CN104724145B - 一种列车测速测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线导航技术领域，公开了一种列车测速测距系统，包括：通信服务器，分别与所述通信服务器连接的A、B、C三个数据采集处理通道，分别与所述通信服务器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的安全继电器，以及分别与所述安全继电器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的输出/输入驱动。本发明克服了传统列车测速测距系统需要应答器辅助以及依靠卫星导航系统进行列车定位安全性较低的不足，提供一种具有高安全性的列车测速测距系统。

Description

一种列车测速测距系统
技术领域
本发明涉及列车运行控制技术领域，具体涉及一种列车测速测距系统。
背景技术
列车测速测距系统为列车运行控制系统提供高精度、高可靠的速度和距离参数。列车测速测距系统作为一个安全苛求的关键部件，输出任何速度、距离数据的错误所造成的后果都是非常严重的。已有的列车测速测距系统采用速度传感器或者雷达，列车的位置根据速度积分获得，存在累积误差，需要在地面大量铺设应答器来消除定位累积误差，同时要在车上和地面增加相应的接收和发送设备。
近年来有采用卫星导航技术进行列车定位的研究和应用，例如青藏线采用的ITCS列车运行控制系统，虽然避免了应答器的大量铺设，但是在ITCS的测速测距单元是GPS与速度传感器组合的定位方式，设计上缺少冗余数据校验，安全性相对不足。
发明内容
本发明克服了传统列车测速测距系统需要应答器辅助以及依靠卫星导航系统进行列车定位安全性较低的不足，提供一种具有高安全性的列车测速测距系统。
本发明提供的一种列车测速测距系统，包括通信服务器，分别与所述通信服务器连接的A、B、C三个数据采集处理通道，分别与所述通信服务器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的安全继电器，以及分别与所述安全继电器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的输出/输入驱动。
进一步，所述A、B、C数据采集处理通道分别包括依次连接的数据输入端口、数据采集处理器、定位输出端口；其中，
所述数据输入端口与所述通信服务器连接；所述定位输出端口与所述安全继电器连接；所述数据采集处理器分别与所述输出/输入驱动、所述通信服务器连接。
进一步，所述数据输入端口包括GNSS差分数据信号输入端、速度传感器信号输入端、惯性测量单元传感器信号输入端。
进一步，所述数据采集处理器包括微处理器及与其相连的计数模块、微周期同步模块、模式检测模块；其中，
所述GNSS差分数据信号输入端与所述计数模块连接；
所述模式检测模块、微周期同步模块与所述输出/输入驱动连接；所述微周期同步模块与所述通信服务器连接；
所述速度传感器信号输入端和惯性测量单元传感器信号输入端分别与各所述A、B、C三个数据采集处理通道的微处理器连接。
进一步，所述微周期同步模块包括上电启动单元、自检单元、初始同步单元，正常同步单元、数据融合单元、同步比较单元、地图匹配单元、输出单元、同步反馈比较单元、日志单元、周期空闲单元。
进一步，所述通信服务器包括通信主机及与其相连的三个GNSS接收模块和微周期控制模块；所述三个GNSS接收模块分别与所述A、B、C数据采集处理通道的GNSS差分数据信号输入端连接；所述微周期控制模块分别与所述A、B、C数据采集处理通道的微周期同步模块连接。
进一步，所述通信服务器还包括与所述通信主机连接的日志记录模块。
进一步，还包括分别与所述通信服务器，所述A、B、C三个数据采集处理通道连接的模式选择开关。
进一步，所述模式选择开关包括上电模式选择开关、维护模式选择开关。
由上可见，本发明具有以下优点：
1、本发明采用基于微周期同步的同步方法，相对于时钟级同步对硬件和软件要求较低，实现难度较低，不需要专用电路设计及设备支持。
2、本发明采用的“三取二”冗余每次表决都进行了三次，降低了单一软件只进行一次“三取二”表决出错的风险，提高了系统整体的安全性。
3、此外，本发明提出的列车测速测距系统不仅可以兼容目前列车运行控制系统普遍使用的测速测距单元，而且列车定位不依靠地面应答器和轨道电路等辅助设备，减少了列车运行控制系统地面设备的种类。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明列车测速测距系统的结构示意图；
图2为本发明数据采集处理通道的结构示意图；
图3为本发明数据采集处理通道的微处理器的模式状态转换图；
图4为本发明数据采集处理通道的微处理器和通信主机上电模式的微周期同步示意图；
图5为本发明通信服务器的结构示意图；
图6为本发明数据采集处理通道的微处理器正常模式的微周期分配示意图；
图7为本发明数据采集处理通道的微处理器和通信主机之间的初始同步示意图；
图8为本发明数据采集处理通道的微处理器之间的正常模式的微周期同步示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
图1是本发明实施例1提供的列车测速测距系统的结构示意图。
如图1所示，本发明提供的列车测速测距系统，包括通信服务器400，分别与所述通信服务器400连接的A、B、C三个数据采集处理通道100、200、300，分别与所述通信服务器400、A、B、C三个数据采集处理通道100、200、300连接的安全继电器600，以及分别与所述安全继电器600、A、B、C三个数据采集处理通道100、200、300连接的输出/输入驱动500。
进一步，所述A、B、C数据采集处理通道100、200、300均包括依次连接的数据输入端口、数据采集处理器、定位输出端口；其中，所述数据输入端口与所述通信服务器400连接；所述定位输出端口与所述安全继电器600连接；所述数据采集处理器分别与所述输出/输入驱动500、所述通信服务器400连接。
进一步，所述A、B、C各数据采集处理通道100、200、300的数据输入端口均包括GNSS差分数据信号输入端、速度传感器信号输入端、惯性测量单元传感器信号输入端。
如图1所示，A数据采集处理通道100的数据输入端口包括GNSS差分数据信号输入端103、速度传感器信号输入端101、惯性测量单元传感器信号输入端102。B数据采集处理通道200的数据输入端口包括GNSS差分数据信号输入端203、速度传感器信号输入端201、惯性测量单元传感器信号输入端202。C数据采集处理通道300的数据输入端口包括GNSS差分数据信号输入端303、速度传感器信号输入端301、惯性测量单元传感器信号输入端302。
速度传感器信号输入端，用于接收来自列车车轮速度脉冲传感器发来的脉冲信号，并发送给A、B、C通道的数据采集处理器。惯性测量单元传感器信号输入端，用于接收来自惯性测量单元发来的列车姿态、速度、加速度信息，并发给A、B、C通道的数据采集处理器。GNSS差分数据信号输入端用于接收来自通信服务器400发来的差分数据定位信息，并发给A、B、C通道的数据采集处理器。
实施例2：
图2为本发明实施例2提供的数据采集处理通道100的数据采集处理示意图。
作为上述实施例的优选方式，进一步，所述A、B、C各数据采集处理通道100、200、300的数据采集处理器均包括微处理器及与其相连的计数模块、微周期同步模块、模式检测模块。其中，所述GNSS差分数据信号输入端与所述计数模块连接；所述模式检测模块、微周期同步模块与所述输出/输入驱动连接；所述微周期同步模块通过以太网与所述通信服务器连接；所述速度传感器信号输入端和惯性测量单元传感器信号输入端分别与各所述A、B、C三个数据采集处理通道的微处理器连接。
如图2所示，以A数据采集处理通道100为例，A数据采集处理通道100的数据采集处理器包括微处理器104及与其相连的计数模块105、微周期同步模块107和模式检测模块106。
其中，计数模块105用于接收GNSS差分数据信号输入端103发来的1PPS脉冲的计数，作为微处理器104的计数源。模式检测模块106用于检测当前微处理器104的工作模式，包括上电模式、正常模式、维护模式、故障模式。微周期同步模块107用于实现上电模式、正常模式中各微周期的同步以及微周期内数据融合、地图匹配、安全切断、各通道间数据交换比较功能。
实施例3：
图3为本发明数据采集处理通道的微处理器的模式状态转换图；
图4为本发明数据采集处理通道的微处理器和通信主机上电模式的微周期同步示意图；
图6为本发明数据采集处理通道的微处理器正常模式的微周期分配示意图；
图8为本发明数据采集处理通道的微处理器之间的正常模式的微周期同步示意图。
进一步，所述微周期同步模块包括上电启动单元、自检单元、初始同步单元，正常同步单元、数据融合单元、同步比较单元、地图匹配单元、输出单元、同步反馈比较单元、日志单元、周期空闲单元。
以A数据采集处理通道为例，微处理器104接收A通道、B通道、C通道发来的列车定位数据，然后根据模式检测模块106检测到的工作模式，进入图3所示的工作模式。如图4所示，微处理器104上电后首先进入上电模式，在计数模块105所计的时间段内分别完成上电启动和自检工作，如果自检通过，则微处理器104开始执行初始同步微周期。在初始同步微周期内，微处理器104等待通信主机通过以太网700发来的同步信号开始初始同步。
如图6所示，在顺利完成上电模式的初始同步后，进入正常模式，由微处理器104的GNSS 103发送的1PPS信号作为微周期时间的计数时钟，在t0到t1时间段内进行微处理器104、微处理器204、微处理器304之间的正常同步，在t1到t2时间段内进行数据融合，在t2到t3时间段内进行同步比较，在t3到t4时间段内进行地图匹配，在t4到t5时间段内进行同步比较，在t5到t6时间段内进行安全决断，在t6到t7时间段内进行输出/反馈，在t7到t8时间段内进行日志，在t8到t9时间段内完成空闲周期等待，在t9到(t9-t0)时间段内进行下一个控制周期，控制周期执行如图8所示。如果在控制周期内出现判定为故障的问题，则微处理器104、微处理器204、微处理器304立即停止进行正常的控制周期，转而进入故障模式，这是一个故障安全的策略，如图3所示。
实施例4：
图5为本发明通信服务器的结构示意图；
图7为本发明数据采集处理通道的微处理器和通信主机之间的初始同步示意图；
图8为本发明数据采集处理通道的微处理器之间的正常模式的微周期同步示意图。
如图5所示，进一步，所述通信服务器400包括通信主机404及与其相连的GNSS接收模块401、GNSS接收模块402、GNSS接收模块403、GNSS差分信息发送模块405和微周期控制模块406；所述GNSS差分信息发送模块405分别与所述A数据采集处理通道的GNSS差分数据信号输入端103、B数据采集处理通道的GNSS差分数据信号输入端203、C数据采集处理通道的GNSS差分数据信号输入端303连接；所述微周期控制模块406通过以太网分别与所述A、B、C数据采集处理通道的微周期同步模块连接。
GNSS接收模块401、GNSS接收模块402、GNSS接收模块403用于通过无线通信方式接收来自地面3个差分基站的差分数据。GNSS差分信息发送模块405用于将各差分数据分别发送给A通道、B通道、C通道的GNSS差分数据信号输入端。微周期控制模块406用于实现通信主机404在上电模式中的微周期同步和微周期内的工作，如图7所示。上电模式中的初始同步由微周期同步模块406通过以太网700发起，发起前微周期同步模块406随机制定微处理器104、微处理器204、微处理器304中的任意一台为主(图7中假设为微处理器104)，一台为从1(图7中假设为微处理器204)，一台为从2(图7中假设为微处理器304)，根据图7所示一次完成首次初始同步、二次初始同步、三次初始同步工作，在初始同步的最后，从1机将初始同步完成的状态发送给主机，最终完成初始同步。如果在上电模式中的微周期内检测到以太网通信故障或者微处理器104、微处理器204、微处理器304故障，使得各微周期没有在一定的时间段内完成，则微处理器104、微处理器204、微处理器304立即停止进行上电模式，转而进入故障模式，这是一个故障安全的策略，如图3所示。
进一步，所述通信服务器400还包括与所述通信主机404连接的日志记录模块。
进一步，还包括分别与所述通信服务器，所述A、B、C三个数据采集处理通道连接的模式选择开关。
进一步，所述模式选择开关包括上电模式选择开关、维护模式选择开关。如图3所示，
由上可见，本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
1、本发明采用基于微周期同步的同步方法，相对于现有的时钟级同步方法对硬件和软件要求较低，实现难度较低，不需要专用电路及设备支持，成本低。
2、本发明采用的“三取二”冗余每次表决都进行了三次，降低了各数据采集处理通道单独进行一次“三取二”表决出错的风险，提高了系统整体的安全性。
3、此外，本发明提出的列车测速测距系统不仅可以兼容目前列车运行控制系统普遍使用的测速测距单元，而且列车定位不依靠地面应答器和轨道电路等辅助设备，从而避免了辅助设备带来的不安全因素，并降低了运行控制成本。
由于采用3个GNSS基站的GNSS差分数据，并对其进行“3取2”冗余计算，从而获得可靠的GNSS定位信息，对列车的定位更加准确，有效提高了列车运行的安全性和可靠性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变；例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的技术方案，均应包含在本发明权利要求书所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种列车测速测距系统，其特征在于，包括通信服务器，分别与所述通信服务器连接的A、B、C三个数据采集处理通道，分别与所述通信服务器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的安全继电器，以及分别与所述安全继电器、A、B、C三个数据采集处理通道连接的输出/输入驱动；
所述A、B、C数据采集处理通道分别包括依次连接的数据输入端口、数据采集处理器、定位输出端口；
所述数据输入端口与所述通信服务器连接；所述定位输出端口与所述安全继电器连接；所述数据采集处理器分别与所述输出/输入驱动、所述通信服务器连接；
所述数据输入端口包括GNSS差分数据信号输入端、速度传感器信号输入端、惯性测量单元传感器信号输入端；
所述数据采集处理器包括微处理器及与其相连的计数模块、微周期同步模块、模式检测模块；其中，
所述GNSS差分数据信号输入端与所述计数模块连接；
所述模式检测模块、微周期同步模块与所述输出/输入驱动连接；所述微周期同步模块与所述通信服务器连接；
所述速度传感器信号输入端和惯性测量单元传感器信号输入端分别与各所述A、B、C三个数据采集处理通道的微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的列车测速测距系统，其特征在于，所述微周期同步模块包括上电启动单元、自检单元、初始同步单元、正常同步单元、数据融合单元、同步比较单元、地图匹配单元、输出单元、同步反馈比较单元、日志单元、周期空闲单元。
3.根据权利要求2所述的列车测速测距系统，其特征在于，所述通信服务器包括通信主机及与其相连的三个GNSS接收模块和微周期控制模块；所述三个GNSS接收模块分别与所述A、B、C数据采集处理通道的GNSS差分数据信号输入端连接；所述微周期控制模块分别与所述A、B、C数据采集处理通道的微周期同步模块连接。
4.根据权利要求3所述的列车测速测距系统，其特征在于，所述通信服务器还包括：与所述通信主机连接的日志记录模块。
5.根据权利要求1所述的列车测速测距系统，其特征在于，还包括分别与所述通信服务器，所述A、B、C三个数据采集处理通道连接的模式选择开关。
6.根据权利要求5所述的列车测速测距系统，其特征在于，所述模式选择开关包括上电模式选择开关、维护模式选择开关。
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