CN110049468B - 一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统。包括：车载无线电系统，以及设置在轨道沿线的分区中的分区无线电控制单元、无线电基站和中央无线电控制单元。车载无线电系统通过38G无线电与无线电基站连接和通信，无线电基站将接收到的列车信号通过光纤网络传送至分区无线电控制单元，分区无线电控制单元将接收到的列车信号传输给分区安全计算机、牵引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信息传输。本发明的系统通过采用通信分区与运控分区交错布置，车地通信的跨分区交接和运控系统的跨分区交接分开执行，降低了因通信连接失败而导致的运控分区交接失败率，从而降低了牵引切断和紧急制动次数，提高了线路准点率以及乘客舒适度。

Description

一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统。
背景技术
磁浮运行控制系统与磁浮交通系统中的车辆、牵引、线路及道岔等设备或系统相连，完成对列车运行的控制、安全防护、自动运行及管理调度等任务。磁浮运控系统由CCS(Center Control System，中央运控系统)、DCS(Distributed Control System，分区运控系统)、VCS(Vehicle Control System，车载运控系统)和通信子系统组成。运行控制系统中安全相关的功能主要通过分区运控系统和车载运控系统共同实现，而两者之间的数据传输是由车地无线通信系统来完成的。
现有的高速磁浮车地无线电系统中通信分区的划分与运控分区和牵引分区的划分相对应，也就是，三个系统的边界在同一处。因此，牵引系统、运控系统、车地无线通信系统需要在在同一处进行跨分区交接。在运控系统的安全机制下，在运控系统在进行交接之前列车需要与下一分区建立无线电连接，此时列车与两个通信分区均有连接。若无线通信建立失败，列车须在当前分区内停车，不得进入下一分区。
高速磁浮运行时速可达600km/h，其制动距离为12-13km。因此在进行分区交接时列车需在距离该分区边界12-13km处开始与下一分区进行通信连接。RBS覆盖范围为2-3km，为满足上述条件，需在分区交接区域铺设双层的RBS，该双层的RBS分别与两个无线电控制单元相连。考虑到列车双向运行，铺设双层RBS的区域将达到25km,而一个分区的长度一般在50km左右。上海磁浮示范线虽为高速磁浮线路，但其总长度为30km，分区边界处在车站区域，分区交接时列车速度不高，因此不存在上述问题。
若将现有磁浮系统运用在长大干线时，将存在如下问题：
(1)运控分区切换之前列车需建立与下一分区的无线通信连接，增加了分区交接流程的复杂度，不稳定的无线通信将提高分区切换失败率。列车需频繁的实施牵引切断和紧急制动，影响线路准点率，列车运行效率和乘客舒适度，同时会降低设备的使用寿命。
(2)在交接区域铺设冗余的RBS，只能保证列车在分区交接失败后停在当前分区，并不能解决由于车地通信建立失败而导致的交接失败问题。此外，冗余的RBS设立将会提高建设和维护成本。
发明内容
本发明的实施例提供了一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统，以克服现有技术的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统，包括：车载无线电系统、分区无线电控制单元、无线电基站和中央无线电控制单元，所述车载无线电系统设置在列车上，所述分区无线电控制单元、无线电基站设置在轨道沿线的分区中，所述中央无线电控制单元设置在中央控制室轨道沿线；
所述车载无线电系统通过无线电与所述无线电基站连接和通信，无线电基站将接收到的列车信号通过光纤网络传送至分区无线电控制单元，所述分区无线电控制单元将接收到的列车信号传输给分区安全计算机、牵引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信息传输。
优选地，所述分区包括通信分区与运控分区，所述通信分区与所述运控分区交错布置，所述通信分区的边界处于所述运控分区的中间，所述运控分区的边界处于所述通信分区的中间。
优选地，在每一个分区中都设置有分区无线电控制单元和分区安全计算机，1个分区的分区无线电控制单元与相邻分区中的分区安全计算机相连，1个分区的分区安全计算机与相邻分区的分区无线电控制单元相连。
优选地，一个分区的无线电基站RBS通过光纤网络与同一分区的分区无线电控制单元DRCU进行通信；
一个分区的分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与同一分区和相邻分区的分区运控系统DCS进行通信，各个分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与中央无线电控制单元CRCU进行通信。
优选地，列车运行至当前通信分区边界时建立与下一通信分区之间的无线通信连接，当列车与下一通信分区的无线通信连接建立成功后，则列车继续在当前运控分区的分区运控系统的防护下继续运行，当前运控分区的分区无线电控制单元将接收到的列车信号通过光纤网络传送至当前运控分区的分区运控系统和中央无线电控制单元；
当列车与下一通信分区的无线通信连接建立失败后，则列车进行牵引切断和紧急制动，停止在当前运控分区。
优选地，当列车继续运行至当前运控分区的边界时，列车开始运控系统的分区交接流程，将列车防护权交给下一分区运控系统。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的中高速磁浮列车的车地无线通信系统通过采用通信分区与运控分区交错布置，车地通信的跨分区交接和运控系统的跨分区交接分开执行，降低了因通信连接失败而导致的运控分区交接失败率，从而降低了牵引切断和紧急制动次数，延长了设备使用寿命，提高了线路准点率以及乘客舒适度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的一种高速磁浮列车车地通信架构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种中高速磁浮列车车地通信系统，该系统在列车两端及沿线铺设天线，用来传输无线电信号。上述高速磁浮列车车地通信系统包括：CRCU(Central Radio Control System，中央无线电控制单元)、DRCU(DistributedRadio Control System，分区无线电控制单元)、光纤网、地面RBS(Radio Base Station，无线电基站)和车载无线电系统。所述车载无线电系统设置在列车上，所述分区无线电控制单元、无线电基站和中央无线电控制单元设置在轨道沿线的分区中。
所述车载无线电系统通过38G无线电与无线电基站连接和通信，无线电基站将接收到的信号通过光纤网络传送至分区无线电控制单元，分区无线电控制单元将接收到的信号传输给分区安全计算机、牵引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信息传输。
所述分区包括通信分区与运控分区，所述通信分区与所述运控分区交错布置，所述通信分区的边界处于所述运控分区的中间，所述运控分区的边界处于所述通信分区的中间。
在每一个分区中都设置有一个分区无线电控制单元、一个分区安全计算机和一个或者多个无线电基站RBS。所述磁浮列车车地无线通信系统中，1个分区的分区无线电控制单元与相邻分区中的分区安全计算机相连，1个分区的分区安全计算机与相邻分区的分区无线电控制单元相连。因为考虑到有道岔、有支线的情况，一个分区可能与多个分区相邻。
分区安全计算机(DSC)的功能主要有管理和控制列车运行，检查和转发报文，管理和控制牵引系统，管理和控制轨道、轨道防护、列车防护、牵引切断、速度曲线监控及安全定位等。
一个分区的分区无线电控制单元DRCU可以通过光纤网络与同一分区和相邻分区的分区运控系统DCS进行通信，各个分区无线电控制单元DRCU都可以通过光纤网络与中央无线电控制单元CRCU进行通信。
当列车运行至当前通信分区边界时与下一分区进行通信连接，连接失败则在当前运行分区内进行制动。一般运行分区的划分长度为50km，通信分区的边界和运行分区边界有25km的距离，当列车以最高运行速度600km/h运行时，仍有足够的距离制动在当前分区。当列车运行到运控分区边界说明已经成功建立车地通信连接，可直接开始运控分区交接流程。
参照图1所示，现有的中高速磁浮列车车地通信系统中，通信分区和运控分区一一对应，其边界处于一处。一个分区无线电控制单元与一个分区运控系统相连，如图1中的DRCU1与DCS1。
而本发明所述的中高速磁浮列车车地通信系统中，通信分区和运控分区交错布置，通信分区的边界处于运控分区的中间位置，同样的运控分区的边界处于通信分区的中间位置。一个分区无线电控制单元与相邻的分区运控系统相连，如图2中的DRCU1与DCS1、DCS2相连。
如图2所示，本发明所述的中高速磁浮列车车地通信系统中，车载运控系统将列车信息通过车载无线电系统中的车载天线以38G无线电的形式传送给沿线布置的无线电基站RBS。同一通信分区的无线电基站RBS通过光纤网络与分区无线电控制单元DRCU相连，将信号以光通信的形式传送给DRCU。DRCU将信息传送给列车所处运控分区对应的DCS。
当列车运行至通信分区边界时，需建立与下一通信分区的无线通信连接。当列车与下一通信分区的无线通信连接建立成功后，列车继续在同一分区运控系统DCS2的防护下继续运行，此时信号将经过DRCU2传送至DCS2，
当列车与下一通信分区的无线通信连接建立失败后，则列车进行牵引切断和紧急制动，停止在当前运控分区。
当列车继续运行至当前运控分区的边界时，列车开始运控系统的分区交接流程，将列车防护权交给下一分区运控系统DCS3。此时无需先进行车地通信的建立，因为信号仍可以经过DRCU2传送至DCS3。
综上所述，本发明实施例的中高速磁浮列车的车地无线通信系统与现有的磁浮运行控制系统相比，具有如下有益效果：
通信分区与运控分区交错布置，车地通信的跨分区交接和运控系统的跨分区交接分开执行，降低了因通信连接失败而导致的运控分区交接失败率，从而降低了牵引切断和紧急制动次数，延长了设备使用寿命，提高了线路准点率以及乘客舒适度。
所述磁浮列车车地无线通信架构中高速磁浮运控分区进行跨分区交接前通信分区已完成交接，降低了因车地通信失败而导致的运控分区交接失败率，提高了运行效率。此外，所述系统无需在通信分区边界区域铺设双层的无线基站，降低了建设与维护成本。
通信分区边界到运控分区边界的距离满足列车在最高时速600km/h时的制动距离，无需铺设冗余的RBS，大大降低了建设成本和维护成本。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种中高速磁浮列车的车地无线通信系统，其特征在于，包括：车载无线电系统、分区无线电控制单元、无线电基站和中央无线电控制单元，所述车载无线电系统设置在列车上，所述分区无线电控制单元、无线电基站设置在轨道沿线的分区中，所述中央无线电控制单元设置在中央控制室轨道沿线；
所述车载无线电系统通过无线电与所述无线电基站连接和通信，无线电基站将接收到的列车信号通过光纤网络传送至分区无线电控制单元，所述分区无线电控制单元将接收到的列车信号传输给分区安全计算机、牵引控制系统和中央无线电控制单元，实现车地信息传输；
所述分区包括通信分区与运控分区，所述通信分区与所述运控分区交错布置，所述通信分区的边界处于所述运控分区的中间，所述运控分区的边界处于所述通信分区的中间；
在每一个分区中都设置有分区无线电控制单元和分区安全计算机，1个分区的分区无线电控制单元与相邻分区中的分区安全计算机相连，1个分区的分区安全计算机与相邻分区的分区无线电控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，一个分区的无线电基站RBS通过光纤网络与同一分区的分区无线电控制单元DRCU进行通信；
一个分区的分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与同一分区和相邻分区的分区运控系统DCS进行通信，各个分区无线电控制单元DRCU通过光纤网络与中央无线电控制单元CRCU进行通信。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，列车运行至当前通信分区边界时建立与下一通信分区之间的无线通信连接，当列车与下一通信分区的无线通信连接建立成功后，则列车继续在当前运控分区的分区运控系统的防护下继续运行，当前运控分区的分区无线电控制单元将接收到的列车信号通过光纤网络传送至当前运控分区的分区运控系统和中央无线电控制单元；
当列车与下一通信分区的无线通信连接建立失败后，则列车进行牵引切断和紧急制动，停止在当前运控分区。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当列车继续运行至当前运控分区的边界时，列车开始运控系统的分区交接流程，将列车防护权交给下一分区运控系统。
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