CN110775110A - 基于车车通信的列车控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于车车通信的列车控制系统，包括：协同编队主控模块以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过协同编队主控模块基于当前列车与前方列车之间的相对速度以及距离，对每辆列车进行编队控制。本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，在现有VBTC系统的基础上，加入相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过列车之间的信息交互与感应，可以同时实现两辆列车或者多辆列车的编队运行，编队中的列车可同时发车、巡航运行、进站作业，从而达到提高运营效率、降低运营成本、提升服务质量的目的。

Description

基于车车通信的列车控制系统
技术领域
本发明涉及轨道交通控制技术领域，更具体地，涉及基于车车通信的列车控制系统。
背景技术
传统轨道交通列车的运行控制系统主要以基于通信技术的列车控制(Communication Based Train Control，CBTC)系统为主，随着城市轨道交通的高速发展，基于车车通信的列车控制(Vehicle Based Train Control，VBTC)系统应运而生，与传统的CBTC系统相比，VBTC系统无需通过轨旁设备转发其他列车信息，直接通过无线通信设备，向前后列车发送本车信息，通过车车之间信息直接交互，达到对前车进行跟踪运行等功能，有效改善CBTC系统中车地大容量通信耗时，以及轨旁设备繁多的劣势。
VBTC系统与传统的CBTC系统中在列车运行时，均由智能列车监控(IntelligentTrain Surpervision，ITS)系统调度指挥，列车之间的追踪距离根据ITS系统制定的计划运行图确定。但是，在实际的VBTC系统中，ITS系统无法实现两辆或多辆列车的编队运行，使VBTC系统的性能降低。
因此，现急需提供一种基于车车通信的列车控制系统。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于车车通信的列车控制系统。
本发明实施例提供了一种基于车车通信的列车控制系统，包括：协同编队主控模块以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，所述相对速度测量模块和所述距离测量模块与所述协同编队主控模块通信连接；前后两辆列车之间通过所述通信模块通信连接，共享车辆信息；
所述相对速度测量模块用于测量前后两辆列车之间的相对速度；所述距离测量模块用于测量前后两辆列车之间的距离；所述协同编队主控模块用于基于所述相对速度和所述距离，对每辆列车进行编队控制。
优选地，所述的基于车车通信的列车控制系统还包括：超宽带UWB定位模块；
所述UWB定位模块用于对每辆列车进行定位。
优选地，所述的基于车车通信的列车控制系统还包括：设置在每辆列车上的列车追踪预警防护模块；
所述列车追踪预警防护模块用于识别所述列车的前方物体信息，并基于预设追踪距离进行报警。
优选地，所述UWB定位模块包括：定位标签、定位基站和定位子模块，所述定位标签、所述定位基站和所述定位子模块依次通信连接；
所述定位标签分别设置在每辆列车上，所述定位基站设置在列车运行轨道沿线；
所述定位基站用于确定与每辆列车的距离；
所述定位子模块设置在每辆列车上，用于基于所述定位基站与每辆列车的距离，对每辆列车进行定位。
优选地，所述列车追踪预警防护模块包括：摄像头、图像识别模块以及报警模块；
所述摄像头用于获取所述列车的前方环境图像；
所述图像识别模块用于识别所述前方环境图像中的前方物体信息；
所述报警模块用于基于所述前方物体信息以及所述预设追踪距离进行报警。
优选地，所述列车追踪预警防护模块还包括：切断开关；
所述切断开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
优选地，所述报警模块与车载控制器VOBC中的开关连接；
所述VOBC中的开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
优选地，所述的基于车车通信的列车控制系统还包括：设置在每辆列车上的显示器；
所述显示器用于显示所述车辆信息。
优选地，所述相对速度测量模块具体为毫米波雷达。
优选地，所述通信模块为点对点通信天线。
本发明实施例提供的一种基于车车通信的列车控制系统，包括：协同编队主控模块以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过协同编队主控模块基于当前列车与前方列车之间的相对速度以及距离，对每辆列车进行编队控制。本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，在现有VBTC系统的基础上，加入相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过列车之间的信息交互与感应，可以同时实现两辆列车或者多辆列车的编队运行，编队中的列车可同时发车、巡航运行、进站作业，从而达到提高运营效率、降低运营成本、提升服务质量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种基于车车通信的列车控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于车车通信的列车控制系统的完整结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于车车通信的列车控制系统，包括：协同编队主控模块11以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块12、距离测量模块13和通信模块14，所述相对速度测量模块12和所述距离测量模块13与所述协同编队主控模块11通信连接；相邻两辆列车之间通过所述通信模块14通信连接，共享车辆信息；
所述相对速度测量模块12用于测量相邻两辆列车之间的相对速度；所述距离测量模块13用于测量相邻两辆列车之间的距离；所述协同编队主控模块11用于基于所述相对速度和所述距离，对每辆列车进行编队控制。
具体地，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制(Vehicle Based TrainControl，VBTC)系统，是基于现有VBTC的基础上实现的，是一种无需通过轨旁设备转发其他列车信息，直接通过无线通信设备，向前后列车发送本车信息，通过车车之间信息直接交互的系统。两辆列车之间可以通过每辆列车上设置的通信模块进行双向通信连接，实现车辆信息共享。通信模块之间的通信方式可以是5G、LIFI等。当两辆列车之间距离较远(800m-3000m)时，为实现两辆列车上的通信模块之间的通信可以依赖锚点转发，以及直接通信技术。
本发明实施例中，车辆信息可以包括每辆列车的速度、加速度、位置以及紧急制动等信息，车辆信息可以基于现有VBTC系统获取，本发明实施例中对此不作具体限定。
相对速度测量模块用于测量前后两辆列车之间的相对速度，具体可以采用设置在当前列车上的雷达，确定与前方列车之间的相对速度，也可以获取共享得到的前方列车的速度，结合当前列车的速度，确定出当前列车与前方列车之间的相对速度。
距离测量模块用于测量前后两辆列车之间的距离，具体可以采用设置在当前列车上的雷达，确定与前方列车之间的距离；也可以采用超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术中的飞行时间(Time of Flight，TOF)测距技术实现；还可以采用定位锚点之间通过数据传输，获取定位锚点之间的距离。其中，TOF测距技术属于双向测距技术，主要利用信号在两个异步收发机(Transceiver)之间的飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果更加精准。本发明实施例中，由基站向目标列车的车头顶部和车尾顶部安装的定位标签发送电磁波信号，将基站发出的电磁波信号和接收定位标签回应的时间间隔记为TTOT，定位标签收到电磁波信号和发出回应的时间间隔记为TTAT，则电磁波信号在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF＝(TTOT-TTAT)/2。
相对速度测量模块和距离测量模块均与协同编队主控模块通信连接，具体可以通过安装在每辆列车上的公网天线实现。协同编队主控模块用于基于所述相对速度和所述距离，对每辆列车进行编队控制，可以独立于现有VBTC系统实现。协同编队主控模块主要负责编队的安全防护和距离控制，以确定前后两辆列车之间的追踪距离，即协同编队追踪距离。
本发明实施例中提供了一种基于车车通信的列车控制系统，包括：协同编队主控模块以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过协同编队主控模块基于当前列车与前方列车之间的相对速度以及距离，对每辆列车进行编队控制。本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，在现有VBTC系统的基础上，加入相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，通过列车之间的信息交互与感应，可以同时实现两辆列车或者多辆列车的编队运行，编队中的列车可同时发车、巡航运行、进站作业，从而达到提高运营效率、降低运营成本、提升服务质量的目的。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，还包括：超宽带UWB定位模块；
所述UWB定位模块用于对每辆列车进行定位。
具体地，本发明实施例中，由于实时列车定位是VBTC系统不可或缺的功能，例如：列车驾驶员需要实时了解当前列车所处的位置信息，列车运行中发生故障时，列车驾驶员需要根据位置信息执行正确的故障处理预案；地面调度人员也需要随时掌握每组列车的实时位置信息，以便正确处理各类突发情况。而现有VBTC系统中对列车进行定位，通常采用轮轴计与轨旁应答器等多装置协调判断的方式，结构较复杂。而且由于轨旁无次级占用检测设备(例如，计轴等)，当列车降级或VBTC系统通信故障时，ITS系统无法实时准确获知列车的具体位置，对调度和VBTC系统安全带来一定的隐患。因此，本发明实施例中提供了一种当列车降级或VBTC系统通信故障时的定位设备，即UWB定位模块。UWB定位模块可以对每辆列车实现精准定位，用于补充车车通信故障的后备状态，其射频部分工作于3.2-3.8GHz频段，视距定位精度20cm。
UWB定位模块可以实现主动定位和被动定位，当UWB定位模块实现主动定位时，UWB定位模块包括：车载UWB定位子模块和地面UWB标签，通过车载UWB定位子模块与地面UWB标签之间的通信实现列车主动定位。其中，UWB定位子模块的电磁波射程可以达到600米，定位精度可以达到厘米级。当UWB定位模块实现被动定位时，UWB定位模块包括：定位标签、定位基站和定位子模块，定位标签、定位基站和定位子模块依次通信连接；定位标签分别设置在每辆列车上，定位基站设置在列车运行轨道沿线；定位基站用于确定与每辆列车的距离；考虑到列车定位的实时需求，定位子模块设置在每辆列车上，用于基于定位基站与每辆列车的距离，对每辆列车进行定位。
当UWB定位模块实现被动定位时，可以以100ms为周期，定位精度可达1m。通过UWB定位模块实现小带宽通信，定位基站间无需通信或通过无线跳接通信，可以减少线缆。而且，可以在直道上每400米搭建一个定位基站。定位基站以及定位标签小型化，便于安装。另外，当有维修人员维修地面设备，即定位基站时，可以使维修人员佩戴定位标签，如此可以实现对维修人员的定位。
本发明实施例中提供的UWB定位模块，是一种VBTC系统通信故障时启用的列车定位设备，是一种独立于VBTC系统的备选定位设备。当VBTC系统正常工作时，则UWB定位模块不工作，如此可以辅助提高VBTC系统通信故障情况下的列车运行效率。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，还包括：轨道电子地图集构建模块；
所述轨道电子地图集构建模块用于根据需求建立UWB定位模块所需的地图集，需详细标注所需的各轨道、道岔、以及定位锚点的部署信息。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，还包括：设置在每辆列车上的列车追踪预警防护模块；
所述列车追踪预警防护模块用于识别所述列车的前方物体信息，并基于预设追踪距离进行报警。
具体地，现有VBTC系统利用自动列车安全防护(Automatic TrainProtect，ATP)系统进行列车运行防撞防护，ATP系统根据当前列车的位置、前方物体、线路限速等，考虑紧急制动建立延时、定位误差等限制，计算列车紧急制动触发曲线，当列车速度超过该速度时，列车将实施紧急制动。这种方式追踪距离过大，无法满足协同编队的需求。而且，在现有VBTC系统正常情况下，ATP系统识别前后车以及障碍物等；在VBTC系统通信故障情况下，列车转司机人工驾驶，由于人工操作存在工作状态不稳定，识别能力因人而异，弯道、坡道、照明不良线路视距环境限制等情况，需要能够辅助司机进行前方列车的距离判断并进行提示，避免人为失误造成追尾或闯过红灯信号的设备。
因此本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，还包括：设置在每辆列车上的列车追踪预警防护模块，通过列车追踪预警防护模块识别列车的前方物体信息，并基于预设追踪距离进行报警。本发明实施例中的列车追踪预警防护模块是一种基于车车通信的列车追踪预警防护系统(Train Collision Avoidance System，TCAS)，是一种独立于VBTC系统的备选列车追踪预警防护系统，针对未安装车载控制器(Vehicle on-boardController，VOBC)或VBTC系统通信故障的情况下，利用TCAS识别当前列车的前方物体信息，并根据预设追踪距离进行报警。其中，前方物体可以是前方列车或者前方障碍物，前方物体信息可以包括前方物体与当前列车之间的距离，还包括前方物体的自身信息，即包括前方列车信息或者前方障碍物信息。
预设追踪距离是预先确定的最小追踪距离，也即防撞距离。当两辆列车之间的距离小于预设追踪距离，则需要通过列车追踪预警防护模块进行报警。本发明实施例中提供的TCAS可以达到列车低于35米的近距离追踪。
本发明实施例中提供的列车追踪预警防护模块，可以独立于VBTC系统，作为VBTC系统的备选方案实现对列车追踪安全的保证及报警。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述列车追踪预警防护模块包括：摄像头、图像识别模块以及报警模块；
所述摄像头用于获取所述列车的前方环境图像；
所述图像识别模块用于识别所述前方环境图像中的前方物体信息；
所述报警模块用于基于所述前方物体信息以及所述预设追踪距离进行报警。
具体地，本发明实施例中，摄像头可以是车载摄像头，设置在列车前方，摄像头与图像识别模块连接，摄像头将获取的列车的前方环境图像传输至图像识别模块，图像识别模块识别出前方环境图像中的前方物体信息；最后由报警模块根据前方物体信息以及预设追踪距离，通过比较前方物体信息中的当前列车与前方物体之间的距离与预设追踪距离的大小关系，进行报警。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述列车追踪预警防护模块还包括：切断开关；
所述切断开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
具体地，本发明实施例中，列车追踪预警防护模块还包括：切断开关，当列车上的VOBC正常工作时，可通过该切除开关屏蔽报警模块，以关闭报警模块的报警功能，此时VBTC系统的通信功能正常，以向其他列车共享车辆信息。
本发明实施例中通过在列车追踪预警防护模块中设置切断开关，使报警模块与现有VBTC系统独立，防止出现错误报警的现象发生。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述报警模块与车载控制器VOBC中的开关连接；
所述VOBC中的开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
具体地，本发明实施例中，为保证报警模块与现有的VBTC系统独立通过VOBC中的开关实现TCAS中报警模块报警功能的启用和关闭。
本发明实施例中通过VOBC中的开关，即可使报警模块与现有VBTC系统独立，不仅能够防止出现错误报警的现象发生，而且可以节约成本。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，还包括：设置在每辆列车上的显示器；
所述显示器用于显示所述车辆信息。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述相对速度测量模块具体可以采用毫米波雷达。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述距离测量模块具体可以采用激光雷达。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统，所述通信模块为点对点通信天线。
如图2所述，为本发明实施例中提供的基于车车通信的列车控制系统的整体结构示意图，图2中的列车上设置有公网天线21、点对点通信天线22、摄像头23、雷达24、工业平板电脑25、定位标签26以及VBTC系统27，VBTC系统27包括协同编队主控模块28、UWB定位模块29、列车追踪预警防护模块210、通信处理模块211以及现有的VOBC212和测速定位模块213。其中，工业平板电脑25与VBTC系统27连接，通信处理模块211用于实现该列车与其他列车的点对点通信天线22之间的通信处理和控制。
综上所述，本发明实施例中提供了一种结合主动防撞、UWB后备定位、协同编队的基于车车通信的列车控制系统，即轨道交通列车运行控制系统，打破以往车地车通信的方式，支持列车间直接通信的功能，通过主动防撞系统、UWB后备定位，补充车车通信列车运行系统在信号设备故障时的后备方案，同时根据协同编队策略，缩小列车间的追踪距离，大大提高并完善了车车通信列车运行整体方案，为推动轨道交通的下一代运行方案提供技术支持。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，包括：协同编队主控模块以及设置在每辆列车上的相对速度测量模块、距离测量模块和通信模块，所述相对速度测量模块和所述距离测量模块与所述协同编队主控模块通信连接；前后两辆列车之间通过所述通信模块通信连接，共享车辆信息；
所述相对速度测量模块用于测量前后两辆列车之间的相对速度；所述距离测量模块用于测量前后两辆列车之间的距离；所述协同编队主控模块用于基于所述相对速度和所述距离，对每辆列车进行编队控制。
2.根据权利要求1所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，还包括：超宽带UWB定位模块；
所述UWB定位模块用于对每辆列车进行定位。
3.根据权利要求1所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，还包括：设置在每辆列车上的列车追踪预警防护模块；
所述列车追踪预警防护模块用于识别所述列车的前方物体信息，并基于预设追踪距离进行报警。
4.根据权利要求2所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述UWB定位模块包括：定位标签、定位基站和定位子模块，所述定位标签、所述定位基站和所述定位子模块依次通信连接；
所述定位标签分别设置在每辆列车上，所述定位基站设置在列车运行轨道沿线；
所述定位基站用于确定与每辆列车的距离；
所述定位子模块设置在每辆列车上，用于基于所述定位基站与每辆列车的距离，对每辆列车进行定位。
5.根据权利要求3所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述列车追踪预警防护模块包括：摄像头、图像识别模块以及报警模块；
所述摄像头用于获取所述列车的前方环境图像；
所述图像识别模块用于识别所述前方环境图像中的前方物体信息；
所述报警模块用于基于所述前方物体信息以及所述预设追踪距离进行报警。
6.根据权利要求5所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述列车追踪预警防护模块还包括：切断开关；
所述切断开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
7.根据权利要求5所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述报警模块与车载控制器VOBC中的开关连接；
所述VOBC中的开关用于在所述列车上的车载控制器VOBC正常工作时，关闭所述报警模块的报警功能。
8.根据权利要求1所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，还包括：设置在每辆列车上的显示器；
所述显示器用于显示所述车辆信息。
9.根据权利要求1所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述相对速度测量模块具体为毫米波雷达。
10.根据权利要求1所述的基于车车通信的列车控制系统，其特征在于，所述通信模块为点对点通信天线。
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