CN108773393B - 存报文的btm - Google Patents

Abstract

本发明提供一种存报文的BTM，将对应的地面应答器信息进行处理，得到应答器用户报文并传送给车载安全计算机VC，所述BTM为具备数据存储功能的BTM，BTM内存储的线路数据，仍以真实应答器的报文数据格式；BTM对应的列控系统其地面部分可仅设置少量定位用地面应答器，BTM确定列车所在位置，基于位置判断发送报文时刻和对应的报文内容，虚拟地面应答器完成向VC发送所需报文。本发明带来如下的技术效果：将地面应答器报文存储在车载BTM设备上，可以大大减少地面应答器的布置数量，降低工程建设成本，信号维护人员只需要维护车载BTM部分即可，减少了对应答器设备的大量维护检修工作，尤其是自然条件恶劣的线路区段。

Description

存报文的BTM

技术领域

本发明涉及铁路行业的列车控制领域，特别涉及一种具备数据存储功能的BTM设备。

背景技术

应答器传输系统目前是CTCS-2、CTCS-3、和CBTC系统的核心设备之一，同时也可应用在其他任何需要进行车地通信和精确定位的列车运用控制系统中。应答器传输系统由车载设备和地面设备二部分组成。地面设备主要包含无源应答器、有源应答器和LEU；车载设备主要包含BTM主机和BTM天线。

其中，BTM(Balise Transmission Module)应答器传输模块，主要作用是将地面应答器信息进行处理，得到应答器用户报文并传送给列车运行控制系统。而应答器用以向列控车载设备传输定位信息、线路参数、轨道电路参数、信号点类型、临时限速、进路等信息，以满足列车运行控制的需要。

为了保障高速度、高密度列车追踪运行的安全性和可用性，列控车载设备需要在高速运行过程中实时获取完整正确的地面线路信息。而受应答器传输数据量的限制，单个应答器传输的数据量通常无法满足列车安全行车的需要，因此一般需要在铁轨上铺设多个应答器构成的应答器组，例如以8个应答器为一组，沿铁轨方向以一定间隔(3至5米)依次排列在铁路线上，用以向列车传输冗余、安全的地面线路信息。

这种应用会带来如下问题：

1)无源应答器组需要较高要求的、较长的安装线路。由于每隔一段距离(如2至4公里)就要找到连续30米至40米的合适铁轨来铺设无源应答器组(符合坡度要求、弯度要求、以及其它环境因素要求，比如电磁场要求等)；而铁路线路的铺设环境复杂，经常在需要的铁路线路区段难以找到符合上述要求的铁轨线路，导致无法在合适的位置铺设无源应答器组，或无法按照要求铺设足够多的无源应答器组。

2)每个应答器本身的成本大约1万元，铺设的应答器越多，则成本越高。

3)应答器铺设在轨道中央，设备的日常使用维护需要投入较大的人力，尤其在中国西部大量沙漠、高原、高山和无人区，自然条件恶劣，也提高了使用和维护难度和成本。应答器作为室外地面设备，经常经受风吹日晒、恶劣天气等不利环境影响，会有一定的故障率。目前，铺设的应答器组只要其中有一个应答器发生故障，则列车在行经该应答器组时，为了安全考虑，就不采纳该应答器组的所有数据，因此每组的应答器数量越多，则应答器组发生故障的可能性越高。

4)BTM主机和天线用于接收应答器信息部分属于大功率模拟电路，当相应的功能模块故障时，就不能正常接收应答器的报文数据，尤其在CTCS2级和CBTC列控信号系统中，该部分电路为非冗余部分，一旦故障就会造成较大的影响。

应答器这种点式信息传输设备目前的应用已经越来越广泛，不仅用于高铁和客运专线，而且在既有线上也有了更多的应用。由于既有线的情况比高铁线路更加复杂和恶劣，上述问题在应答器应用于既有线时更加突出。

发明内容

为了解决现有的应答器组的上述问题，本发明提供了一种将报文存储在BTM内的方案。

本发明要解决的技术问题：在车载BTM设备上增加数据存储模块，将本来从应答器获取的报文数据存在BTM中。同时提供能够更新BTM设备中存储数据的技术，比如通过无线网络、近场射频通信、存储介质如优盘、CF卡等更新。

本发明提供一种存报文的BTM，其将对应的地面应答器信息进行处理，得到应答器用户报文并传送给车载安全计算机VC，所述BTM为具备数据存储功能的BTM，BTM内存储的线路数据，仍以真实应答器的报文数据格式；所述线路数据中还包含对应应答器的链接关系，能够指示当前应答器及在行车方向的下一个应答器的位置，也就是两个应答器的距离信息；优选地，数据中可以包含绝对位置与报文对应关系信息，优选地，可以包含上下行信息，例如，在线路区间内进入口位置布置两个真实应答器，用以确认行车方向；

所述BTM对应的列控系统其地面部分可仅设置少量定位用地面应答器，所述BTM确定列车所在位置，基于位置判断发送报文时刻和对应的报文内容，虚拟地面应答器完成向VC发送所需报文；

所述BTM还可包括卫星定位模块、无线通信模块、内部的时间里程单元或内部存储的电子地图；所述BTM对应的列控系统的地面部分还可包括无线基站设备、环线装置。

由此本发明带来如下的技术效果：1)将地面应答器报文存储在车载BTM设备上，可以大大减少地面应答器的布置数量，降低工程建设成本；2)减少实际应答器，信号维护人员只需要维护车载BTM部分即可，这样就减少了对应答器设备的大量维护检修工作，尤其是自然条件恶劣的线路区段。同时，使用存储数据存储芯片代替真实应答器的发送和接收电路能够提高系统可靠性。因为应答器和车载天线的工作环境非常恶劣，并且由于含有天线等功率器件，故障率相比数字存储模块要高，因而可减少因故障带来的影响。3)车载BTM数据，还可以用于检验地面应答器报文的正确性，尤其是新建线路，用于将存储在车载设备中的数据与车载BTM设备接收到的报文数据进行比对，当比较不一致可以丢弃报文，提高系统的安全性。

附图说明

图1为本发明列控系统基本组成的原理框图；

图2为本发明无地面应答器的双向行车的线路场景；

图3为本发明使用应答器判断行车方向的场景；

图4为本发明复杂线路场景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不已任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本申请BTM设备对应的列控系统，其车载设备包括，BTM，BTM天线，车载安全计算机VC；

BTM在列车经过应答器的作用范围时，接收应答器发送的报文，并将报文发送给车载安全计算机VC进行后续处理，本申请中的BTM为具备数据存储功能的BTM。

本申请中的车载安全计算机VC，用于接收BTM的信息和其余设备信息，可以是列车超速防护系统，根据收集的信息完成车载相应的控制，如ATP、LKJ、GYK、VOBC等设备的统称。

本申请BTM设备还可选地包括BTM-卫星定位模块、BTM-无线通信模块、BTM内时间里程单元。

本申请列控系统地面部分设置地面应答器，还可选地包括：

地面无线传输的无线基站设备，可以建设在车辆段、车站、线路所等；

地面设置环线装置，能够实现向车载BTM设备集中发送线路数据。

本发明BTM内设计存储单元，该存储单元集成在BTM产品内，具有存储功能。可通过SD卡、CF卡、硬盘等方式对信息进行存储或转储；可通过U盘、网口、串口有线方式或蓝牙、WLAN、WIFI等无线技术进行通信，完成对数据进行更新和校验。

车载BTM需要获取一定的位置信息辅助判断什么时机发送报文。可以采用卫星定位技术或从既有列控系统中获得。

实施例一 全线路数据存储于车内

列车出站时，由司机将线路所需数据存储在车载BTM设备内。机车行车线路内的所经过的所有应答器报文数据均需要存储在车载BTM设备中。对应地，可以通过一定的方式进行数据校验，以确保数据的安全性和正确性。具体的，可以通过CRC校验核对数据、获得数据版本和标识以协助确认。对应地，所需线路数据变更时，可以通过重新存储更新。

使用车载存储的报文数据时，需要根据外部信息在特定时间和地点也就是真实过这个应答器的时刻将对应的报文发出至车载VC，因此需要车载部分对发送报文的内容和时刻进行判断。

BTM内存储的线路数据，仍以真实应答器的报文数据格式，以减少重新生成数据带来的安全隐患；数据中包含对应应答器的链接关系，能够指示当前应答器及在行车方向的下一个应答器的位置，也就是两个应答器的距离信息，优选地，数据中可以包含绝对位置与报文对应关系信息，优选地，可以包含上下行信息。

基于以上，完成虚拟地面应答器发送报文需要确定列车所在位置，基于位置判断发送报文时刻和对应的报文内容。位置信息可以通过以下几种方式获得：

1)卫星定位，需要车载BTM内包含卫星定位模块，通过北斗卫星或GPS或其他GNSS卫星定位系统，结合BTM内部存储的电子地图与之匹配，能够确定列车的绝对位置，根据绝对位置信息和BTM内存储的报文及地图信息进行匹配，如通过卫星定位在绝对位置附近，可将绝对位置对应的报文发送给ATP。

2)通过VC提供相对的时间和里程信息，以CTCS3级列控系统300H为例，ATP和BTM通信周期发送行车时间和里程信息，这样BTM即可根据内部的时间里程单元掌握列车所在相对位置，然后根据报文和报文之间的相对距离判断在什么时刻发送对应报文。

此种情况下，例如需要地面布置少量真实应答器以确定一个位置基准，该真实应答器可布置在线路的出入口位置；或者，车载安全计算机VC设备的定位信息通过如下技术实现，在C2、C3中使用雷达、速度传感器配合电子地图等，在既有线可以通过绝缘节辅助定位，也可以通过GNSS卫星定位获得。

而发送时刻通过如上确定的位置信息来确定，当行车在设计应答器的对应位置时，BTM将数据发送至车载VC。

在以上确定绝对位位置或应答器相对位置信息后，需要确定行车方向以判断报文提供的顺序。优选的，可在区间内进入口位置布置两个真实应答器，用以确认行车方向。

下面结合附图2-4描述本发明BTM设备如何在不同线路场景中向车载VC发送准确的报文内容，图中黑色三角形为真实应答器，空心三角形表示非真实应答器，该应答器的报文数据被放在车载BTM设备中存储。

a)无地面应答器的双向线路场景，如图2，如布置在区间的应答器，可以由车载BTM以应答器报文的形式存储线路数据，当机车经过对应位置时发送相应的报文。相对于车载安全计算机VC而言，就和地面真的设置了应答器一样。

地面真实应答器可以设置一台或者两台即可满足使用，用于校准机车的绝对位置或判断行车方向。如果机车能够独立获取位置信息，本方案地面可以不设置应答器。

b)使用应答器判断行车方向的单线场景，如图3，机车可以双方向运行，需要根据接收地面应答器的顺序判断行车方向，进而选择相应的数据发送。具体方式可以在线路的出入口设置两个地面应答器，车载根据接收地面应答器顺序判断行车方向，然后在车载数据中选择对应的报文上报给VC。

C)在进站股道或复杂线路场景中，仍需要少量真实应答器用于选择线路数据，即通过真实应答器判断行车方向及进路信息，如图4所示。

另外，由于应答器设备在C2、C3列控系统中兼具提供绝对定位信息，在此场景下，仍需在线路上布置用于提供绝对位置的应答器，在C3列控系统中定位应答器布置间隔不大于1500m。

实施例二 无线通信获得车载数据

如果采用无线通信获得BTM车载数据，即机车行车线路对应的报文数据可以存储在地面车辆段内或者线路所、车站等沿线设有铁路信号基础的工作站内。当列车出库或经过线路所等工作站无线覆盖区域内，由设置在该工作站内的无线基站设备和BTM的车载无线单元模块进行通信交互。交互内容包含对数据内容的核对，如数据不一致，可以通过判断数据版本的方式进行仲裁数据有效性，也可以通过数据更新时间的方式确认数据有效性，或秘钥等。

以此种方式进行数据更新，每个工作站仅需要更新本工作站与下一个工作站区间内的数据内容，双方向。不同于实施例一的需要将全线路数据存储于车内。

工作站将线路数据以冗余备份的方式存储，在每个基站的数据需要传递其所在区间以及其相邻区间的线路数据，以保证有一个基站数据通信失效时，在接收下一个基站数据前，仍保证数据完整。

对于无线通信的实现方式可以通过WLAN、4G、5G、GSM-R、GPRS、卫星通信等技术手段实现。

由无线基站提供数据源，向车载BTM传递数据；基站与车载BTM通信，比对双方信息，更新的数据将会覆盖原来数据。如存储容量超限，则将会覆盖原来的数据。确保即将运行的线路数据存储在BTM设备内。基站提供的数据仅包含其管辖内线路数据和其正反两个方向相邻线基站管辖区域内的数据，确保数据冗余。

实施例三 使用环线设备上传车载数据

另一种实现数据上传至BTM车载的方式，对应的需要在地面线路上设置一种存储多条应答器报文的环线设备。此种方案下需要对数据存储环节进行调整，具体的如下：

通过建设在线路上的环线设备来实现，环线设备存储在进出站或区间的出口和入口位置，用以存储其所在线路所需的报文数据。

此处描述的环线设备例如是一种安装在轨道内完成和车载BTM设备通信的地面数据存储单元，存储数据包含线路上的报文数据。可以至少描述区间范围内的全部地面应答器数据，例如可以是大容量应答器。

所述的环线设备，可以是无源设备，其能量来源全部由车载BTM天线向下辐射的27M能量提供；也可以是有源设备，其能量来源可以使柜旁的电源设备或者安装在信号室的其他设备如改造的LEU设备等。

对于单线来说，环线设备可以通过判断行车能量方向选择数据。对于双线不存在上述问题。

当车载BTM天线经过地面环线时，由环线设备通过A接口(空气接口)向上传送应答器报文数据。对应的车载识别数据内容，并对接收内容进行存储。优选地，车载设备无需预先存储数据，仅经过环线后使用环线数据即可，当数据被发送至VC后可将数据清空。通过环线更新数据，类同无线通信更新的方式，同样要确保数据冗余。

本发明方案带来显著的技术优势：1)对于类似我国西部线路，线路经过大量的沙漠、高原、高山和地面无人区，自然条件极为恶劣，铁路线路网密度较低且客货运量不高，线路设备设施不完善，其中单线铁路居多。在类似此种环境下，对于线路上的施工和设备维护成本极高，将地面线路数据放在车载BTM设备中存储，将会大大减少地面应答器的铺设，减少施工和维护成本。2)在BTM中预先存储应答器数据，在线路中有应答器的情况下可以为地面数据做备份功能。在当前城铁CBTC、CTCS2级等列控系统中，BTM天线部分都是单个配置，在硬件上没有冗余设计。因此当车载天线等设备在区间故障时，可以使用存储在BTM中的数据不降级行车，极大提高设备任务可靠性。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种存报文的BTM，其将对应的地面应答器信息进行处理，得到应答器用户报文并传送给车载安全计算机VC，

所述BTM为具备数据存储功能的BTM，所述BTM内设计存储单元，该存储单元集成在BTM产品内，具有存储功能；

BTM内存储的线路数据，仍保持为真实应答器的报文数据格式；所述线路数据中还包含对应应答器的链接关系，能够指示当前应答器及在行车方向的下一个应答器的位置，也就是两个应答器的距离信息；数据中包含绝对位置与报文对应关系信息，确保即将运行的线路数据存储在所述BTM内，确保数据冗余；

所述BTM对应的列控系统其地面部分能仅设置少量定位用地面应答器，所述BTM确定列车所在位置，基于位置判断发送报文时刻和对应的报文内容，虚拟地面应答器完成向VC发送所需报文。

2.根据权利要求1所述的BTM，其特征在于，将列车行车需要的所有报文存储在BTM中，地面布置少量真实应答器以确定一个位置基准，该真实应答器布置在线路的出入口位置。

3.根据权利要求2所述的BTM，其特征在于，对于简单线路场景，如果机车能够获取位置信息，地面不设置应答器。

4.根据权利要求2所述的BTM，其特征在于，在进站股道或复杂线路场景中，仍需要少量真实应答器用于选择线路数据，即通过真实应答器判断行车方向及进路信息。

5.根据权利要求1所述的BTM，其特征在于，通过SD卡、CF卡、硬盘、U盘方式对数据进行存储或转储。

6.根据权利要求1所述的BTM，其特征在于，所述BTM还包括卫星定位模块、无线通信模块、内部的时间里程单元或内部存储的电子地图；

所述BTM内的卫星定位模块，结合BTM内部存储的电子地图，能够确定列车的绝对位置，根据绝对位置信息和BTM内存储的报文及地图信息进行匹配，完成向VC的报文发送；

或者，通过VC提供相对的时间和里程信息，BTM根据所述内部的时间里程单元掌握列车所在相对位置，然后根据报文和报文之间的相对距离判断在什么时刻发送对应报文。

7.根据权利要求1所述的BTM，其特征在于，所述BTM对应的列控系统的地面部分还包括无线基站设备、环线设备。

8.根据权利要求7所述的BTM，其特征在于，采用无线通信获得BTM的车载数据，即行车线路对应的报文数据存储在地面车辆段内或线路所、车站、沿线设有铁路信号基础的工作站内，当列车出库或经过工作站无线覆盖区域内时，由无线基站设备和BTM的无线单元模块进行通信交互，完成数据更新和上传至BTM。

9.根据权利要求7所述的BTM，其特征在于，在地面线路上设置一种存储多条应答器报文的所述环线设备,该环线设备存储在进出站或区间的出口和入口位置，用以存储其所在线路所需的报文数据。

10.根据权利要求8或9所述的BTM，其特征在于，所述无线基站设备或环线设备提供的数据包含其管辖内的线路数据和其正反两个方向相邻的基站或环线管辖区域内的数据。

11.根据权利要求3所述的BTM，其特征在于，在C2、C3中使用雷达、速度传感器配合电子地图；

在既有线通过绝缘节辅助定位；

或通过GNSS卫星定位。

12.根据权利要求4所述的BTM，其特征在于，包含上下行信息，在线路区间内进入口位置布置两个真实应答器，用以确认行车方向。

13.根据权利要求9所述的BTM，其特征在于，所述环线设备是安装在轨道内完成和所述BTM通信的地面数据存储单元。

14.根据权利要求9所述的BTM，其特征在于，BTM无需预先存储数据，仅经过环线后使用环线数据即可，当数据被发送至VC后将数据清空。

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