接收该安全间距信息，并发出列车的控制命令。

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