CN105346566A - 高速列车运行接近预警系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车运行接近预警系统，主要解决了现有技术定位不准确、可靠性欠佳的问题，为现有列车运行控制系统行车控制提供安全冗余系统或备份系统。该高速列车运行接近预警系统包括行车调度中心；无线闭塞中心，根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可；车站联锁系统，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系；GSM-R基站，实现列车与无线闭塞中心之间信号的传输的功能；轨道电路设备，通过轨道电路的定位获得列车的区间占用；车载卫星定位和接收装置，设置在列车上，接收卫星定位信号。采用本发明在既有轨道电路或列车控制系统故障时，依然能够准确确定列车的位置并进行列车接近预警，保证调度的安全。

Description

高速列车运行接近预警系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种预警系统，具体的说，是涉及一种高速列车运行接近预警系统及其实现方法。

背景技术

铁路运输是中国最为普遍和广泛的运输方式，随着中国铁路的不断进步和发展，现在的铁路的速度已经越来越快，那么相应的，铁路安全的重视程度也就越来越高。近年来发生的铁路事故多半都是由于调度和人为的失误引起的，所以应该进一步地提高设备的可靠性，提高设备自动地安全保障性，减小事故发生的可能。

2011年7月23号，浙江温州发生重大的动车追尾事故。经调查结果分析，该事故发生的原因是因为当时温州南站列控中心的采集设备遭受到雷击，致使设备损坏，错误地控制轨道电路占用显示和信号灯显示。这一系列故障导致从永嘉站出发驶向温州南站的D3115次列车非正常启动超速防护系统自动制动，在5829AG区段内停车。然而这段占用信息并没有被温州南站列控中心收集到，使温州南站列控中心管辖的5829闭塞分区及后续两个闭塞分区防护信号错误地显示绿灯，导致D301次列车驶向D3115次列车并发生追尾。

中国铁路目前的列车运行控制系统CTCS2、CTCS3都是通过轨道电路对列车的位置进行定位，一旦轨道电路出现故障，如出现7.23温州动车事故的情况时，调度指挥中心就无法确定区间列车的位置及对列车进行安全可靠地调度了。因此，设计一套完全独立于原先系统之外的列车运行定位系统是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种设计合理、可靠性高的高速列车运行接近预警系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

高速列车运行接近预警系统，包括：

行车调度中心；

无线闭塞中心，根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可；

车站联锁系统，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系；

GSM-R基站，实现列车与无线闭塞中心之间信号的传输的功能；

轨道电路设备，通过轨道电路的定位获得列车的区间占用；

车载卫星定位和接收装置，设置在列车上，接收卫星定位信号。

进一步的，还包括若干设置在铁路上的独立应答器，以及与所述独立应答器匹配使用的车载感应设备。

进一步的，所述车载卫星定位和接收装置为GPS定位装置。

进一步的，高速列车运行接近预警系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）行车调度中心判断轨道电路设备是否正常，若是，则通过轨道电路设备进行列车区间定位，然后实现对列车安全行车进行预警，执行步骤（4）；若否，则执行下一步；

（2）行车调度中心判断是否接收到列车精确的卫星定位信号，若是，则通过车载卫星定位和接收装置对列车位置进行定位，然后实现对列车安全行车进行预警，执行步骤（4）；若否，则执行下一步；

（3）行车调度中心通过独立应答器和车载感应设备的配合使用实现对列车的定位，然后执行下一步；

（4）若两辆相邻列车的距离小于安全距离，行车调度中心发出限速信息和警告至无线闭塞中心；

（5）无线闭塞中心与车站联锁系统实现联系，获取进路信息，同时，将进路信息、限速信息和警告通过GSM-R站点传输至对应的列车，实现预警。

进一步的，所述步骤（2）中行车调度中心通过车载卫星定位和接收装置对列车位置进行定位的具体方式如下：

（21）车载卫星定位和接收装置从卫星获取卫星定位信息；

（22）列车的车载计算机将卫星定位信息、列车的车次、时间、速度、方位信息发送至临近的GSM-R基站；

（23）GSM-R基站将接收到的信息传递至无线闭塞中心；

（24）无线闭塞中心将接收到的信息传递至行车调度中心。

进一步的，所述步骤（3）中行车调度中心通过独立应答器和车载感应设备的配合使用对列车进行定位的具体方法如下：

（31）列车经过相应的独立应答器时，车载感应设备获取相应的应答器数据；

（32）列车上的车载计算机对接收的应答器数据进行处理后，发送至临近的GSM-R基站；

（33）GSM-R基站将接收到的信息传递至无线闭塞中心；

（34）无线闭塞中心将接收到的信息传递至行车调度中心。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出了列车运行接近预警的全新理念，这套系统可以最大限度利用现有铁路设备，将现有轨道电路与卫星定位相结合，在既有轨道电路或列车控制系统故障时，通过卫星定位依然能够准确确定列车的位置，并进行列车接近预警，保证调度的安全；在隧道区域等卫星信号较弱的地方，本发明采用无源应答器辅助定位的方法进行弥补，从而实现了独立于现有列控系统的列车运行定位及预警，为现有列控系统提供了安全冗余。本系统与现有的列控系统并行工作，对列控系统信息进行校核，如发现异常则提出警报信息，提示驾驶人员注意并确认信息，从而实现高速列车运行过程的双系统保障。当列控系统故障时，本系统可以接管列控系统进行列车运行控制。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种高速列车运行接近预警系统，该预警系统主要包括以下硬件结构：行车调度中心、无线闭塞中心、车站联锁系统、GSM-R基站、轨道电路设备、车载卫星定位和接收装置。其中，行车调度中心、无线闭塞中心、车站联锁系统、GSM-R基站、轨道电路设备均为现有列车控制系统所拥有的成熟设备，各部件的具体功能如下：

行车调度中心：行车调度中心由若干计算机构成，其由行车调度员进行操控，对其管辖范围内区段和车站联锁道岔和信号状态进行控制监督，并指挥列车运行的设备。在本系统中，也是通过行车调度中心对列车的运行进行控制。

无线闭塞中心：在该系统中负责根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可。

车站联锁系统：使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系，使得该系统能够与其他的设备相互协调。

GSM-R站点：有若干个，是这套系统信息传输的主体设备。主要实现列车与无限闭塞中心之间信号的传输的功能。而其传递的信息既有列车向无线闭塞中心传递的地理位置、车次等信息，也有无线闭塞中心对其的行车证明。同时有行车调度中心发出的预警信号。

轨道电路设备：通过轨道电路的定位获得列车的区间占用，进行使得调度中心能够明确列车所在的区间。

基于上述设备，现有技术中，当列车驶入轨道以后，行车调度中心可以通过轨道电路，已经轨道应答器对列车的运行区间进行确定。然后在行车调度中心，即可以获取列车所占用区间的信息，但是一旦轨道电路出现故障，或者其他相应的轨道设备出现问题，就非常有可能导致列车占用信息获取不准确，样调度员没有办法精确掌握列车的运行情况，无法实行安全的调度。

本实施例在上述结构的基础上，设置有车载卫星定位和接收装置，一般地，该装置优选GPS定位系统，其也可采用我国自助研发设计的北斗定位系统，下文中以GPS定位系统为例进行描述。通过GPS定位系统实现定位的设备及方法均为成熟技术，故在此不做赘述。

GPS的精度随着信号强度而改变。一般民用的GPS精度在5米左右，而铁轨间的平均为4.6米（高速铁路为5米）。所以一旦将不同线路上的列车信息混杂定位，很有可能造成一系列没有必要的报警和混乱。为了避免这一系统的错误报警，把GPS的定位数据与列车轨道电路的数据相互综合，以此来明确列车的轨道，方向。这样就可以即便在GPS定位信息不够精确时依然保证轨道定位的正确。

行车调度中心首先判断轨道电路设备是否正常，若是，则通过轨道电路设备进行列车区间定位，然后实现对列车安全行车进行预警；若否，则判断是否接收到列车精确的卫星定位信号，若是，则通过车载卫星定位和接收装置对列车位置进行定位，然后实现对列车安全行车进行预警。通过卫星定位的具体方式如下：首先，车载卫星定位和接收装置从卫星获取卫星定位信息；其次，列车的车载计算机将卫星定位信息、列车的车次、时间、速度、方位信息发送至临近的GSM-R基站；再其次，GSM-R基站将接收到的信息传递至无线闭塞中心；最后，无线闭塞中心将接收到的信息传递至行车调度中心。

当多辆列车同时在轨道中运行时，系统就可以获得多个车辆运行位置，速度等信息。通过GSM-R的传输，使行车调度中心精确定位各个列车的位置，而通过对各个列车的信息进行整合计算，车站值班员即可获得两辆列车之间的最短安全距离。当两车的距离大于安全距离即表示后方列车没有侵入安全距离下，认为系统为安全状态；反之，如果当两辆车的距离有所缩小，后车侵入安全距离后，行车调度中心即可获得相应显示。即刻提出相应的限速信息和警告，至无线闭塞中心。闭塞中心与车站联锁设备实现联系，获得进路信息，同时将这一系列信息以及警报通过GSM-R站点传输至各个列车，实现预警。

列车获取信息后进行相应的制动或提速。直到列车间的距离再次大于安全距离以后，警报才能终止，由此顺利地避免了一次事故的发生。

GPS定位信号强弱有变化，尤其是在列车经过隧道时，通过GPS定位，基本上很难实现精确的定位，为了克服这一问题，本实施例在铁路中加载独立应答器，独立应答器独立于轨道电路之外，基于RFID技术，单独提供列车定位信息。通过上述技术手段，实现对GPS定位的辅助定位，用于在GPS信号较弱地区的定位。其中，车载感应设备由RFID读卡设备，单片机，无线传输设备和天线构成。每当列车经过相应的独立应答器时，车载感应设备即可获取相应的应答器数据，经过车载计算机处理，通过GSM-R信息传输即可将信息传递至调度中心，对隧道中的列车进行定位。

目前所存在的ESL-TGS-300/301RFID电子标签有最远80米的识别距离且有100个/秒的识别速度，可用于识别高速运动物品。以上参数已经远远能够实现高速列车在350km/h运行环境下的数据读取，再鉴于RFID已经研究用于不停车收费提升高速公路的通行效率上，技术相对成熟，所以该方案是行之有效的。

本实施例中，车载计算机信息发送端采用nRF905无线收发模块，其可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。车载感应器中的RFID读卡设备采用MFRC522，其是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。功用：当MFRC522模块感应到IC卡（独立应答器）时，会读取到IC卡的ID，通过ID信息告知列车的位置以及当前所在轨道的信息。

本实施例中，轨道电路设备定位、GPS卫星定位和采用独立应答器的定位方式可逐级使用，在上一级无法正常定位时，再选用下一级进行定位，也可将三者定位数据进行综合，由此获得更精确的定位信息。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.高速列车运行接近预警系统，其特征在于，包括：

行车调度中心；

无线闭塞中心，根据地面设备提供的信息及与车载设备的交互生成行车许可；

车站联锁系统，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系；

GSM-R基站，实现列车与无线闭塞中心之间信号的传输的功能；

轨道电路设备，通过轨道电路的定位获得列车的区间占用；

车载卫星定位和接收装置，设置在列车上，接收卫星定位信号。

2.根据权利要求1所述的高速列车运行接近预警系统，其特征在于，还包括若干设置在铁路上的独立应答器，以及与所述独立应答器匹配使用的车载感应设备。

3.根据权利要求1或2所述的高速列车运行接近预警系统，其特征在于，所述车载卫星定位和接收装置为GPS定位装置。

4.根据权利要求2或3所述的高速列车运行接近预警系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）行车调度中心判断轨道电路设备是否正常，若是，则通过轨道电路设备进行列车区间定位，然后实现对列车安全行车进行预警，执行步骤（4）；若否，则执行下一步；

（2）行车调度中心判断是否接收到列车精确的卫星定位信号，若是，则通过车载卫星定位和接收装置对列车位置进行定位，然后实现对列车安全行车进行预警，执行步骤（4）；若否，则执行下一步；

（3）行车调度中心通过独立应答器和车载感应设备的配合使用实现对列车的定位，然后执行下一步；

（4）若两辆相邻列车的距离小于安全距离，行车调度中心发出限速信息和警告至无线闭塞中心；

（5）无线闭塞中心与车站联锁系统实现联系，获取进路信息，同时，将进路信息、限速信息和警告通过GSM-R站点传输至对应的列车，实现预警。

5.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，所述步骤（2）中行车调度中心通过车载卫星定位和接收装置对列车位置进行定位的具体方式如下：

（21）车载卫星定位和接收装置从卫星获取卫星定位信息；

（22）列车的车载计算机将卫星定位信息、列车的车次、时间、速度、方位信息发送至临近的GSM-R基站；

（23）GSM-R基站将接收到的信息传递至无线闭塞中心；

（24）无线闭塞中心将接收到的信息传递至行车调度中心。

6.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，所述步骤（3）中行车调度中心通过独立应答器和车载感应设备的配合使用对列车进行定位的具体方法如下：

（31）列车经过相应的独立应答器时，车载感应设备获取相应的应答器数据；

（32）列车上的车载计算机对接收的应答器数据进行处理后，发送至临近的GSM-R基站；

（33）GSM-R基站将接收到的信息传递至无线闭塞中心；

（34）无线闭塞中心将接收到的信息传递至行车调度中心。