CN102229345A - 基于无线通信的新型ctcs-3级列控系统车载设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统列控车载设备，其中应答器信息处理方法，包括：接收应答器信息；根据接收到的应答器信息，调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置；根据列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置生成列车允许速度防护曲线。本发明的基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统列控车载设备可以有效克服速度传感器所带来的测距累积误差，根据接收到的应答器信息在一维列车运行坐标系中校正列车和应答器的位置，并且还可以将通过应答器信息获取的线路信息所描述的轨道参数的位置及其相互关系进行准确的描述，可以精确的生成列车允许速度防护曲线，从而有效地保障列车的行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及列车运行控制技术，尤其涉及一种基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统列控车载设备。
背景技术
目前，基于GSM-R(GSM for Railway)无线通讯网络的中国列车运行控制系统(China Train Control System，以下简称CTCS)-3已经在国内投入使用。现有的CTCS-3级列控系统由列控中心、地面列控设备和车载列控设备组成，其列控车载设备的核心是安全计算机。国内大部分高铁仍采用CTCS-2级列控系统。为满足实际需要，CTCS-3级列控系统的车载设备包括CTCS-3级和CTCS-2级安全计算机模块，其中CTCS-2级安全计算机模块用于在GSM-R无线通讯网络故障或列车运行在CTCS-2级列控系统的线路上时，保证列车的安全运行。
就目前CTCS-3级列控系统的车载设备的CTCS-2级安全计算机模块来说，其通过接收到的轨道电路信息获得行车许可，并结合接收到的点式应答器信息获得线路信息，根据行车许可和线路信息计算出列车允许速度防护曲线，通过列车允许速度防护曲线对列车运行状态进行监控。由于用于测量列车实际运行距离的测速传感器存在一定的测速误差，而现有的CTCS-2级安全计算机模块需要根据列车实际运行距离来对列车的实际位置进行定位，并根据列车允许速度防护曲线对列车运行状态进行监控。随着测速误差的不断积累，可能会使测距累积误差超出安全范围，从而给列车安全运行带来隐患。
为减小测速误差，一般采用更精确昂贵的测速传感器，但这仍然不能完全解决测距误差积累的问题，因此如何有效测速误差，保障列车的安全运行成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统列控车载设备。
本发明提供一种应答器信息处理方法，包括：
接收应答器信息；
获取所述应答器信息中的应答器ID信息；
根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置；
获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
本发明还提供一种列控车载设备，包括：应答器接收模块和CTCS-2级安全计算机模块，
所述应答器接收模块，用于接收应答器发送的应答器信息，并将所述应答器信息发送给所述CTCS-2级安全计算机模块；
所述CTCS-2级安全计算机模块，用于获取所述应答器信息中的应答器ID信息；根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置；获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
本发明的基于无线通信的新型CTCS-3级列控系统列控车载设备可以有效克服速度传感器所带来的测距累积误差，根据接收到的应答器信息在一维列车运行坐标系中校正列车和应答器的位置，并且还可以将通过应答器信息获取的线路信息的位置及其相互关系准确的在坐标系中描述，可以准确的生成列车允许速度防护曲线，从而有效地保障列车的行车安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明应答器信息处理方法实施例一的流程图；
图2为本发明应答器信息处理方法实施例一的一维列车运行坐标系示意图；
图3为本发明应答器信息处理方法实施例二的流程图；
图4为本发明应答器信息处理方法实施例二的轨道电路坐标的示意图；
图5为本发明列控车载设备实施例一的结构图；
图6为本发明列控车载设备实施例二的结构图；
图7为本发明列控车载设备实施例三的结构图；
图8为本发明列控车载设备实施例四的CTCS-2级安全计算机模块和轨道电路读取模块的结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明应答器信息处理方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括以下步骤：
步骤101、接收应答器信息。
举例来说，在列车的列控车载设备GSM-R无线通讯模块发生故障，或CTCS-3级线路中的列控地面设备的GSM-R无线通讯网络发生故障，以及列车运行在CTCS-2级列控系统的线路上，或其他造成列控车载设备由CTCS-3等级降为CTCS-2等级运行的情况发生时，需要启用列控车载设备的CTCS-2级安全计算机模块，CTCS-2级安全计算机模块可以通过应答器接收模块接收应答器发送的应答器信息。
步骤102、获取应答器信息中的应答器ID信息。
举例来说，就应答器来说，其所提供的应答器信息中包含反映应答器ID的应答器ID信息，而对铁路系统来说，在全国范围内，每个应答器都具有唯一的ID以进行有效地区分。CTCS-2级安全计算机模块通过接收到的应答器信息中的应答器链接信息就可以确定发送该应答器信息的应答器的在当前列车运行的线路中的所在位置。
步骤103、根据应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置。
举例来说，车载设备将每次接收到的应答器信息中所包含的应答器链接信息保存起来，车载设备在接收到应答器信息后，就可以通过读取保存的应答器链接信息来确定发送该应答器信息的应答器的在当前列车运行的线路中的所在位置。由于列车在轨道线路上运行，其转向是通过轨道线路的道岔实现的，就列车本身而言，其运行状况可抽象为在一维空间中运动。本实施例的列控车载设备的CTCS-2级安全计算机模块配置有基于列车运行状况的一维列车运行坐标系，CTCS-2级安全计算机模块通过步骤102获得应答器ID信息后，就可以根据接收到的应答器信息中的应答器ID信息，并结合接收到应答器ID信息时列车在一维列车运行坐标系中的位置，调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置。
图2为本发明应答器信息处理方法实施例一的一维列车运行坐标系的示意图，如图2所示，列车在一维列车运行坐标系的原点P0处上电，运行一段距离后收到应答器BlS1发送的第一个应答器信息。CTCS-2级安全计算机模块解析应答器信息中的应答器链接信息，并对通过与其连接的速度传感器获取的列车速度进行积分计算得到列车运行距离P1，并根据该应答器链接信息中描述的下一个应答器Bls2的编号和位置计算出下一个应答器Bls2的理论位置为P1+dLink1。当列车运行到P2位置，接收到应答器Bls2发送的应答器信息时，CTCS-2级安全计算机模块对通过与其连接的速度传感器获取的列车速度进行积分计算得到列车位于一维列车运行坐标系的P1+Dp1p2，其中Dp1p2为列车运行距离P1与列车当前位置的距离差。由于速度传感器存在测速误差等影响测量精度的因素，可能会造成P1+Dp1p2与P1+dLink1并不相等，此时，在一维列车运行坐标系中，将P1+dLink1作为应答器Bls2的位置和收到应答器Bls2发送的应答器信息时的列车所在位置。这样就可以在一维列车运行坐标系中准确定位列车和应答器的位置，进而根据应答器的位置精确确定线路的限速区段、闭塞分区的长度等具体信息。实现了根据接收到的应答器信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置，根据上述方法，在应答器链接信息完备的情况下，列车每经过一个应答器，并接收到应答器信息时，都可在一维列车运行坐标系中对列车位置和应答器位置进行调整。
步骤104、获取应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
举例来说，通过步骤103对列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置进行调整以后，CTCS-2级安全计算机模块就可以根据实际情况，通过调整后的一维列车运行坐标系中列车位置和应答器位置、通过轨道电路读取模块获得的轨道电路占用信息和通过应答器信息获取的线路信息生成列车允许速度防护曲线。这样就可使CTCS-2级安全计算机模块生成的列车允许速度防护曲线更加准确，从而有效保障行车安全。
优选地，获取应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算具体可以为：
获取应答器信息中的线路信息；
将线路信息转换为在一维列车运行坐标系中描述的线路坐标系信息；
存储线路坐标系信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
举例来说，获取应答器信息中的线路信息后，CTCS-2级安全计算机模块就可以将线路信息在一维列车运行坐标系中描述，使其转换为相应的线路坐标系信息，并将线路坐标信息存储在存储器中，在计算列车允许速度防护曲线时，就可以通过线路坐标信息计算获得准确的列车允许速度防护曲线。从而可以使列车允许速度防护曲线可以满足线路实际情况的需要。
进一步优选地，线路信息可以包括轨道电路信息、坡度信息、限速信息中的至少一种信息。
举例来说，获取应答器信息中的线路信息后，CTCS-2级安全计算机模块就可以将线路信息所包含的轨道电路信息、坡度信息、限速信息中的至少一种信息在一维列车运行坐标系中描述，使其转换为相应的线路坐标系信息。从而可以使列车允许速度防护曲线可以满足线路的轨道电路、坡度、限速和行车许可的要求。例如，当CTCS-2级安全计算机模块接收到的应答器信息中包含限速信息时，可根据限速信息中所描述的具有该限速的轨道区段，及列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置相应确定具有该限速的轨道区段在一维列车运行坐标系中的行车许可终点坐标。轨道电路信息、坡度信息在一维列车运行坐标系中描述方式与限速信息类似，此处不再赘述。
本实施例的应答器信息处理方法可以有效克服速度传感器所带来的测距累积误差，根据接收到的应答器信息在一维列车运行坐标系中校正列车和应答器的位置，并且还可以将通过应答器信息获取的线路信息的位置及其相互关系准确的在坐标系中描述，可以准确的生成列车允许速度防护曲线，从而有效地保障列车的行车安全。
优选地，CTCS-2级安全计算机模块可以以列车上电位置为原点，建立一维列车运行坐标系。
举例来说，为使列车可以有效地借助一维列车运行坐标系精确地确定列车所在位置，CTCS-2级安全计算机模块可以在列车上电时生成一维列车运行坐标系，并将列车上电位置作为一维列车运行坐标系的原点。这样列车在整个运行过程中都可以使用该一维列车运行坐标系精确地确定列车所在位置，从而可以有效地保障列车的安全运行。
优选地，根据应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置具体可以为：
若应答器ID信息所反映的应答器所在位置与车载设备保存的应答器链接信息不匹配；
则调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置，使应答器在一维列车运行坐标系中的位置与应答器的理论位置一致。
举例来说，为保证行车安全，本优选实施例在根据应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置时，为应答器ID信息所反映的应答器所在位置设置了一定的安全范围，当通过应答器信息确定的应答器所在位置与车载设备保存的应答器链接信息不匹配，即两者在一维列车运行坐标系中的距离超过安全许可范围时，则调整调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置，将列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置调整为计算所得的列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置，例如，图2所示的理论位置P1+dLink1等。这样就可以有效地保障列车允许速度防护曲线的正确性，从而可以有效地保障列车的行车安全。
图3为本发明应答器信息处理方法实施例二的流程图，图4为本发明应答器信息处理方法实施例二的轨道电路坐标的示意图，如图3所示，本实施例的方法可以包括以下步骤：
步骤301、接收应答器信息。
步骤302、获取应答器信息中的应答器ID信息。
步骤303、根据应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置。
由于步骤301至303相应与实施例一的步骤101至103的实现原理以及技术效果类似，此处不再赘述。
步骤304、若应答器信息包括轨道电路信息，将轨道电路信息转换为在一维列车运行坐标系中描述的轨道电路线路坐标系信息。
举例来说，当CTCS-2级安全计算机模块接收到的应答器信息中包含轨道电路信息时，可根据将轨道电路信息相应转换为在一维列车运行坐标系中描述的轨道电路线路坐标系信息。
步骤305、根据列车在一维列车运行坐标系中的位置确定当前列车所在的轨道电路区段。
举例来说，参考图2和图4，当CTCS-2级安全计算机模块接收到应答器BLs3发送的应答器信息中包含表1所示的内容的轨道电路信息时，该轨道电路信息描述了当前列车所在位置到下一轨道电路的距离为D_signal。此时，列车所处的轨道电路的边界点坐标即为：P1+dLink1+dLink2+D_signal。
表1轨道电路信息的内容
| 到下一轨道电路的距离D_signal | ||
| 无信号机 | 载频1700Hz | 长度D0 |
| 通过信号机 | 载频2300Hz | 长度D1 |
| 无信号机 | 载频1700Hz | 长度D2 |
| 通过信号机 | 载频2300Hz | 长度D3 |
通过上述方法进行计算，就可以相应获得表2所示的轨道电路区段的边界点坐标，根据边界点坐标就可以相应确定当前列车所在的轨道电路区段。
表2轨道电路信息的轨道电路区段的边界点坐标
步骤306、根据列车所在的轨道电路区段向轨道电路读取模块发送载频锁定信息。
举例来说，CTCS-2级安全计算机模块通过步骤305确定一维列车运行坐标系中列车当前所在的轨道电路区段后，就可以向列控车载设备的轨道电路读取模块发送载频锁定信息，以锁定轨道电路读取模块接收的载频信号。
本实施例可以使CTCS-2级安全计算机模块准确地确定列车当前所在的轨道电路区段，可以有效地提高CTCS-2级安全计算机模块对轨道电路信息的处理的准确性和可靠性。
图5为本发明列控车载设备实施例一的结构图，如图5所示，本实施例的设备可以包括：应答器接收模块1和CTCS-2级安全计算机模块2，应答器接收模块1，用于接收应答器3发送的应答器信息，并将应答器信息发送给CTCS-2级安全计算机模块2。
CTCS-2级安全计算机模块2，用于获取应答器信息中的应答器ID信息；根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器3在一维列车运行坐标系中的位置；获取应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
本实施例的列控车载设备可以用于执行图1所示实施例的方法，其实现原理以及技术效果类似，此处不再赘述。
图6为本发明列控车载设备实施例二的结构图，如图6所示，本实施例的设备在实施例一的基础上，可以包括：轨道电路读取模块4，轨道电路读取模块4，用于接收轨道电路5发送的轨道占用信息，将轨道占用信息发送给CTCS-2级安全计算机模块2，以供CTCS-2级安全计算机模块2计算行车许可，以生成列车允许速度防护曲线，并根据CTCS-2级安全计算机模块2发送的载频锁定信息锁定所接收的载频。
举例来说，本实施例的列控车载设备的轨道电路读取模块4可以接收轨道电路5发送的轨道占用信息，并将轨道占用信息发送给CTCS-2级安全计算机模块2。CTCS-2级安全计算机模块2根据轨道占用信息就可以计算相应的行车许可，并根据行车许可和接收到的应答器信息相应生成列车允许速度防护曲线，从而保障列车的安全运行。
本实施例的列控车载设备可以用于执行图3所示实施例的方法，其实现原理以及技术效果类似，此处不再赘述。
图7为本发明列控车载设备实施例三的结构图，如图7所示，本实施例的设备在实施例二的基础上，轨道电路读取模块4可以包括二取二结构的第一轨道电路读取处理单元41和第二轨道电路读取处理单元42，CTCS-2级安全计算机模块2可以包括二取二结构的第一安全处理单元21和第二安全处理单元22，第一轨道电路读取处理单元41与第一安全处理单元21连接，第二轨道电路读取处理单元42与第二安全处理单元22连接。
举例来说，为提高轨道电路读取模块4和CTCS-2级安全计算机模块2间通信的可靠性，本实施例的轨道电路读取模块4和CTCS-2级安全计算机模块2均采用了二取二结构。轨道电路读取模块4可以包括二取二结构的双系校核且独立工作的第一轨道电路读取处理单元41和第二轨道电路读取处理单元42。CTCS-2级安全计算机模块2可以包括二取二结构的双系校核且独立工作的第一安全处理单元21和第二安全处理单元22。这样就可以有效地保障轨道电路读取模块4和CTCS-2级安全计算机模块2间进行可靠的通信，从而有效提高列控车载设备的可靠性，进而可以有效地保障列车的安全运行。
图8为本发明列控车载设备实施例四的CTCS-2级安全计算机模块和轨道电路读取模块的结构图，如图8所示，本实施例的设备在实施例三的基础上，第一轨道电路读取处理单元41可以包括：第一看门狗子单元411，第一轨道电路读取处理器412和第一双端口RAM413，第一看门狗子单元411分别与第一轨道电路读取处理器412和第一安全处理单元21连接，第一双端口RAM413分别与第一轨道电路读取处理器412和第一安全处理单元21连接。
第二轨道电路读取处理单元42可以包括：第二看门狗子单元421，第二轨道电路读取处理器422和第二双端口RAM423，第二看门狗子单元421分别与第二轨道电路读取处理器422和第二安全处理单元22连接，第二双端口RAM423分别与第二轨道电路读取处理器422和第二安全处理单元22连接。
举例来说，第一轨道电路读取处理器412和第一安全处理单元21，及第二轨道电路读取处理器422和第二安全处理单元22间相应通过第一双端口RAM413和第二双端口RAM423进行数据交换，在数据交换的过程中，可采用旗语机制，从而可以有效地保障通信的可靠性和实时性。
同时，在轨道电路读取模块4与CTCS-2级安全计算机模块2间的通信过程中，轨道电路读取模块4通过其所加载的软件，周期性地对第一看门狗子单元411和第二看门狗子单元421进行“喂狗”操作，即使第一看门狗子单元411和第二看门狗子单元421的定时器清零的复位操作。当轨道电路读取模块4由于失电、软件运行异常，例如进入死循环状态时，就会使“喂狗”失败，看门狗计数器就会溢出，从而引起看门狗中断，使轨道电路读取模块4复位。CTCS-2级安全计算机模块2可以在“喂狗”失败时，立即查询第一看门狗子单元411和第二看门狗子单元421的状态溢出，并确定轨道电路读取模块4处于异常工作状态，从而进行导向安全侧处理。
本实施例的列控车载设备的CTCS-2级安全计算机模块和轨道电路读取模块可以进行安全且可靠的通信，并且本实施例的轨道电路读取模块4的可靠性高，可以满足列车安全运行的需要。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种应答器信息处理方法，其特征在于，包括：
接收应答器信息；
获取所述应答器信息中的应答器ID信息；
根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置；
获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以列车上电位置为原点，建立所述一维列车运行坐标系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算具体为：
获取所述应答器信息中的线路信息；
将所述线路信息转换为在所述一维列车运行坐标系中描述的线路坐标系信息；
存储所述线路坐标系信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述线路信息包括轨道电路信息、坡度信息、限速信息中的至少一种信息。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算包括：
若所述应答器信息包括所述轨道电路信息，将所述轨道电路信息转换为在所述一维列车运行坐标系中描述的轨道电路线路坐标系信息；
根据列车在所述一维列车运行坐标系中的位置确定当前列车所在的轨道电路区段；
根据所述列车所在的轨道电路区段向轨道电路读取模块发送载频锁定信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置具体为：
若所述应答器ID信息所反映的应答器所在位置与车载设备保存的应答器链接信息不匹配；
则调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置，使所述应答器在一维列车运行坐标系中的位置与所述应答器的理论位置一致。
7.一种列控车载设备，其特征在于，包括：应答器接收模块和CTCS-2级安全计算机模块，
所述应答器接收模块，用于接收应答器发送的应答器信息，并将所述应答器信息发送给所述CTCS-2级安全计算机模块；
所述CTCS-2级安全计算机模块，用于获取所述应答器信息中的应答器ID信息；根据所述应答器ID信息和车载设备保存的应答器链接信息调整列车和应答器在一维列车运行坐标系中的位置；获取所述应答器信息中的线路信息，以供进行列车允许速度防护曲线计算。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：轨道电路读取模块，
所述轨道电路读取模块，用于接收轨道电路发送的轨道占用信息，将所述轨道占用信息发送给所述CTCS-2级安全计算机模块，以供所述CTCS-2级安全计算机模块计算行车许可，以生成所述列车允许速度防护曲线，并根据所述CTCS-2级安全计算机模块发送的载频锁定信息锁定所接收的载频。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述轨道电路读取模块包括二取二结构的第一轨道电路读取处理单元和第二轨道电路读取处理单元，所述CTCS-2级安全计算机模块包括二取二结构的第一安全处理单元和第二安全处理单元，所述第一轨道电路读取处理单元与第一安全处理单元连接，所述第二轨道电路读取处理单元与第二安全处理单元连接。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一轨道电路读取处理单元包括：第一看门狗子单元，第一轨道电路读取处理器和第一双端口RAM，所述第一看门狗子单元分别与所述第一轨道电路读取处理器和第一安全处理单元连接，所述第一双端口RAM分别与所述第一轨道电路读取处理器和第一安全处理单元连接；
所述第二轨道电路读取处理单元包括：第二看门狗子单元，第二轨道电路读取处理器和第二双端口RAM，所述第二看门狗子单元分别与所述第二轨道电路读取处理器和第二安全处理单元连接，所述第二双端口RAM分别与所述第二轨道电路读取处理器和第二安全处理单元连接。
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