CN110176976A - 列车时间校准系统、方法及时间校准设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车时间校准系统、校准方法和时间校准设备，校准系统包括：可信时间判定单元：用于在车载设备时间内选择可信时间，作为全列时间设定的标准；车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；时间校准单元：接收可信时间判定单元的可信时间，并基于可信时间校准设备时间。校准系统可被配置在车载设备上。校准方法包括以下步骤：在车载设备时间内选择可信时间，采用可信时间对TCN网关时间进行校准；各自网段采用校准后的TCN网关时间对本网段内设备时间进行校准。本发明选择可信时间对列车TCN网关时间进行校准，再采用校准后的网关时间进行各网段时间的校准，增加了时间校准的可靠性、稳定性和灵活性。

Description

列车时间校准系统、方法及时间校准设备

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，具体涉及一种列车时间装置的校准系统、方法，以及具有校准功能的时间校准设备。

背景技术

列车网络时间包括TCN网络时间、中央控制单元时间、GPS设备时间、显示屏系统时间等，为了保证全列正常运行和同步控制，需要保证各单元时间同步。

现有技术中，为了实现全列设备时间统一，动车组的各设备均采用列车TCN网络时间作为统一的时间源，目前该时间一般采用某一特定设备的系统时间作为时间源，通过报文传输贯穿全列，参考其进行全列设备的时间设定。

根据目前动车组运行案例发现现有时间处理方式存在一定的缺陷：一旦TCN网络时间跳变或错误，就会对全列设备数据记录及时间显示造成严重影响。具体的说，造成以上问题的原因包括但不限于：如采用的时间源时钟频率不够精确，长时间运行产生时间漂移；TCN网络设备或显示屏系统多年运行电池电量低或失效导致系统时间断电丢失，更换电池过程中会导致时间变更；以列车头车和尾车为基础，整列车对应两个网络段，不同网段间数据通信异常导致收到的时间错误；TCN网关在进行时间拆分传输时报文不同步导致时间突变；TCN网关初始化等情况时报文保持或者报文不可信导致时间错误；动车组运行线路信号条件恶劣，GPS信号不稳定导致获取的GPS时间不稳定甚至错误，进而导致时间来回跳变等等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中列车时间校准方法不稳定、车载设备时间同步性差的问题，提供一种灵活可靠的列车网络时间校准系统、方法和设备，进而提高车载设备的时间同步性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

列车时间校准系统，其特征在于，包括：

可信时间判定单元：用于在车载设备时间内选择可信时间，作为全列时间设定的标准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；

时间校准单元：接收可信时间判定单元的可信时间，并基于可信时间校准列车设备时间。

作为优选，所述时间校准系统进一步包括：

可信时间过滤单元：用于在车载设备时间内过滤掉不可用时间，采用可用时间作为备选可信时间。

作为优选：所述可信时间判定单元和可信时间过滤单元被配置在列车CCU，所述时间校准单元被配置在列车TCN网关。

列车时间校准方法，包括以下步骤：

在车载设备时间内选择可信时间，采用可信时间对TCN网关时间进行校准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；

各自网段采用校准后的TCN网关时间对本网段内设备时间进行校准。

作为优选，可信时间的确定方法为：

初上电时，采用显示屏系统时间作为可信时间；

上电结束后，运行过程中，检测是否存在对显示屏的时间设定信号，若是，则采用设定信号设定的时间作为可信时间，若否，则采用GPS时间作为可信时间。

作为优选，TCN网关和CCU采用冗余配置，若采用GPS时间作为可信时间，则检测是否存在TCN网关或CCU切换信号，若是，则更新调用GPS时间作为可信时间。

作为优选，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：若可选可信时间包括车载显示屏设备时间和/或GPS时间，过滤掉TCN网关自身时间。

作为优选，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：设定校准时间差阈值，将选定的可信时间与TCN网关自身时间进行比较，若二者差的绝对值大于时间差阈值，则进行列车时间校准；若二者差的绝对值小于时间差阈值，则不进行列车时间校准。

作为优选，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：过滤掉UTC时间为0的时间。

作为优选，所述校准方法进一步包括以下步骤：可信时间被拆分为多个报文传输到全列，对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：若报文传输不同步，或，报文时间无法解析为正常时间，则过滤。

作为优选，列车CCU进行可信时间的判定，并将选择的可信时间发送至列车TCN网关，通过报文传输到全列，各网段的CCU接收到报文后再进行可信时间预处理。

作为优选，列车CCU进行可信时间的判定，并将选择的可信时间发送至列车TCN网关，TCN网关采用可信时间校准自身时间，并将校准后的时间传输至其从属设备。

时间校准设备，包括上述的列车时间校准系统。

较现有技术相比，本发明技术方案的主要优点和积极效果在于：

本发明，相较于传统的列车时间校准机制，选择可信时间对列车TCN网关时间进行校准，再采用校准后的网关时间进行各自列时间的校准。列车运行过程中能够根据GPS时间自动校准设备时钟，更正列车网络时间，同时通过采用只有上电校准和特殊工况校准，以及增加多种过滤条件，避免了各种恶劣工况下时间跳变情况的发生，通过增加手动校准功能，可以实现特殊条件下的人为设置时间，增强了时间校准的可靠性与灵活性。校准后不再判断采用其它方式进行校准，增强了列车网络时间的稳定性。通过以上关键技术处理，列车网络时间能够正确进行校准，并避免发生跳变，增加了时间校准的可靠性、稳定性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为列车时间校准方法逻辑示意图；

图2为可信时间选定流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

列车车载设备包括车载显示屏设备、GPS设备和TCN网关设备等。均具有各自的时间，以车载显示屏设备而言，其自带时钟，时钟时间即车载显示屏设备时间；以GPS设备而言，GPS信号接通后，其自动获得卫星时间。列车同步控制需要保证车载设备之间的一致性，因此，需要适时对列车时间进行校准。

本发明首先提供了一种列车时间校准系统，基于列车中央控制单元(CCU)和列车TCN网关而实现。列车通常是多编组连挂运行，每个编组分为2个网段，每个网段均对应独立的中央控制单元(CCU)和TCN网关设备，因此，列车CCU和TCN网关采用的是冗余设计。以两个编组16辆车，每编组8辆车为例，每个网段的CCU和TCN网关将控制其所属的4辆车的时间校准工作。

列车时间校准系统，包括：

可信时间判定单元：用于在车载设备时间内选择可信时间，作为全列时间设定的标准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间和TCN网关时间；可信时间判定单元基于判定逻辑，在上述时间中选取可用的可信时间，具体判定逻辑将在后文中叙述。

时间校准单元：所述时间校准单元对应从设备，接收可信时间判定单元的可信时间，并基于可信时间校准从设备时间。仍以2编组16辆车为例，每个网段的CCU负责其所属的4辆车的时间校准。

为了进一步保证选取可信时间的精准性，同时避免没有必要的时间校准工作，列车时间校准系统进一步包括：

可信时间过滤单元：用于在车载设备时间内过滤掉不可用时间，采用可用时间作为可信时间。如果传递至可信时间过滤单元的时间均不满足可用条件，将不进行时间校准工作，等待后续可用的可信时间信号。

为了实现列车时间校准的配置，本实施例中，所述可信时间判定单元和可信时间过滤单元被配置在列车CCU，所述时间校准单元被配置在列车TCN网关。TCN网关和CCU有各自的时间处理逻辑，由于列车CCU可以统一管理网段内设备，因此不再需要单独配置处理器，利于节约车载资源配置。

作为另一种实施方式，如果不考虑上述原因，也可以单独配置时间校准设备，形成时间校准车载设备，完成可信时间判定、时间校准以及时间过滤等工作。

基于上述时间校准系统或时间校准设备，以下，进一步提供一种列车时间校准方法，包括以下步骤：

(1)在车载设备时间内选择可信时间对列车TCN网关时间进行校准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；可信时间判定单元，基于设定的可信时间选择逻辑，选定可信时间；由于CCU负责独立列车段内设备的综合管理，车载显示屏设备时间、GPS设备时间均传递至CCU，并经CCU传递至TCN网关做可信时间的判定和处理。

选定可信时间后，现将可信时间作为TCN网关的标准时间，修正TCN网关自身系统时间。

需要说明的是，GPS设备时间和显示屏设备时间都是根据所做的逻辑判断进行有条件选择的，TCN网关自身还具有一个系统时间，如果没有可用的GPS设备时间和显示屏设备时间，备选TCN网关系统时间作为校准时间源，以保证所要校准的时间能够一直正常增加。在车载显示屏设备时间和GPS设备时间均不存在可用信号时，采用TCN网关系统时间作为可信时间。

(2)采用校准后的TCN网关时间对全列设备时间进行校准；时间校准单元将上述设定好的时间传递至对应的从设备。同理，由于CCU负责独立列车段内设备的综合管理，选定的可信时间将发送至CCU，由CCU发送至对应列车段内的从设备。

以下将结合进一步设计的优选实施方式对上述时间校准方法进行展开说明。该方案综合多种时间源进行判断选取最准确的时间进行校准，可避免单一时间源故障导致时间错误。

作为一种具体的实施方式，可信时间的确定方法依据列车的工况来确定。在以下所有工况时，采用列车乘务员所在的列车段(通常为头车所在的列车段)作为标准，在发生列车重联的情况下，选取插钥匙的乘务员室所在的列车段作为标准。

A、列车初上电时

初上电时，采用显示屏系统时间作为可信时间。

列车初上电时，主要发生在列车出库或者初运行阶段，这个过程的时间校准可称为初始校准，目的是使列车设备先有一个时间基础。初上电之前，所有列车设备均处于不工作状态。此处所述的显示屏系统是列车头车和尾车的司机室内对应的操作和显示用显示屏，可选的也可选择为乘务员室监控屏，其自带电池，有自己内部时间。

初上电之后，在显示屏系统、GPS设备中，显示屏系统率先上电并启动内部时间，GPS设备启动后需要查找GPS信号，具有一个信号稳定的过程，因此，初上电时，首先次用显示屏时间作为可信时间。本方法采用GPS时间校准时确保在GPS可用并信号稳定时才采用GPS时间校准，避免GPS信号不稳定导致校准错误。

该可信时间首先传递至CCU，再经CCU传递至对应从设备。

B、运行过程中

初始校准后，上电结束后，运行过程中，特殊工况下需要进行时间的再次校准。这一过程中，时间信号可能来自显示屏的设定信号，以及，GPS正常启动后获取的GPS信号。设定信号相对更准确，因此设定信号的优先级高于GPS时间信号的优先级。

运行过程中，首先检测是否存在对显示屏的时间设定信号，若是，则采用设定信号设定的时间作为可信时间。

在没有检测到时间设定信号时，则采用GPS时间作为可信时间。

对于采用GPS时间，又可以分为以下两种工况：

第一种工况：若GPS设备是在初上电之后首次启动，第一次获得有效信号，则采用该GPS时间信号作为可信时间；

第二种工况：若在运行过程中，检测是否存在TCN或CCU切换信号，若是，则更新调用GPS时间作为可信时间。由于TCN和CCU均是采用冗余设计，此处所述的切换信号主要发生在列车主从设备切换、重联等过程中，这一过程中，GPS设备也会重新获得可用信号。

列车上GPS设备的GPS标志位标示GPS是否可用，刚上电标志位为1标示可用，一旦第一次校准后标志位为0标示GPS后续不可用，但在CCU或TCN网关发生冗余切换，GPS标志位重新置1，再次采用GPS校准。

作为本发明的进一步优化，为了进一步保证可信时间的准确性、可用性，避免无必要的工作，所述校准方法进一步包括可信时间预处理，其目的是过滤掉不可用时间。增加过滤条件滤掉突变时间解决报文传输不同步导致时间跳变问题。

可信时间预处理也分多钟情况，具体说明如下。

I：TCN网关具有TCN网关自身时间，可选可信时间包括车载显示屏设备时间和/或GPS时间的情况下，则过滤掉TCN网关自身时间。

II：设定校准时间差阈值，将选定的可信时间与TCN网关时间进行比较，若二者差的绝对值大于时间差阈值，则进行列车时间校准；若二者差的绝对值小于时间差阈值，则不进行列车时间校准。这种情况主要是针对预设定的可信时间与系统时间相对差异较小的情况，这种情况下，为了节约系统资源，则不再进行时间校准。

III：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，还包括：过滤掉UTC时间为0的时间。UTC时间是GPS设备时间的基础，如果UTC时间为0，则说明GPS设备离线，因此，不能采用其作为可信时间，进行系统的时间校准。

IV：可信时间被拆分为多个报文段传输，所述校准方法进一步包括以下步骤：若报文时间段传输不同步，则过滤。

具体说，由于时间信号需要长整型数据类型进行存储和传输，超过了MVB所能传输的最长数据类型，以GPS设备事件为例，网段的CCU通过将UTC时间拆分为3个报文变量来进行传输，其它网段的CCU接收到该网段传输的3个时间报文后再合成为UTC时间进行判断。信号拆分可能会造成信号传输的不同步性，导致时间信号跳变或无法正常解析，因此，需过滤。

上述预处理工作，在列车CCU中完成。具体说，列车CCU进行可信时间的判定，并将选择的可信时间经报文发送至全列各网段CCU，各网段CCU进行可信时间预处理。当CCU进行预处理之后，还会将校准时间发送到TCN网关，最终校准TCN网关时间，再将TCN网关时间作为标准时间向各自网段的从设备分发。

本发明提供的列车时间校准方法，采用各自网段的TCN网关时间作为自身网段的最终显示的时间源，TCN网关自带时钟，校准只是修改TCN网关的系统时间，再以修改后的TCN网关标准时间去校准全列时间，避免通信异常和传输不同步导致时间跳变。

本发明所述方案，可以保证列车网络时间能够正确进行校准，并避免发生跳变，增加了时间校准的稳定性和灵活性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.列车时间校准系统，其特征在于，包括：

可信时间判定单元：用于在车载设备时间内选择可信时间，作为全列时间设定的标准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；

时间校准单元：接收可信时间判定单元的可信时间，并基于可信时间校准设备时间。

2.如权利要求1所述的列车时间校准系统，其特征在于：进一步包括：

可信时间过滤单元：用于在车载设备时间内过滤掉不可用时间，采用可用时间作为备选可信时间。

3.如权利要求1或2所述的列车时间校准系统，其特征在于：所述可信时间判定单元和可信时间过滤单元被配置在列车CCU，所述时间校准单元被配置在列车TCN网关。

4.列车时间校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

在车载设备时间内选择可信时间，采用可信时间对TCN网关时间进行校准；所述车载设备时间包括车载显示屏设备时间、GPS设备时间；

各自网段采用校准后的TCN网关时间对本网段内设备时间进行校准。

5.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，可信时间的确定方法为：

初上电时，采用显示屏系统时间作为可信时间；

上电结束后，运行过程中，检测是否存在对显示屏的时间设定信号，若是，则采用设定信号设定的时间作为可信时间，若否，则采用GPS时间作为可信时间。

6.如权利要求5所述的列车时间校准方法，其特征在于，TCN网关和CCU采用冗余配置，若采用GPS时间作为可信时间，则检测是否存在TCN网关或CCU切换信号，若是，则更新调用GPS时间作为可信时间。

7.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：若可选可信时间包括车载显示屏设备时间和/或GPS时间，过滤掉TCN网关自身时间。

8.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：设定校准时间差阈值，将选定的可信时间与TCN网关自身时间进行比较，若二者差的绝对值大于时间差阈值，则进行列车时间校准；若二者差的绝对值小于时间差阈值，则不进行列车时间校准。

9.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，所述校准方法进一步包括以下步骤：对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：过滤掉UTC时间为0的时间。

10.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，所述校准方法进一步包括以下步骤：可信时间被拆分为多个报文传输到全列，对选定的可信时间进一步进行预处理，过滤掉异常时间，包括：若报文传输不同步，或，报文时间无法解析为正常时间，则过滤。

11.如权利要求8-10所述的列车时间校准方法，其特征在于，列车CCU进行可信时间的判定，并将选择的可信时间发送至列车TCN网关，通过报文传输到全列，各网段的CCU接收到报文后再进行可信时间预处理。

12.如权利要求4所述的列车时间校准方法，其特征在于，列车CCU进行可信时间的判定，并将选择的可信时间发送至列车TCN网关，TCN网关采用可信时间校准自身时间，并将校准后的时间传输至其从属设备。

13.时间校准车载设备，其特征在于：包括权利要求1至3所述的列车时间校准系统。