CN111391890A - 一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统 - Google Patents

一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，该系统与TDCS/CTC系统通信连接，预警防护系统包括机车车载终端子系统、地面预警防护平台子系统、手持终端子系统，地面预警防护平台子系统分别与TDCS/CTC系统、机车车载终端子系统和手持终端子系统通信连接；地面预警防护平台子系统根据机车车载终端子系统提供的北斗定位、列车速度、列车方向信息和手持终端子系统的北斗定位信息，结合DCS/CTC系统发送的站场信息和车次信息，以及线路数据和虚拟应答器的数据进行车与车、车与人预警逻辑的判断处理，并将处理后的预警信息转发给机车车载终端子系统和手持终端子系统。与现有技术相比，本发明具有实现对铁路施工作业人员和车辆等预警防护等优点。

Description

一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统
技术领域
本发明涉及一种预警防护系统，尤其是涉及一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统。
背景技术
目前我国列车定位主要采用以下几种方式：轨道电路定位、卫星导航定位、计轴器定位、感应回线车载传感器、地图匹配定位、测速定位、无线定位、查询应答器定位、基于无线通信的列车定位等，根据各种定位方式的分析，轨道电路、计轴器的安全性能相对较高，但是精度较差；查询应答器精度相对较高，但是需要大量的辅助设备，机动性比较差；交叉感应回线定位可以避免牵引电流的干扰，大大提高定位系统的抗干扰能力，但是需要大量的电缆，后期维护工作量较大；测速定位、无线定位、地图匹配及卫星定位的机动性比较好，但是也各有缺点，测速定位对速度积分造成误差的累积导致精度的下降，无线定位可靠性还需要进一步完善，卫星定位受环境影响比较大，地图匹配则对匹配的数字化地图的精度要求比较高。
我国预防碰撞事故主要基于列车控制系统，依靠轨道电路、无线闭塞等技术手段来实现，能够满足列车防护的需求。铁路现场作业人员的防护一直是铁路安全领域的弊端，对现场作业人员的碰撞防护目前还无法通过技术手段来进行预警防护。
随着我国高速铁路的开通运行，提高列车运行安全、解决信号系统故障的研究进入了新的发展阶段。
2012年5月1日原铁道部在京沪高铁进行了高速铁路列车追踪接近预警系统的现场试验；5月27日在汉宜线两列试验动车组上安装了试验设备进行长期功能测试，高速铁路列车追踪接近预警系统试验效果明显，具备了预警追踪的功能，但其系统采用的列车定位信息以及信息传输策略依然采用现有的铁路信号技术，即采用轨道电路实现列车定位。
西南交通大学提出了一种基于雷达技术的列车预警系统，它是利用雷达技术，通过定距采集图像信息，与存储在数据库中的图像对比，分析前方路况进而提高司机的视距，起到预警作用
我国列车定位主要采用以下几种方式：轨道电路定位、卫星导航定位、计轴器定位、感应回线车载传感器、地图匹配定位、测速定位、无线定位、查询应答器定位、基于无线通信的列车定位等，根据各种定位方式的分析，轨道电路、计轴器的安全性能相对较高，但是精度较差；查询应答器精度相对较高，但是需要大量的辅助设备，机动性比较差；交叉感应回线定位可以避免牵引电流的干扰，大大提高定位系统的抗干扰能力，但是需要大量的电缆，后期维护工作量较大；测速定位、无线定位、地图匹配及卫星定位的机动性比较好，但是也各有缺点，测速定位对速度积分造成误差的累积导致精度的下降，无线定位可靠性还需要进一步完善，卫星定位受环境影响比较大，地图匹配则对匹配的数字化地图的精度要求比较高。
我国预防碰撞事故主要基于列车控制系统，依靠轨道电路、无线闭塞等技术手段来实现，能够满足列车防护的需求。铁路现场作业人员的防护一直是铁路安全领域的弊端，对现场作业人员的碰撞防护目前还无法通过技术手段来进行预警防护。
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北斗位置自动感知的预警防护系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，该系统与TDCS/CTC系统通信连接，所述的预警防护系统包括机车车载终端子系统、地面预警防护平台子系统、手持终端子系统，所述的地面预警防护平台子系统分别与TDCS/CTC系统、机车车载终端子系统和手持终端子系统通信连接；
所述的地面预警防护平台子系统根据机车车载终端子系统提供的北斗定位、列车速度、列车方向信息和手持终端子系统的北斗定位信息，结合DCS/CTC系统发送的站场信息和车次信息，以及线路数据和虚拟应答器的数据进行车与车、车与人预警逻辑的判断处理，并将处理后的预警信息转发给机车车载终端子系统和手持终端子系统。
优选地，所述的地面预警防护平台子系统包括中心通信服务器以及分别与中心通信服务器连接的预警防护处理服务器、TDCSi接口服务器、4G通信接口服务器、维护平台、卫星定位基站管理服务器，所述的TDCSi接口服务器与TDCS/CTC系统通信连接，所述的4G通信接口服务器分别与机车车载终端子系统和手持终端子系统通信连接。
优选地，所述的地面预警防护平台子系统还包括与卫星定位基站管理服务器连接的北斗短报文指挥机及卫星定位基站。
优选地，所述的机车车载终端子系统包括车载终端主控板以及分别与车载终端主控板连接的车载终端4G通信模块、车载终端北斗定位模块、车载终端电源模块、网络数据模块、串口数据模块以及DMI显示器。
优选地，所述的机车车载终端子系统还包括与车载终端4G通信模块连接的车载终端4G通信天线、以及与车载终端北斗定位模块连接的车载终端北斗接收天线。
优选地，所述的手持终端子系统包括手持终端主控板以及分别与手持终端主控板连接的手持终端4G通信模块、手持终端北斗定位模块、手持终端电源模块、I/O模块以及数据存储模块。
优选地，所述的手持终端子系统还包括与手持终端4G通信模块的手持终端4G通信天线、以及与手持终端北斗定位模块连接的手持终端北斗接收天线。
优选地，所述的预警防护系统不仅可实现列车与施工人员的预警防护，还可实现列车与列车之间的接近预警。
优选地，所述的预警防护系统针对施工人员或列车的不同受防护对象，该预警防护系统具备不同的预警模式。
优选地，所述的不同的预警模式具体包括：
(1)施工人员预警模式以现场作业的施工人员为主要防护对象，以施工人员为中心，以施工人员当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(2)列车预警模式以行驶中的列车为主要防护对象，以列车当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(3)车站预警模式，车站内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端子系统内输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(4)区间施工人员预警模式，区间内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端子系统内人工输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置的信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护，将施工人员作为主要防护对象，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(5)区间列车预警模式，逻辑判断受防护的列车与前后列车之间的距离，以受防护列车为中心，以列车当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明利用无线通信技术，首次将国产自主北斗三号系统提供的高精准定位及短报文通信技术应用于铁路预警系统。根据北斗定位信息跟踪车列、施工作业人员的位置信息，通过无线通信技术实时向综合预警防护平台发送列车和施工作业人员的运行轨迹信息，依据位置信息及运行轨迹实现对碰撞的自动预警，实现对铁路施工作业人员和车辆等预警防护。
2)本发明采用基于APN专网4G无线通信技术以实现机车及施工人员与地面预警防护中心服务器的信息交互，同时采用基于北斗卫星定位和短报文技术来实现终端的定位及4G通信盲区的信息传输，本发明通过与TDCS/CTC系统结合，从TDCS/CTC系统获取车站和区间的站场码位信息，以实现通过轨道电路结合卫星定位多重定位技术来实现对列车的位置跟踪，本发明不仅可以解决车车的预警防护，而且可以实现机车与施工人员的预警防护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明机车车载终端子系统的结构示意图；
图3为本发明手持终端子系统的结构示意图；
图4为施工人员预警模式示意图；
图5为列车预警模式示意图；
图6为车站预警示意图
图7为区间施工人员预警示意图；
图8为区间列车预警示意图。
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，一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，该系统与TDCS/CTC系统4通信连接，所述的预警防护系统包括机车车载终端子系统2、地面预警防护平台子系统1、手持终端子系统3，所述的地面预警防护平台子系统1分别与TDCS/CTC系统4、机车车载终端子系统2和手持终端子系统通信3连接，其中TDCS/CTC系统4包括TDCS/CTC接口机41和LMT42；
所述的地面预警防护平台子系统根据机车车载终端子系统提供的北斗定位、列车速度、列车方向信息和手持终端子系统的北斗定位信息，结合DCS/CTC系统发送的站场信息和车次信息，以及线路数据和虚拟应答器的数据进行车与车、车与人预警逻辑的判断处理，并将处理后的预警信息转发给机车车载终端子系统和手持终端子系统。
所述的地面预警防护平台子系统1包括中心通信服务器11以及分别与中心通信服务器11连接的预警防护处理服务器12、TDCSi接口服务器13、4G通信接口服务器14、维护平台15、卫星定位基站管理服务器16，所述的TDCSi接口服务器13与TDCS/CTC系统4的TDCS/CTC接口机41通信连接，所述的4G通信接口服务器14分别与机车车载终端子系统2和手持终端子系统3通信连接。所述的地面预警防护平台子系统1还包括与卫星定位基站管理服务器16连接的北斗短报文指挥机17及卫星定位基站18。
如图2所示，所述的机车车载终端子系统2包括车载终端主控板21以及分别与车载终端主控板21连接的车载终端4G通信模块22、车载终端北斗定位模块23、车载终端电源模块24、网络数据模块25、串口数据模块26以及DMI显示器27。所述的机车车载终端子系统2还包括与车载终端4G通信模块22连接的车载终端4G通信天线28、以及与车载终端北斗定位模块23连接的车载终端北斗接收天线29。
如图3所示，所述的手持终端子系统3包括手持终端主控板31以及分别与手持终端主控板31连接的手持终端4G通信模块32、手持终端北斗定位模块33、手持终端电源模块34、I/O模块35以及数据存储模块36。所述的手持终端子系统3还包括与手持终端4G通信模块32的手持终端4G通信天线37、以及与手持终端北斗定位模块33连接的手持终端北斗接收天线38。
基于北斗位置自动感知的预警防护系统根据列车的车载终端、施工人员的手持终端的北斗定位信息、速度、方向等信息，结合TDCS/CTC系统发送的站场信息及车次信息，同时结合线路数据及虚拟应答器的数据进行车与车、车与人预警逻辑的判断处理，并将处理后的预警信息转发给列车的车载终端和人员的手持终端，再由终端设备向工作人员预报预警信息。
预警防护系统不仅可以实现列车与施工人员的预警防护，还可以实现列车与列车之间的接近预警。针对施工人员或列车等不同受防护对象，该系统具备不同的预警模式。
(1)施工人员预警模式
施工人员预警模式以现场作业的施工人员为主要防护对象，以施工人员为中心，以施工人员当前所在位置前后划分应急距离(距离≤250m)、预警距离(250m＜距离≤500m)和接近距离(500m＜距离≤750m)，如图4所示。
(2)列车预警模式
预警防护系统不具备列车完整性检查功能，需要司机在车载终端人工输入列车长度信息。
列车预警模式以行驶中的列车为主要防护对象，以列车当前所在位置前后划分应急距离(距离≤500m)、预警距离(500m＜距离≤1000m)和接近距离(1000m＜距离≤1500m)，如图5所示。
(3)车站预警
预警防护系统对车站内的列车关闭预警信息提醒功能，只对车站内的施工人员进行列车接近预警防护。
车站内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端内人工输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置等信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护。由于车站内配备轨道电路、车次信息以及信号机等多种防护措施，列车行驶速度较慢，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离(距离≤250m)、预警距离(250m＜距离≤500m)和接近距离(500m＜距离≤750m)，如图6所示。
(4)区间预警
预警防护系统不仅可以实现区间内列车与施工人员的预警防护，还可以实现区间内列车与列车之间的接近预警。
区间施工人员预警
区间内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端内人工输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置等信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护。
施工人员作为主要防护对象，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离(距离≤250m)、预警距离(250m＜距离≤500m)和接近距离(500m＜距离≤750m)，如图7所示。
区间列车预警
区间内行驶的列车具有较高速度，预警防护系统根据列车行驶速度、方向以及运行轨迹等信息，逻辑判断受防护的列车与前后列车之间的距离，以受防护列车为中心，以列车当前所在位置前后划分应急距离(距离≤500m)、预警距离(500m＜距离≤1000m)和接近距离(1000m＜距离≤1500m)，如图8所示。
本发明系统存在的技术创新点包括：
1、卫星定位：
采用北斗/GPS的双模定位；
通过卫星定位精确计算列车和施工作业人员的位置信息；
在无线通信故障的情况下使用北斗短报文进行通信保证通信的连续性；
2、4G虚拟专网技术在预警系统中的应用；
采用基于IP化虚拟专网作为车地通信、终端与地面中心间的通信方式；
采用双套异模4G通信模块设计；
采用APN专网技术保证数据传输安全性。
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 (10)

1.一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，该系统与TDCS/CTC系统通信连接，其特征在于，所述的预警防护系统包括机车车载终端子系统、地面预警防护平台子系统、手持终端子系统，所述的地面预警防护平台子系统分别与TDCS/CTC系统、机车车载终端子系统和手持终端子系统通信连接；
所述的地面预警防护平台子系统根据机车车载终端子系统提供的北斗定位、列车速度、列车方向信息和手持终端子系统的北斗定位信息，结合DCS/CTC系统发送的站场信息和车次信息，以及线路数据和虚拟应答器的数据进行车与车、车与人预警逻辑的判断处理，并将处理后的预警信息转发给机车车载终端子系统和手持终端子系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的地面预警防护平台子系统包括中心通信服务器以及分别与中心通信服务器连接的预警防护处理服务器、TDCSi接口服务器、4G通信接口服务器、维护平台、卫星定位基站管理服务器，所述的TDCSi接口服务器与TDCS/CTC系统通信连接，所述的4G通信接口服务器分别与机车车载终端子系统和手持终端子系统通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的地面预警防护平台子系统还包括与卫星定位基站管理服务器连接的北斗短报文指挥机及卫星定位基站。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的机车车载终端子系统包括车载终端主控板以及分别与车载终端主控板连接的车载终端4G通信模块、车载终端北斗定位模块、车载终端电源模块、网络数据模块、串口数据模块以及DMI显示器。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的机车车载终端子系统还包括与车载终端4G通信模块连接的车载终端4G通信天线、以及与车载终端北斗定位模块连接的车载终端北斗接收天线。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的手持终端子系统包括手持终端主控板以及分别与手持终端主控板连接的手持终端4G通信模块、手持终端北斗定位模块、手持终端电源模块、I/O模块以及数据存储模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的手持终端子系统还包括与手持终端4G通信模块的手持终端4G通信天线、以及与手持终端北斗定位模块连接的手持终端北斗接收天线。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的预警防护系统不仅可实现列车与施工人员的预警防护，还可实现列车与列车之间的接近预警。
9.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的预警防护系统针对施工人员或列车的不同受防护对象，该预警防护系统具备不同的预警模式。
10.根据权利要求9所述的一种基于北斗位置自动感知的预警防护系统，其特征在于，所述的不同的预警模式具体包括：
(1)施工人员预警模式以现场作业的施工人员为主要防护对象，以施工人员为中心，以施工人员当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(2)列车预警模式以行驶中的列车为主要防护对象，以列车当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(3)车站预警模式，车站内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端子系统内输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(4)区间施工人员预警模式，区间内的施工人员根据施工作业安排，在手持终端子系统内人工输入施工开始时间、施工结束时间、施工起始位置和结束位置的信息，系统自动设定并虚拟锁闭相关防护区域，并针对接近列车与虚拟锁闭防护区域的距离进行预警防护，将施工人员作为主要防护对象，以施工人员所在虚拟锁闭防护区域的前后划分应急距离、预警距离和接近距离；
(5)区间列车预警模式，逻辑判断受防护的列车与前后列车之间的距离，以受防护列车为中心，以列车当前所在位置前后划分应急距离、预警距离和接近距离。
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