CN111016974B - 一种基于电子地图的列车完整性监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电子地图的列车完整性监控系统及方法，包括车载设备、车头卫星定位装置、列尾装置、列尾卫星定位装置、地面通信设备和内嵌电子地图的地面资源管理设备，所述的车载设备分别与车头卫星定位装置、列尾装置通信连接，所述的列尾装置与列尾卫星定位装置连接，所述的地面通信设备分别与车载设备、列尾装置和地面资源管理设备连接。与现有技术相比，本发明具有降低了系统的初始投资以及后期维护费用、准确性高等优点。

Description

一种基于电子地图的列车完整性监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种列车完整性监控系统及方法，尤其是涉及一种基于电子地图的列车完整性监控系统及方法。

背景技术

列车完整性监控系统用以动态监测列车完整性状态，是列车安全运行的重要保障。

目前通过列车长度进行列车完整性状态监测的方法，主要采用计算车头GPS坐标以及车尾GPS坐标之间的直线距离作为估算车长，超过某一阈值则认为当前列车长度异常，列车丢失完整性。由于该估算方法是直接将两个定位点之间的直线距离作为列车长度，定位精度对最终计算结果会产生很大的影响，而且，当列车的头部和尾部不在一条直线上时，计算出的估算车长就会小于实际车长，特殊路线上甚至会出现估算车长远远小于实际车长的情况，远远降低了列车完整性监控结果的可信性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电子地图的列车完整性监控系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电子地图的列车完整性监控系统，包括车载设备、车头卫星定位装置、列尾装置、列尾卫星定位装置、地面通信设备和内嵌电子地图的地面资源管理设备，所述的车载设备分别与车头卫星定位装置、列尾装置通信连接，所述的列尾装置与列尾卫星定位装置连接，所述的地面通信设备分别与车载设备、列尾装置和地面资源管理设备连接。

优选地，所述的车头卫星定位装置包括相互连接的车头卫星定位天线和车头卫星定位接收机，所述的车头卫星定位接收机内嵌在车载设备中并与车载设备通信连接。

优选地，所述的车头卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线。

优选地，所述的列尾卫星定位装置包括相互连接的列尾卫星定位天线和列尾卫星定位接收机，所述的列尾卫星定位接收机安装在列尾装置中并与列尾装置通信连接。

优选地，所述的列尾卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线。

一种采用所述的基于电子地图的列车完整性监控系统的方法，该方法包括以下步骤：

1)车载设备上电初始化后，首先通过执行完整性测试来建立列车初始完整性状态；

2)车载设备获取卫星数据信息，并将当前车头所在的地理位置和列尾所在的地理位置与电子地图信息相融合，从而估算当前的列车长度，并通过持续获取列车估算车长情况来确定列车的完整性状态；

3)当列车完整性良好时，列车估算车长在设定范围内；当列车完整性发生破坏时，列车估算车长将发生变化，累计一定时间后，列车估算车长将超出设定范围。

优选地，所述的方法包括以下三种情景，分别为：

情景a、电子地图有效，且车载设备可在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景b、电子地图有效，但由于当前列车位置可在电子地图中投影出多个位置，车载设备无法在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景c、电子地图校验失败或者电子地图超过使用有效期但通信失效无法下载最新版本，导致当前电子地图不可用。

优选地，所述的情景a的车载设备完整性监测逻辑具体为：

(1)车载设备在电子地图上确定列车头部的位置信息，并确定列车尾部在电子地图上的位置信息；

(2)车载设备计算当前列车估算车长并判断是否在设定范围内。

优选地，所述的情景b车载设备完整性监测逻辑具体为：

(1)车载设备将使用正线电子地图确定列车头部在电子地图上的位置信息，并确定列车尾部在电子地图上的位置信息；

(2)车载设备计算当前列车估算车长并判断是否在设定范围内。

优选地，所述的情景c车载设备完整性监测逻辑具体为：

(1)车载设备获取当前列车头部卫星定位的位置信息以及列车尾部卫星定位的位置信息；

(2)车载设备计算当前列车计算头部到列尾的直线距离并判断是否在设定范围内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明主要基于卫星定位完成，采用本方案监控列车完整性时，可不使用轨道电路等轨旁设备，降低了系统的初始投资以及后期维护费用；

2、本发明主要基于电子地图进行列车估算长度的计算，准确性高；

3、本发明方案可实现站内多股道区域估算车长精确计算。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电子地图有效且列车位置唯一时完整性监测流程图；

图3为本发明电子地图有效但列车位置不唯一时完整性监测流程图；

图4为本发明电子地图无效时完整性监测流程图。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于电子地图的列车完整性监控系统，包括车载设备1、车头卫星定位装置、列尾装置2、列尾卫星定位装置、地面通信设备5和内嵌电子地图的地面资源管理设备6，所述的车载设备1分别与车头卫星定位装置、列尾装置2通信连接，所述的列尾装置2与列尾卫星定位装置连接，所述的地面通信设备5分别与车载设备1、列尾装置2和地面资源管理设备6连接。

所述的车头卫星定位装置包括相互连接的车头卫星定位天线31和车头卫星定位接收机32，所述的车头卫星定位接收机32内嵌在车载设备1中并与车载设备1通信连接。所述的车头卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线，并与卫星7通信连接。

所述的列尾卫星定位装置包括相互连接的列尾卫星定位天线41和列尾卫星定位接收机42，所述的列尾卫星定位接收机41安装在列尾装置2中并与列尾装置2通信连接。所述的列尾卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线，并与卫星7通信连接。

车头卫星定位装置通过接收卫星数据获取车头所在的地理位置，并将车头的地理位置提供给车载设备。列尾卫星定位装置通过接收卫星数据获取列尾所在的地理位置，列尾装置将列尾所在地理位置通过地面通信设备传递给车载设备。地面通信设备主要完成列车头部与列尾之间的无线通信，地面资源管理设备将向车载设备提供电子地图。

各设备的具体如下

1)车载设备

车载设备属于列车运行控制的核心控制单元，以机柜形式进行安装。车载设备将采集到的外部接口信息、外接设备信息进行逻辑运算，执行列车完整性监测逻辑。

2)车头卫星天线

车头卫星天线安装在车头顶部的合适位置，用以接收卫星定位数据。

3)卫星接收机

安装在车头机柜中，通过无线通讯方式接收卫星信息，获取车头位置信息。并以串口通信方式将车头位置信息发送给车载计算机。

4)列尾卫星天线

列尾卫星天线安装在列尾顶部的合适位置，用以接收卫星定位数据。

5)列尾装置

安装在列车尾部合适位置，主要用来检测不同时刻列车尾部位置信息，并以无线通讯方式发送给车载设备。

基于电子地图的列车完整性监测技术已通过实验室测试，在检测列车完整性的过程中，如果满足相应步骤对应的条件，则能实现列车完整性的监控与判断。

本发明基于电子地图的列车完整性监控方法，该方法包括以下步骤：

1)车载设备上电初始化后，首先通过执行完整性测试来建立列车初始完整性状态；

2)车载设备获取卫星数据信息，并将当前车头所在的地理位置和列尾所在的地理位置与电子地图信息相融合，从而估算当前的列车长度，并通过持续获取列车估算车长情况来确定列车的完整性状态；

3)当列车完整性良好时，列车估算车长在设定范围内；当列车完整性发生破坏时，列车估算车长将发生变化，累计一定时间后，列车估算车长将超出设定范围。

所述的方法包括以下三种情景，分别为：

情景一、电子地图有效，且车载设备可在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景二、电子地图有效，但由于当前列车位置可在电子地图中投影出多个位置，车载设备无法在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景三、电子地图校验失败或者电子地图超过使用有效期但通信失效无法下载最新版本，导致当前电子地图不可用。

情况一：

在电子地图有效且具有完整性，列车已确定其在电子地图中的唯一位置，为避免车体脱钩，执行列车完整性监测功能流程如图2所示。

车载设备问询列尾地理位置信息。当以下情况之一发生时，车载设备判定完整性丢失：

1.检测到当前列车估算车长大于某一阈值L0。

2.车载设备发起列尾位置问询，一定时间后未收到列尾位置数据。

其主要步骤如下：

步骤一、步骤二

获取当前列车头部经纬度信息，并在电子地图上确定车头唯一位置，明确车头的地理位置信息。

步骤三、步骤四、步骤五

将当前列车的位置信息通过地面通信设备发给地面资源管理设备，地面资源管理设备将提供当前进路的资源信息。车载设备将识别出当前进路所在的轨道号情况。

步骤六

列车每经过一段距离，车载设备将启动列尾位置问询。车载设备判断是否收到列尾位置数据，收到则转至步骤七，否则转至步骤十一。

步骤七、步骤八、步骤九、步骤十、步骤十三、步骤十四

根据列尾经纬度信息确定列尾所在轨道号，并确定列尾的地理位置信息。根据车头和列尾的地理位置信息估算当前车长，并判断当前估算车长是否小于等于某一阈值L0。如果是，则认为列车完整性良好，如果当前估算车长大于某一阈值L0，则认为列车完整性丢失。

步骤十一、步骤十二、步骤十三、步骤十四

车载设备判断未收到列尾位置信息，将启动列尾位置信息等待计时器，并判断计时器是否处于超时状态，当计时器达到某一预设时间，车载设备判断列车丢失完整性。

情况二：

当前电子地图有效且列车具有完整性，但由于对应的电子地图为多轨道或者其他一些原因，无法在电子地图上确定当前列车的唯一位置。执行列车完整性监测功能的流程如图3所示。

列车运行时，每经过一定距离车载设备将问询列车尾部地理位置并检测当前列车的完整性状态。

当以下情况之一发生时，车载设备判定列车完整性丢失：

1.检测到当前列车估算车长大于某一阈值L1。

2.车载设备发起列尾位置问询，一定时间后未收到列尾位置数据。

其主要步骤如下：

步骤一、步骤二

获取当前列车头部经纬度信息，并向该区域的正线电子地图进行投影，确定唯一位置，明确车头的地理位置信息。

步骤二、步骤三

车载设备确定列车位置范围内正线进路的轨道号信息。

步骤四

列车每经过一段距离，车载设备将启动列尾位置问询。车载设备判断是否收到列尾位置数据，收到则转至步骤五，否则转至步骤九。

步骤五、步骤六、步骤七、步骤八、步骤十一、步骤十二

确定列尾投影正线进路所在轨道号，并确定列尾的地理位置信息。根据车头和列尾的地理位置信息估算当前车长，并判断当前估算车长是否小于等于某一阈值L1。如果是，则认为列车完整性良好，如果当前估算车长大于某一阈值L1，则认为列车完整性丢失。

步骤九、步骤十、步骤十一、步骤十二

车载设备判断未收到列尾位置信息，将启动列尾位置信息等待计时器，并判断计时器是否处于超时状态，当计时器达到某一预设时间，车载设备判断列车丢失完整性。

情况三：

当前电子地图无效时列车基于估算车长的完整性监测流程如图4所示。

其主要步骤如下：

步骤一、步骤二

获取当前列车头部经纬度位置信息。

步骤三

列车每经过一段距离，车载设备将启动列尾位置问询。车载设备判断是否收到列尾位置数据，收到则转至步骤四，否则转至步骤七。

步骤四、步骤五、步骤六、步骤九、步骤十

获取列尾经纬度位置信息，并通过计算车头和列尾的位置信息之间的直线距离来估算当前车长，并判断当前估算车长是否小于等于某一阈值L3。如果是，则认为列车完整性良好，如果当前估算车长大于某一阈值L3，则认为列车完整性丢失。

步骤七、步骤八、步骤九、步骤十

车载设备判断未收到列尾位置信息，将启动列尾位置信息等待计时器，并判断计时器是否处于超时状态，当计时器达到某一预设时间，车载设备判断列车丢失完整性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种采用基于电子地图的列车完整性监控系统的方法，其特征在于，所述监控系统包括车载设备、车头卫星定位装置、列尾装置、列尾卫星定位装置、地面通信设备和内嵌电子地图的地面资源管理设备，所述的车载设备分别与车头卫星定位装置、列尾装置通信连接，所述的列尾装置与列尾卫星定位装置连接，所述的地面通信设备分别与车载设备、列尾装置和地面资源管理设备连接；

所述方法包括以下步骤：

1)车载设备上电初始化后，首先通过执行完整性测试来建立列车初始完整性状态；

2)车载设备获取卫星数据信息，并将当前车头所在的地理位置和列尾所在的地理位置与电子地图信息相融合，从而估算当前的列车长度，并通过持续获取列车估算车长情况来确定列车的完整性状态；

3)当列车完整性良好时，列车估算车长在设定范围内；当列车完整性发生破坏时，列车估算车长将发生变化，累计一定时间后，列车估算车长将超出设定范围；

所述的方法包括以下三种情景，分别为：

情景a、电子地图有效，且车载设备可在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景b、电子地图有效，但由于当前列车位置可在电子地图中投影出多个位置，车载设备无法在电子地图上确定当前列车的唯一位置；

情景c、电子地图校验失败或者电子地图超过使用有效期但通信失效无法下载最新版本，导致当前电子地图不可用；

所述的情景a的车载设备完整性监测逻辑具体为：

获取当前列车头部经纬度信息，并在电子地图上确定车头唯一位置，明确车头的地理位置信息；

将当前列车的位置信息通过地面通信设备发给地面资源管理设备，地面资源管理设备将提供当前进路的资源信息，车载设备将识别出当前进路所在的轨道号情况；

列车每经过一段距离，车载设备将启动列尾位置问询，车载设备判断是否收到列尾位置数据，若收到，根据列尾经纬度信息确定列尾所在轨道号，并确定列尾的地理位置信息，根据车头和列尾的地理位置信息估算当前车长，并判断当前估算车长是否小于等于某一阈值L0；如果是，则认为列车完整性良好，如果当前估算车长大于某一阈值L0，则认为列车完整性丢失；

所述的情景b车载设备完整性监测逻辑具体为：

(1)车载设备将使用正线电子地图确定列车头部在电子地图上的位置信息，并确定列车尾部在电子地图上的位置信息；

(2)车载设备计算当前列车估算车长并判断是否在设定范围内；

所述的情景c车载设备完整性监测逻辑具体为：

(1)车载设备获取当前列车头部卫星定位的位置信息以及列车尾部卫星定位的位置信息；

(2)车载设备计算当前列车计算头部到列尾的直线距离并判断是否在设定范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的车头卫星定位装置包括相互连接的车头卫星定位天线和车头卫星定位接收机，所述的车头卫星定位接收机内嵌在车载设备中并与车载设备通信连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的车头卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的列尾卫星定位装置包括相互连接的列尾卫星定位天线和列尾卫星定位接收机，所述的列尾卫星定位接收机安装在列尾装置中并与列尾装置通信连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的列尾卫星定位天线为北斗卫星定位天线或者GPS卫星定位天线。