CN109017877A - 一种基于无线通信的数字双模列尾系统 - Google Patents

一种基于无线通信的数字双模列尾系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的数字双模列尾系统，包括安装在机车上的列尾机车台和安装在列车尾部的列尾主机；列尾机车台包括主机和分别与主机相连的天线、列尾控制盒和控制电缆，主机包括电源单元、记录单元、通信单元和列尾机车台主控单元，列尾机车台主控单元分别与记录单元和通信单元通过RS232接口相连，通信单元包括GSM‑R模块、400MHz数字信道机和合路器，GSM‑R模块和400MHz数字信道机的输入端分别与列尾机车台主控单元相连，合路器与天线相连；本发明解决了山区隧道通信弱场问题，节省移动中继器和区间中继设备投入，同时解决了同频干扰问题，提高列尾作业效率、降低整体运输成本。

Description

一种基于无线通信的数字双模列尾系统
技术领域
本发明涉及一种列尾系统，尤其涉及一种基于无线通信的数字双模列尾系统。
背景技术
列车尾部安全防护装置(以下称“列尾装置”)主要用于货物列车在取消守车后，机车乘务员能够及时准确地掌握列车尾部风压；当列车主管风压因非正常泄漏低于规定门限值时，该设备自动报警；当车辆折角塞门被意外关闭时，机车乘务员可操纵列车尾部装置进行尾部排风辅助制动，以防止列车“放飏”事故；具有列车昼夜尾部标示作用。列尾装置主要设备包括列尾主机(含电池)、列尾机车台两部分。
在本发明之前的产品采用450MHz模拟制式或400MHz数字制式通信。国家政策方面，按工信部要求，自2011年1月1日起国家停止150MHz和400MHz频段内模拟对讲机设备的型号核准，全面推广数字对讲机，并将450MHz频段确定为IMT业务未来使用频段，要求铁路等用户应将原450MHz频段业务转移到公众对讲机频点或其他符合规划的对讲机频点。
产品应用方面，450MHz模拟制式或400MHz数字制式通信无法解决山区隧道区段货车列尾通信距离的问题。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了基于无线通信的数字双模列尾系统及通信控制方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于无线通信的数字双模列尾系统，包括安装在机车上的列尾机车台和安装在列车尾部的列尾主机；
所述列尾机车台包括主机和分别与主机相连的天线、列尾控制盒和控制电缆，所述主机包括电源单元、记录单元、通信单元和列尾机车台主控单元，所述列尾机车台主控单元分别与记录单元和通信单元通过RS232接口相连，所述通信单元包括GSM-R模块、400MHz数字信道机和合路器，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机的输入端分别与列尾机车台主控单元相连，GSM-R模块和400MHz数字信道机的输出端与合路器相连，所述合路器与天线相连；
所述列尾控制盒包括一个或两个，所述主控单元与列尾控制盒相连；列尾控制盒包括列尾控制盒主控单元和分别与列尾控制盒主控单元相连的液晶显示屏、按键、复位开关和接口；
所述列尾主机包括电池、列尾主机主控单元、列尾主机通信单元和风压检测单元，所述列尾主机通信单元包括GSM-R模块和400MHz数字信道机，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机分别与列尾主机主控单元相连；所述风压检测单元包括风压传感器、排风单元及风管，所述风压传感器设置在风管中，所述风压传感器与列尾主机主控单元相连，风管与列车主风管相连；
所述列尾主机还包括与列尾主机主控单元相连的记录单元、自控闪光单元和挂接单元。
进一步地，所述列尾机车台和列尾主机在GSM-R/GPRS网络下采用UDP协议进行无线数据通信。
进一步地，所述列尾设备未获取IP地址时工作在400MHz数字模式，列尾主机发射频率采用404.025MHz，接收频率采用414.025MHz。
进一步地，所述挂接单元为钩提杆或车钩安装锁具。
进一步地，所述基于无线通信的数字双模列尾系统还包括机车车号确认仪、出入库检测设备、列尾主机检测台。
基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，包括：
列尾机车台未获取IP地址时工作在400MHz数字模式，发射和接受信号，获取IP地址；
列尾机车台获取IP地址后自动进入双模模式，列尾机车台主动以400MHz数字通信方式和GSM-R通信方式同时向列尾主机发送列尾信息，列尾主机接收方则以收到信息的相应方式分别进行应答；若列尾机车台在8s内收到不同方式下同类型的列尾应答信息时，只响应第1帧列尾应答信息；若列尾机车台8s内未收到列尾主机返回的输号应答时，判断连接失败并发出语音提示
列尾机车台收到输号应答信息后进行判断，如果信息中的机车号与本机车号一致，列尾机车台进入连接状态，显示“已连接”并发出语音提示，同时存储列尾主机ID及其IP地址。
进一步地，所述基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，还包括：
人为手动或系统自动控制列尾机车台，向列尾主机发送手动风压查询命令信息；
列尾主机收到后，显示当前风压值并向列尾机车台返回风压信息；
若列尾机车台收到列尾主机发送的风压信息，显示或同时语音播报风压数值；
若列为机车台在设定时间内为收到列为主机发送的风压信息，则发出通失效的警报。
进一步地，所述基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，还包括列尾机车台控制列尾主机辅助排风制动，具体地：
人为手动控制列尾机车台，向列尾主机连续发送5帧排风制动命令；列尾主机收到后立即进行排风，显示排风状态并向列尾机车台返回排风应答信息；列尾机车台收到排风应答后，进行显示并发出语音提示；如规定时间内未收到应答，列尾机车台自动重发5帧排风制动命令；列尾主机排风完毕，自动向列尾机车台发送1次风压报警信息，列尾机车台发出语音提示。
进一步地，所述基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，还包括列车主风管风压过低报警，当列为主机检测到风压低于设定值时，列尾主机应显示每秒闪烁1次的风压值，并每20s向列尾机车台发送1次风压报警信息；列尾机车台收到后，显示相应的报警信息并语音提示司机进行确认；司机确认后，列尾机车台向列尾主机回发相应的确认信息；列尾主机收到确认信息后，停止向列尾机车台发送相应的报警信息，列尾机车台停止语音报警。
本发明适用于普通货物列车列尾通信，采用GSM-R和400MHz数字两种通信方式。GSM-R通信方式下，列尾通信由GSM-R/GPRS网络承载；400MHz数字通信方式下，列尾通信采用DMR点对点直接通信方式。在覆盖有GSM-R铁路专网的地区，系统可以同时使用两种通讯方式进行作业，在没有覆盖网络的区域，则自动切换为使用400MHz数字模式进行通讯，保证列尾装置长交路、跨区段使用。解决山区隧道通信弱场问题，节省移动中继器和区间中继设备投入，同时解决同频干扰问题，提高列尾作业效率、降低整体运输成本。
附图说明
图1位本发明的数字双模列尾系统的结构框图。
图2为单节机车列尾机车台设备的结构框图。
图3为双节机车列尾机车台设备的结构框图。
图4为列尾主机设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
【实施例1】
如图1-4所示，一种基于无线通信的数字双模列尾系统，包括安装在机车上的列尾机车台、安装在列车尾部的列尾主机、机车车号确认仪、出入库检测设备、列尾主机检测台。
上述各设备的基本工作原理：
列尾机车台、列尾主机：将8位本务机车号(机车型号代码+机车编号)输入到分配有唯一6位ID的列尾主机中，该机车就与列尾主机建立了“连接”关系(即一对一关系)；机车乘务员操纵列尾机车台向列尾主机发出包含有机车号和列尾主机ID的各种数字编码指令，列尾主机接收并核对机车号和列尾主机ID后，执行相应操作；列尾主机将执行结果也以数字编码的形式回示机车，列尾机车台解码识别后，同时以语音和显示两种方式提示机车乘务员。
列尾主机检测台：对列尾主机进行检测，确保上线前待安装的列尾主机各项指标符合规定的要求。
机车车号确认仪：列尾作业员在列车出发前，使用机车车号确认仪，通过无线方式将机车号输入到列尾主机中，从而提前建立机车与列尾主机的“一对一”关系。
出入库检测系统：主要用于列尾机车台的出入库检测。确保出入库的列尾机车台各项指标符合规定的要求。
具体地，其中，图2为单节机车列尾机车台设备的结构框图，图3为双节机车列尾机车台设备的结构框图。列尾机车台包括主机和分别与主机相连的天线、列尾控制盒和控制电缆，所述主机包括电源单元、记录单元、通信单元和列尾机车台主控单元，所述列尾机车台主控单元分别与记录单元和通信单元通过RS232接口相连，所述通信单元包括GSM-R模块、400MHz数字信道机和合路器，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机的输入端分别与列尾机车台主控单元相连，GSM-R模块和400MHz数字信道机的输出端与合路器相连，所述合路器与天线相连；
所述列尾控制盒包括一个或两个，所述主控单元与列尾控制盒相连；列尾控制盒包括列尾控制盒主控单元和分别与列尾控制盒主控单元相连的液晶显示屏、按键、复位开关和接口；
如图4所示，所述列尾主机包括电池、列尾主机主控单元、列尾主机通信单元和风压检测单元，所述列尾主机通信单元包括GSM-R模块和400MHz数字信道机，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机分别与列尾主机主控单元相连；所述风压检测单元包括风压传感器、排风单元及风管，所述风压传感器设置在风管中，所述风压传感器与列尾主机主控单元相连，风管与列车主风管相连；
所述列尾主机还包括与列尾主机主控单元相连的记录单元、自控闪光单元和挂接单元；挂接单元为钩提杆或车钩安装锁具。
【实施例2】
本实施例包括双模模式通信方法，包括：
列尾机车台和列尾主机在GSM-R/GPRS网络下采用UDP协议进行无线数据通信。同时，列尾主机采用DMR直通方式下的CSBK协议进行无线数据通信，符合ETSI TS 102 361-1V2.2.1(2013-02)中7.2节的相关规定。
1.建立连接关系
1)列尾主机输号方式
列尾主机开机后以400MHz数字方式每20s发送1次输号请求信息。在列尾作业人员通过机车车号确认仪向列尾主机输入机车号后，以GSM-R方式每20s向列尾机车台发送1次输号请求，不再发送400MHz数字方式输号请求信息。列尾机车台通过GSM-R方式自动响应输号请求，或通过400MHz数字方式手动查询风压成功后进入连接状态，双方应建立400MHz数字方式和GSM-R方式的连接关系。
2)列尾机车台输号方式建立连接关系
司机输入列尾主机ID后，列尾机车台同时以两种方式发送输号命令，列尾主机以相应方式返回输号应答信息。列尾机车台收到列尾主机任一方式应答信息后，双方应建立400MHz数字方式和GSM-R方式的连接关系(列尾机车台、列尾主机未存储对方IP时，可通过列尾ID号、机车号查询对方IP并存储)。列尾机车台8s内两种方式均未收到列尾主机返回的输号应答时，判断连接失败并发出语音提示。
2.手动风压查询
列尾机车台处于连接状态，司机手动查询风压时，列尾机车台同时以两种方式发送查询风压命令。列尾机车台处于未连接状态，司机手动查询风压时，列尾机车台以400MHz数字方式发送查询风压命令。
3.风压动态显示
GSM-R列尾通信正常时列尾机车台每120s～130s随机以GSM-R方式发送自动查询风压命令，如GSM-R列尾通信不正常则列尾机车台每120s～130s随机以400MHz方式发送自动查询风压命令。列尾机车台以任一方式发送自动查询风压命令后，如25s内未收到风压信息，列尾机车台风压值显示为“---”，并自动以另一方式补发1次自动风压查询命令。列尾机车台在20min内没有收到任何列尾信息时，自动以两种方式同时发送查询风压命令，如在随后25s内两种方式均未收到列尾信息，则列尾机车台进入通信失效状态，每25～30s随机自动以两种方式同时发送风压查询命令，直至收到任一方式列尾信息后退出通信失效状态。
4.辅助排风制动
列尾机车台发送排风制动命令时，以两种方式同时发送，列尾主机以相应方式返回排风应答信息。如列尾机车台在8s内两种方式均未收到应答信息，则自动以两种方式进行重发。
5.列车主风管风压低于设定值或列尾主机电池电量不足报警
列车主风管风压低于设定值或列尾主机电池电量不足时，列尾主机应以两种方式同时发送报警信息。列尾机车台收到后发出语音提示，司机按下“确认”键，列尾机车台以相同方式向列尾主机返回确认信息。收到任一方式返回的确认信息后，列尾主机停止发送400MHz数字方式和GSM-R方式报警信息。
6.解除连接关系
司机消号时，列尾机车台同时以两种方式发送消号命令，列尾主机以相应方式返回消号应答信息，列尾设备收到任一方式消号信息后，解除400M数字方式和GSM-R方式的连接关系，但不向GSM-R/GPRS网络发起注销。如列尾机车台在8s内两种方式均未收到应答信息，则自动以两种方式进行重发。
本发明的创新点在于：
(1)采用GSM-R和400MHz数字两种通信方式，两者互为补充，保障列尾信息的可靠传输；
(2)在GSM-R区段利用其网络资源和沿线设施，不需要单独增设场强补强设备，保证了在通信困难区段数据的有效传输，提高了弱场区段通信的成功率。
(3)数字无线通信采用技术成熟的DMR数字电台，数据传输率高，时延小，误码率低；
(4)通过对GSM-R列尾信息传输时延的研究与试验验证，采用GSM-R/GPRS方式来实现双模列尾列尾信息的传输，可以满足列车实际制动需求；
(5)通过对400MHz数字同异频通信方式的研究和试验验证，400MHz数字列尾通信采用“异频单工”方式，可以大大降低同频干扰和信号碰撞，保障列尾设备可靠运用；
(6)采用8W GSM-R/GPRS数据模块，相较于传统的2W模块,网络适应性更好，丢包和掉网率更低，提高了列尾通信的成功率。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无线通信的数字双模列尾系统，包括安装在机车上的列尾机车台和安装在列车尾部的列尾主机，其特征在于：
所述列尾机车台包括主机和分别与主机相连的天线、列尾控制盒和控制电缆，所述主机包括电源单元、记录单元、通信单元和列尾机车台主控单元，所述列尾机车台主控单元分别与记录单元和通信单元通过RS232接口相连，所述通信单元包括GSM-R模块、400MHz数字信道机和合路器，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机的输入端分别与列尾机车台主控单元相连，GSM-R模块和400MHz数字信道机的输出端与合路器相连，所述合路器与天线相连；
所述列尾控制盒包括一个或两个，所述主控单元与列尾控制盒相连；列尾控制盒包括列尾控制盒主控单元和分别与列尾控制盒主控单元相连的液晶显示屏、按键、复位开关和接口；
所述列尾主机包括电池、列尾主机主控单元、列尾主机通信单元和风压检测单元，所述列尾主机通信单元包括GSM-R模块和400MHz数字信道机，所述GSM-R模块和400MHz数字信道机分别与列尾主机主控单元相连；所述风压检测单元包括风压传感器、排风单元及风管，所述风压传感器设置在风管中，所述风压传感器与列尾主机主控单元相连，风管与列车主风管相连；
所述列尾主机还包括与列尾主机主控单元相连的记录单元、自控闪光单元和挂接单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数字双模列尾系统，其特征在于：所述列尾机车台和列尾主机在GSM-R/GPRS网络下采用UDP协议进行无线数据通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数字双模列尾系统，其特征在于：所述列尾设备未获取IP地址时工作在400MHz数字模式，列尾主机发射频率采用404.025MHz，接收频率采用414.025MHz。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数字双模列尾系统，其特征在于：所述挂接单元为钩提杆或车钩安装锁具。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的数字双模列尾系统，其特征在于：所述基于无线通信的数字双模列尾系统还包括机车车号确认仪、出入库检测设备、列尾主机检测台。
6.权利要求1所述的基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，包括：
列尾机车台未获取IP地址时工作在400MHz数字模式，发射和接受信号，获取IP地址；
列尾机车台获取IP地址后自动进入双模模式，列尾机车台主动以400MHz数字通信方式和GSM-R通信方式同时向列尾主机发送列尾信息，列尾主机接收方则以收到信息的相应方式分别进行应答；若列尾机车台在8s内收到不同方式下同类型的列尾应答信息时，只响应第1帧列尾应答信息；若列尾机车台8s内未收到列尾主机返回的输号应答时，判断连接失败并发出语音提示
列尾机车台收到输号应答信息后进行判断，如果信息中的机车号与本机车号一致，列尾机车台进入连接状态，显示“已连接”并发出语音提示，同时存储列尾主机ID及其IP地址。
7.根据权利要求6所述的基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，其特征在于，还包括：
人为手动或系统自动控制列尾机车台，向列尾主机发送手动风压查询命令信息；
列尾主机收到后，显示当前风压值并向列尾机车台返回风压信息；
若列尾机车台收到列尾主机发送的风压信息，显示或同时语音播报风压数值；
若列为机车台在设定时间内为收到列为主机发送的风压信息，则发出通失效的警报。
8.根据权利要求7所述的基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，其特征在于：
所述基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，还包括列尾机车台控制列尾主机辅助排风制动，具体地：
人为手动控制列尾机车台，向列尾主机连续发送5帧排风制动命令；列尾主机收到后立即进行排风，显示排风状态并向列尾机车台返回排风应答信息；列尾机车台收到排风应答后，进行显示并发出语音提示；如规定时间内未收到应答，列尾机车台自动重发5帧排风制动命令；列尾主机排风完毕，自动向列尾机车台发送1次风压报警信息，列尾机车台发出语音提示。
9.根据权利要求8所述的基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，其特征在于：
所述基于无线通信的数字双模列尾系统的通信控制方法，还包括列车主风管风压过低报警，当列为主机检测到风压低于设定值时，列尾主机应显示每秒闪烁1次的风压值，并每20s向列尾机车台发送1次风压报警信息；列尾机车台收到后，显示相应的报警信息并语音提示司机进行确认；司机确认后，列尾机车台向列尾主机回发相应的确认信息；列尾主机收到确认信息后，停止向列尾机车台发送相应的报警信息，列尾机车台停止语音报警。
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