CN108382422B - 一种基于d2d技术的地铁列车控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于D2D技术的地铁列车控制系统及方法，所述的控制系统包括车地通信CBTC和D2D车车通信链路，列车同时通过车地通信CBTC和D2D车车通信链路获取信息计算行车曲线控车。与现有技术相比，本发明具有更可靠、效率更高等优点。

Description

一种基于D2D技术的地铁列车控制系统及方法

技术领域

本发明涉及于地铁列车控制系统领域，尤其是涉及一种基于D2D技术的地铁列车控制系统及方法。

背景技术

目前既有的CBTC系统主要由车载控制器(VOBC)、区域控制器(ZC)、中心及车站列车自动监控系统(ATS)、计算机联锁(CI)、数据存储单元(DSU)以及信号机、计轴、道岔、应答器等组成。区间运行过程中，VOBC与ZC之间使用WLAN技术实时通信，实现移动自动闭塞。VOBC将设备信息(设备编号、安全参数等)以及动态运行状态信息(包括列车位置、列车运行速度、列车驾驶模式及停车保证等)告知区域控制器ZC，ZC根据从各个子系统获取的信息，计算出移动授权MA并发给每辆车，车载ATP和ATO根据MA计算出速度/位置曲线实现安全控车。

目前大部分CBTC系统使用WLAN通信技术，工作在非授权频段，易受到同频干扰影响业务通信，此外更重要的是由于缺少车对车之间的直接通信通道，地面设备责任重大。若设备故障，控制范围内所有车辆将被迫降级运行，严重影响效率。若设计错误或计算错误，地面设备将错误的前车状态告知后车，将造成安全事故，后果不堪设想。

D2D通信技术是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。D2D工作在授权频段，更加稳定可靠，且作为4G、5G的关键技术之一，其时效性也满足地铁运营需求。故考虑利用D2D技术实现车车通信，结合既有CBTC系统进行控车。

经过检索，中国专利公开号为CN106160859A公开了一种基于可见光通信的CBTC系统，包括设置在车上的设备及设置在地面的设备，设置在车上的设备设有车载可见光通信模块，设置在地面的各设备包括沿行车轨道间隔设置轨旁可见光通信模块，车载可见光通信模块与各轨旁可见光通信模块结构相同：包括用于接收和发送源信号的通信模块、信号发射器和信号接收器；信号发射器包括：调制电路模块，驱动电路模块，LED光源；信号接收器包括：滤光片，光电探测器，前置放大电路模块，解码电路模块，在列车行驶过程中，车载可见光通信模块与轨旁可见光通信模块建立不间断通信连接。它具有通信安全可靠性高、设备投资少、便于工程实现，施工时间短等特点。虽然该发明的CBTC系统不使用无线通信，但是该发明中仅有车地通信，缺少车对车之间的直接通信通道，地面设备责任重大，若设备故障，控制范围内所有车辆将被迫降级运行，严重影响效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于D2D技术的地铁列车控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于D2D技术的地铁列车控制系统，该通信系统包括车地通信CBTC和D2D车车通信链路，列车同时通过车地通信CBTC和D2D车车通信链路获取信息计算行车曲线进行控车。

优选的，所述的D2D车车通信链路为：本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥保证安全性，前车将其速度、位置、方向、与地面设备连接状态信息通过D2D技术告知本车，通过前车给的信息计算出两车相对距离。

优选的，所述的D2D车车通信链路通过列车车头增加接收单元和列车车尾处增加发送单元来实现。

优选的，所述的D2D车车通信链路中的车车之间业务消息是周期性且单向的，通过预配置的方式将设定范围内的多个车辆划分发送信息的时域和频域，用于避免多对车车通信中的同频干扰。

一种所述的基于D2D技术的地铁列车控制系统的方法，包括以下步骤：

步骤1、既有地面设备与本车建立连接，并当本车在区间运行时发送移动授权MA；

步骤2、本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥保证安全性，前车将其速度、位置、方向、与地面设备连接状态的信息通过D2D技术告知本车，由于本车只需获取前车信息，进行有目的地建立D2D通信链路；

步骤3.1、当本车与地面设备以及前车均通信正常，且前车与地面设备通信正常时，本车车载设备对比从地面设备收到的移动授权MA以及从前车获取来的速度、位置的动态信息，选择两车最小相对距离作为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车；

步骤3.2、当本车与地面设备以及前车均通信正常，但前车与地面设备通信中断时，前车将中断消息告知本车，本车车载设备对比最近一次收到的MA以及从前车获取来的速度、位置的动态信息，选择两车最小相对距离作为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车；

步骤3.3、当本车与地面设备通信正常，但与前车通信中断时，根据从地面设备获取的MA计算速度和位置曲线并控车；

步骤3.4、当本车与地面设备通信中断，但与前车通信正常时，对比最近一次收到的MA以及从前车获取的速度、位置的动态信息，选择较小相对位置作为新的MA并计算速度/位置曲线控车；

步骤3.5、当本车与地面设备通信中断，且与前车也通信中断时，控车模式降级转联锁模式。

优选的，所述的步骤3.3和步骤3.5中与前车通信中断的判断方法为：由于车车之间的业务通信为周期性消息，且后车只需获取前车信息，前车并不需获取后车信息，所以当后车连续周期内未收到前车信息，则判断为与前车通信中断。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、D2D频段为授权频段，更加可靠，且与WLAN频段不同，故车车通信与车地通信不存在同频干扰，可独立工作；

2、当本车与地面设备通信中断时，不需要直接降级，可根据前车提供动态信息以及最近一次获取的MA计算出新的MA，在保证安全前提下有效提高了运营效率；

3、当前车与地面设备通信中断时，既有CBTC系统中，ZC(地面区域控制器)会根据CI(计算机联锁)提供区段信息计算MA，此时MA回撤，影响效率。增加D2D通信后，当前车与地面设备通信中断时，前车会通过D2D通道告知后车，此时后车根据最近一次获取的MA和前车提供的动态信息计算出新的MA，在保证安全前提下有效提高了运营效率；

4、由于D2D提供了另一独立路径的行车保证，当设计错误或地面设备计算错误发生时，不会发生追尾冒进等安全事故，有效提高了系统安全性。

附图说明

图1为本发明的控制系统结构示意图；

图2为本发明的D2D车车通信链路结构示意图；

图3(a)为本发明的多对车车通信使用时分复用的示意图；

图3(b)为本发明的多对车车通信使用频分复用的示意图；

图3(c)为本发明的多对车车通信使用时频复用结合的示意图；

图4为本发明的基于D2D技术的地铁列车控制方法流程图。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于D2D技术的地铁列车控制系统，该通信系统包括车地通信CBTC和D2D车车通信链路，列车同时通过车地通信CBTC和D2D车车通信链路获取信息计算行车曲线控车。

如图2所示，所述的D2D车车通信链路为：本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥等保证安全性，前方车辆将其速度、位置、方向、与地面设备连接状态等信息通过D2D技术告知本车，通过前车给的信息计算出两车相对距离MA2。

所述的D2D车车通信链路通过列车车头增加接收单元，列车车尾处增加发送单元来实现。

如图3(a)-(c)所示，所述的D2D车车通信链路中的车车之间业务消息是周期性且单向的，通过预配置的方式将一定范围内的多个车辆划分发送信息的时域和频域以避免多对车车通信中的同频干扰。

如图4所示，基于D2D技术的地铁列车控制方法的控车逻辑，将通过车车通信和车地通信相结合：

设定本周期的移动授权为MA，上一周期的移动授权为MA0。

步骤1，既有地面设备与本车建立连接并当列车在区间运行时发送移动授权MA1。

步骤2，本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥等保证安全性，前方车辆将其速度、位置、方向、与地面设备连接状态等信息通过D2D技术告知本车，通过前车给的信息计算出两车相对距离MA2。由于本车只需获取前车信息，故可有目的地建立D2D通信链路。

步骤3.1，当本车与地面设备以及前车均通信良好，且前车与地面设备通信良好时，本车车载对比从地面设备收到的移动授权MA1以及从前车获取来的MA2，选择两车最小相对距离最为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车。

(1)当地面设备因设计或计算错误向非安全侧故障时，MA1>MA2，本车车载根据距离MA(＝MA2)计算速度/位置曲线实现控车，保证安全；

(2)当从前车获取来的动态信息出现向非安全侧的错误时，MA1<MA2，为了保证安全，车载根据距离MA(＝MA1)计算速度/位置曲线实现控车。

步骤3.2，当本车与地面设备以及前车均通信良好，但前车与地面设备通信中断时，前车会将中断消息告知本车，本车车载对比最近一次收到的MA0以及从前车获取来的MA2，选择两车最小相对距离最为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车。此时由于前车与地面通信已中断，地面设备并不知前车确切位置，只能根据地面计算机联锁设备计算MA1，但此时得到的MA1很小，严重影响运营效率。故以上个周期得到的MA0计算。

这样，虽然前车与地面通信中断MA1↓，但MA0不变且MA0>MA1，

当前车加速前进时，MA2↑，MA0<MA2本车可根据MA(＝MA0)保持当前速度前进。

当前车减速时，MA2↓，MA0>MA2,本车根据MA(＝MA2)进行减速，相比根据MA1控车更为高效，且安全。

步骤3.3，当本车与地面设备通信良好，但与前车通信中断时，根据从地面设备获取的MA(＝MA1)计算速度/位置曲线并控车，与既有CBTC模式一致。

步骤3.4，当本车与地面设备通信中断，但与前车通信良好时，对比最近一次收到的MA0以及从前车获取的MA2，选择较小相对位置作为新的MA并计算速度/位置曲线控车。

这样，虽然本车与地面通信中断，无法获得MA1，但MA0不变:

当前车加速前进时，MA2↑，MA0<MA2本车可根据MA(＝MA0)保持当前速度前进。

当前车减速时，MA2↓，MA0>MA2,本车根据MA(＝MA2)进行减速。

步骤3.5，当本车与地面设备通信中断，且与前车也通信中断时，控车模式降级转联锁模式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种采用基于D2D技术的地铁列车控制系统的方法，其特征在于，该地铁列车控制系统包括车地通信CBTC和D2D车车通信链路，列车同时通过车地通信CBTC和D2D车车通信链路获取信息计算行车曲线进行控车；

所述的方法包括以下步骤：

步骤1、既有地面设备与本车建立连接，并当本车在区间运行时发送移动授权MA；

步骤2、本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥保证安全性，前车将其速度、位置、方向、以及与地面设备连接状态的信息通过D2D技术告知本车，由于本车只需获取前车信息，进行有目的地建立D2D通信链路；

步骤3.1、当本车与地面设备以及前车均通信正常，且前车与地面设备通信正常时，本车车载设备对比从地面设备收到的移动授权MA以及从前车获取来的速度和位置的动态信息，选择两车最小相对距离作为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车；

步骤3.2、当本车与地面设备以及前车均通信正常，但前车与地面设备通信中断时，前车将中断消息告知本车，本车车载设备对比最近一次收到的MA以及从前车获取来的速度和位置的动态信息，选择两车最小相对距离作为新的MA并计算速度/位置曲线实现控车；

步骤3.3、当本车与地面设备通信正常，但与前车通信中断时，根据从地面设备获取的MA计算速度和位置曲线并控车；

步骤3.4、当本车与地面设备通信中断，但与前车通信正常时，对比最近一次收到的MA以及从前车获取的速度和位置的动态信息，选择较小相对位置作为新的MA并计算速度/位置曲线控车；

步骤3.5、当本车与地面设备通信中断，且与前车也通信中断时，控车模式降级转联锁模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的D2D车车通信链路为：本车与前车之间建立D2D连接，通过自身标识信息及数据安全密钥保证安全性，前车将其速度、位置、方向、以及与地面设备连接状态信息通过D2D技术告知本车，通过前车给的信息计算出两车相对距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的D2D车车通信链路通过列车车头增加接收单元和列车车尾处增加发送单元来实现。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的D2D车车通信链路中的车车之间业务消息是周期性且单向的，通过预配置的方式将设定范围内的多个车辆划分发送信息的时域和频域，用于避免多对车车通信中的同频干扰。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3.3和步骤3.5中与前车通信中断的判断方法为：由于车车之间的业务通信为周期性消息，且后车只需获取前车信息，前车并不需获取后车信息，所以当后车连续周期内未收到前车信息，则判断为与前车通信中断。

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