CN103052029B - 基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统 - Google Patents
基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于GSM‑R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，包括：车载终端和地面防灾信息传送中心，所述的车载终端由无线传输单元和显示单元构成，所述的地面防灾信息传送中心由小区广播中心、GPRS接口服务器、转发控制器、存储单元、防灾监控网关、GPRS网关、小区广播网关、内部数据交换单元、时间同步单元、管理服务器、操作管理终端。使得铁路灾害信息（包括风、雨、雪、落物等）可以通过GSM‑R小区广播业务实时传送到灾害发生点附近可控范围内的所有动车组及维护作业人员，避免了原来对灾害信息响应及下达时间过长而导致错过采取最佳措施的时间，提高了防灾预警的实时性和可靠性，提高列车运行安全和加强灾害防护。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信设备领域，特别地，涉及基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统。
背景技术
近年来，随着我国高速铁路运输进入快速发展时期，我国建设并已投入运营了多条设计时速200公里的客运专线及高速铁路，如京沪高速线、郑西线、武广客运专线等，有效促进了我国经济社会的稳步发展。
为保证列车安全运行，铁路部门建设了铁路防灾安全监控系统，该系统由大风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监控子系统、雪深监测子系统、地震监控子系统等组成。系统自前端至中心由：风、雨以及异物侵限等现场监测设备，沿线设置的监控单元，防灾监控数据处理设备，综合工区工务值班室工务终端，上层调度所设备，传输网络等组成。
防灾安全监控系统作为高速铁路安全保障的一部分，在高速铁路的行车保障体系中起着重要的作用。系统主要是对危及客运专线运行安全的自然灾害（风、雨、地震等）、突发事故异物侵限及非法侵入等进行监测报警，提供经处理后的防灾预警等信息，为调度所进行列车运行计划调整，下达行车管制、抢险救援、维修管理等命令提供依据，通过信号联锁及列控系统或行车调度命令实现自动或人工控制行车速度，保证高速列车运营安全。
目前的运作方式是防灾监控系统在检测到灾害发生时上报到调度所，调度员根据灾害告警等级，采取相应措施对灾害发生点附近列车进行限速。该方式的存在的问题是，调度员应对灾害报警信息操作需要时间，而且如果调度区段内灾害发生情况较多时，需要的时间更长，有可能错过了采取措施的最佳时机，导致最终无法对灾害造成的影响做出正确的防范。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提高铁路灾害信息传送的及时性，本发明采用GSM-R小区广播方式将从防灾系统得到的各种灾害按照位置实时传送到在灾害点附近高速运行的列车上，能够更加有效地保证行车安全。
公开了一种基于GSM-R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，防灾地面信息传送中心与现有的防灾系统接口，当灾害发生时，防灾系统将灾害告警发送到地面防灾信息传送中心。地面防灾信息传送中心收到防灾系统发送的防灾告警信息后，根据灾害告警发生的具体位置以及掌握的列车运行位置，将防灾信息通过小区广播网关和小区广播中心，使用GSM-R网络小区广播方式发送到距离灾害发生地点一定范围内的列车上，让司机能够在第一时间采取相关措施，确保高速列车运行安全。
本发明的技术方案是：
基于GSM-R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，包括：车载终端和地面防灾信息传送中心，所述的车载终端由无线传输单元和显示单元构成，所述的地面防灾信息传送中心由小区广播中心、GPRS接口服务器、转发控制器、存储单元、防灾监控网关、GPRS网关、小区广播网关、内部数据交换单元、时间同步单元、管理服务器、操作管理终端。
所述的传送步骤包括:
1），车载设备在列车运行过程中定时向防灾信息传送中心发送车载设备状态报告，报告内容包括：机车/动车号、LAC+CI、设备工作状态；
2），当灾害发生时，防灾系统将灾害告警发送到地面防灾信息传送中心；
3），地面防灾信息中心将由防灾系统收来的灾害信息进行存储，同时根据灾害地点确定发送地理范围,LAC+CI,将灾害信息和发送范围经由小区广播网关传送给小区广播中心，由小区广播短消息承载预警信息向指定地域周期性发送，车载设备可以收到小区广播信息，进行解析，对灾害信息进行声光提示。
所述的车载设备启动与发送状态报告的流程包括:车载设备中无线传输单元开机后进行自检，然后进行GPRS附着与PDP激活，获取IP地址，然后收听当前小区的小区广播消息，获取GPRS接口服务器IP和转发控制器ID，然后周期性向地面防灾信息传送中心发送状态报告，状态报告中包含业务类型、当前小区ID、机车号/动车组号和转发控制器ID。
所述的地面设置防灾信息传送中心，与现有防灾系统通过以太网相连，同时设置小区广播网关与小区广播中心，小区广播中心与GSM-R网络基站控制器相连当防灾信息传送中心收到防灾系统发送的灾害告警信息时，形成告警信息包，通过GSM-R网络小区广播业务向灾害发生地点一定范围内的列车发送防灾信息,所述的车载设备根据接收到的防灾信息，通过显示屏提示司机，必要时发出声光告警。
所述的防灾预警的流程包括:防灾监控网关从防灾监控系统获得灾害告警信息，并转发到转发控制器；转发控制器判断是否需要发送防灾预警信息，如果需要发送，则根据灾害地点查询并计算需要预警的小区；转发控制器通过小区广播网关和小区广播中心，向指定小区发送小区广播短消息进行预警提示，内容包括灾害类型、灾害等级、灾害发生线路名、灾害发生公里标；车载设备根据接收到的防灾信息，通过显示屏提示司机，必要时发出声光告警。
所述的转发控制器、小区广播网关、小区广播中心和GSM-R网络之间的接口通信分层协议结构为:转发控制器与小区广播网关之间采用UDP/IP协议，小区广播网关收到转发控制器发送的数据包时，将数据包中的线路ID及公里标范围转换为线路名称及对应的小区识别码；小区广播网关与小区广播中心之间采用UDP/IP协议，完成“设置预警提示命令”、“设置预警提示响应”、“清除预警提示命令”、“清除预警提示响应”、“设置GPRS接口服务器IP命令”与“设置GPRS接口服务器IP响应”消息的传递；同时，小区广播中心完成链路层、网络层和应用层协议的转换，将上述数据转换为小区广播中心所支持的协议数据包，传送给GSM-R网络，由GSM-R网络通过小区广播短消息周期性广播。
本发明的有益效果是：提出一种采用小区广播方式的铁路防灾预警信息传送系统，使得铁路灾害信息（包括风、雨、雪、落物等）可以通过GSM-R小区广播业务实时传送到灾害发生点附近可控范围内的所有动车组及维护作业人员，避免了原来对灾害信息响应及下达时间过长而导致错过采取最佳措施的时间，提高了防灾预警的实时性和可靠性，为提高列车运行安全和加强灾害防护提出了新的思路和方法。本发明可用于有GSM-R网络覆盖的铁路线路。
附图说明
图1为基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统示意图。
图2为基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统设备组网。
图3为车载设备启动与状态报告流程。
图4为防灾预警信息传送流程。
图5为通信协议栈结构。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。
如图1所示，本发明中地面设置防灾信息传送中心，与现有防灾系统通过以太网相连，通过专线与GSM-R网络相连，车载设备采用GSM-R/GPRS通信网络将状态信息传送至防灾信息传送中心，当防灾信息传送中心收到防灾系统发送的灾害告警信息时，形成告警信息包，通过GSM-R网络小区广播业务向灾害发生地点一定范围内的列车发送防灾信息。车载设备根据接收到的防灾信息，通过显示屏提示司机，必要时发出声光告警。
如图2所示，本发明给出了基于小区广播短消息的铁路防灾预警信息传送系统的组成结构。车载终端由无线传输单元和显示单元构成。地面防灾信息传送中心由小区广播中心、GPRS接口服务器、转发控制器、存储单元、防灾监控网关、GPRS网关、小区广播网关、内部数据交换单元、时间同步单元、管理服务器、操作管理终端等组成。
图3设计了车载设备启动与发送状态报告的流程。车载设备中无线传输单元开机后进行自检，然后进行GPRS附着与GPRS PDP激活，获取IP地址，然后收听当前小区的小区广播消息，获取GPRS接口服务器IP和转发控制器ID，然后周期性向地面防灾信息传送中心发送状态报告，状态报告中包含业务类型、当前小区ID、机车号/动车组号和转发控制器ID。与现有技术的区别如下：
1）目前还没有实现灾害预警信息通过GSM-R网络传送至列车上；
2）通信流程上，与已有的车地数据传输（非灾害预警信息）相比，本发明创造性提出采用小区广播方式将取GPRS接口服务器IP和转发控制器ID周期性广播，车载设备通过读取小区广播获取这些信息，来进行数据的发送。此种方式在目前现有的各种系统中都没有使用。
如图4所示，设计了防灾预警的流程。防灾监控网关从防灾监控系统获得灾害告警信息，并转发到转发控制器；转发控制器判断是否需要发送防灾预警信息，如果需要发送，则根据灾害地点查询并计算需要预警的小区；转发控制器通过小区广播网关和小区广播中心，向指定小区发送小区广播短消息进行预警提示，内容包括灾害类型、灾害等级、灾害发生线路名、灾害发生公里标；车载设备根据接收到的防灾信息，通过显示屏提示司机，必要时发出声光告警。
如图5所示，为转发控制器、小区广播网关、小区广播中心和GSM-R网络之间接口通信分层协议结构。转发控制器与小区广播网关之间采用UDP/IP协议，小区广播网关收到转发控制器发送的数据包时，将数据包中的线路ID及公里标范围转换为线路名称及对应的小区识别码。小区广播网关与小区广播中心之间采用UDP/IP协议，完成“设置预警提示命令”、“设置预警提示响应”、“清除预警提示命令”、“清除预警提示响应”、“设置GPRS接口服务器IP命令”与“设置GPRS接口服务器IP响应”消息的传递。同时，小区广播中心完成链路层、网络层和应用层协议的转换，将上述数据转换为小区广播中心所支持的协议数据包，传送给GSM-R网络，由GSM-R网络通过小区广播短消息周期性广播。其中，相关的消息编码如下：
1）设置预警提示命令（广播网关→小区广播中心）
2）设置预警提示响应（小区广播中心→广播网关）
| 字段名 | 长度(字节) | 备注 |
| 起始1 | 1 | 0x10 |
| 起始2 | 1 | 0x02 |
| 帧长度 | 2 | |
| 帧类型 | 1 | 0x81 |
| 时间戳-秒 | 4 | 同“设置预警提示命令” |
| 时间戳-微秒 | 4 | 同“设置预警提示命令” |
| 序列号 | 2 | CBC分配，并返回，在后续的操作中要用到 |
3）清除预警提示命令（广播网关→小区广播中心）
| 字段名 | 长度(字节) | 备注 |
| 起始1 | 1 | 0x10 |
| 起始2 | 1 | 0x02 |
| 帧长度 | 2 | |
| 帧类型 | 1 | 0x02 |
| 时间戳-秒 | 4 | 同“设置预警提示命令” |
| 时间戳-微秒 | 4 | 同“设置预警提示命令” |
| 序列号 | 2 | 同“设置预警提示命令” |
4）清除预警提示响应（小区广播中心→广播网关）
| 字段名 | 长度(字节) | 备注 |
| 起始1 | 1 | 0x10 |
| 起始2 | 1 | 0x02 |
| 帧长度 | 2 | |
| 帧类型 | 1 | 0x82 |
| 时间戳-秒 | 4 | 同“清除预警提示命令” |
| 时间戳-微秒 | 4 | 同“清除预警提示命令” |
| 序列号 | 2 | 同“清除预警提示命令” |
5）设置GPRS接口服务器IP命令（广播网关→小区广播中心）
| 字段名 | 长度(字节) | 备注 |
| 起始1 | 1 | 0x10 |
| 起始2 | 1 | 0x02 |
| 帧长度 | 2 | |
| 帧类型 | 1 | 0x03 |
| 时间戳-秒 | 4 | 相对于1970年1月1日0:0:0的秒数 |
| 时间戳-微秒 | 4 | 1秒内经过的微秒数 |
| MGRIS IP | 4 | |
| 转发控制器ID | 4 | |
| 小区个数 | 2 | |
| 小区0 | 4 | |
| 小区1 | 4 | |
| 小区n | 4 |
6）设置GPRS接口服务器IP响应（小区广播中心→广播网关）
| 字段名 | 长度(字节) | 备注 |
| 起始1 | 1 | 0x10 |
| 起始2 | 1 | 0x02 |
| 帧长度 | 2 | |
| 帧类型 | 1 | 0x83 |
| 时间戳-秒 | 4 | 同“设置MGRIS IP命令” |
| 时间戳-微秒 | 4 | 同“设置MGRIS IP命令” |
| 序列号 | 2 | 同“设置MGRIS IP命令” |
以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。
Claims (3)
1.基于GSM-R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，其特征在于，
包括：车载终端和地面防灾信息传送中心，所述的车载终端由无线传输单元和显示单元构成，所述的地面防灾信息传送中心包括小区广播中心、GPRS接口服务器、转发控制器、存储单元、防灾监控网关、GPRS网关、小区广播网关、内部数据交换单元、时间同步单元、管理服务器、操作管理终端；
小区广播中心将GPRS接口服务器IP和转发控制器ID传送给GSM-R网络，由GSM-R网络采用小区广播方式将GPRS接口服务器IP和转发控制器ID周期性广播；
所述的车载终端，用于读取所述小区广播方式广播的GPRS接口服务器IP和转发控制器ID信息，在列车运行过程中，根据所述GPRS接口服务器IP和转发控制器ID信息采用GSM-R/GPRS通信网络定时向地面防灾信息传送中心发送车载终端状态报告，报告内容包括：机车/动车号、LAC+CI、设备工作状态；收到小区广播信息，进行解析，对灾害信息进行声光提示；
所述的地面防灾信息传送中心，用于与防灾系统通过以太网相连，同时设置小区广播网关与小区广播中心，小区广播中心与GSM-R网络基站控制器相连，收到防灾系统发送的灾害告警信息时，形成告警信息包，根据灾害地点确定发送地理范围和LAC+CI,将灾害信息和发送范围经由小区广播网关传送给小区广播中心，小区广播中心通过GSM-R网络小区广播业务向灾害发生地点一定范围内的列车发送防灾信息；
所述的防灾预警的流程包括:防灾监控网关从防灾监控系统获得灾害告警信息，并转发到转发控制器；转发控制器判断是否需要发送防灾预警信息，如果需要发送，则根据灾害地点查询并计算需要预警的小区；转发控制器通过小区广播网关和小区广播中心，向指定小区发送小区广播短消息进行预警提示，内容包括灾害类型、灾害等级、灾害发生线路名、灾害发生公里标；车载终端根据接收到的防灾信息，通过显示屏提示司机，必要时发出声光告警。
2.根据权利要求1所述的基于GSM-R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，其特征在于：所述的车载终端启动与发送状态报告的流程包括:车载终端中无线传输单元开机后进行自检，然后进行GPRS附着与PDP激活，获取IP地址，然后收听当前小区的小区广播消息，获取GPRS接口服务器IP和转发控制器ID，然后周期性向地面防灾信息传送中心发送状态报告，状态报告中包含业务类型、当前小区ID、机车号/动车组号和转发控制器ID。
3.根据权利要求1所述的基于GSM-R小区广播方式的列车防灾预警信息传送系统，其特征在于：所述的转发控制器、小区广播网关、小区广播中心和GSM-R网络之间的接口通信分层协议结构为:转发控制器与小区广播网关之间采用UDP/IP协议，小区广播网关收到转发控制器发送的数据包时，将数据包中的线路ID及公里标范围转换为线路名称及对应的小区识别码；小区广播网关与小区广播中心之间采用UDP/IP协议，完成“设置预警提示命令”、“设置预警提示响应”、“清除预警提示命令”、“清除预警提示响应”、“设置GPRS接口服务器IP命令”与“设置GPRS接口服务器IP响应”消息的传递；同时，小区广播中心完成链路层、网络层和应用层协议的转换，将上述数据转换为小区广播中心所支持的协议数据包，传送给GSM-R网络，由GSM-R网络通过小区广播短消息周期性广播。
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