CN112486010A - 一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，包括：S1、在整条运营的城市轨道交通线路中的每个站点内各均设置两台时钟同步装置，每个站点内的两台时钟分为两个组别；S2、将相邻两个站点的相同组别的时钟同步装置通过通讯线路进行连接；S3、整合串联线路中各时钟的数据集，利用SBMC算法选择出线路中最优的时钟作为系统主时钟；S4、在选取线路中的主时钟后，利用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟。本发明所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法不仅实现了城市轨道交通线路高精度统一授时，并且提高了授时系统可靠性，同时降低了站点间通信成本，为城市轨道交通授时方式提供了一种新的思路。

Description

一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法

技术领域

本发明属于城市轨道交通技术领域，尤其是涉及一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法。

背景技术

时钟系统的设置对保证城市轨道交通运行计时准确、设备可靠工作起着重要的作用。目前运营线路中主要由一级母钟、二级母钟及子钟3个部分构成。

一级母钟设置在控制中心内，是整个时间系统的中枢部分，主要通过GPS、BD、广播、NTP等方式进行对时，其输出的信号为符合相关规范及标准的数字信号。二级母钟主要设置在各车站点、车辆段、停车场等，接收一级母钟的电信号，完成对时。子钟可通过RS422接口，采用六类八芯线等电缆以点对点的方式与本站点的二级母钟相连，接到时间信号后，再向所属的上级回送自身的状态，以上三个部分构成了城市轨道交通时钟系统。

现有技术的缺点：

1、现有技术主要是通过电缆点对点的接线方式，组成的系统较为复杂，经过几级母钟对时后，末端设备时钟的精度低。

2、目前站点与站点之间时钟装置信息的交互较少，同时考虑到传送通道的延迟，站点与站点之间的时钟可能存在一定的误差。而站点间相互配合的设备对时钟精度要求较高，原有的对时模式，供电二次保护设备属于对时的末端，本身的时钟精度低，两个站点之间的时钟误差比较大，不能满足两个站点间时序的要求。

3、城市轨道交通线路建造根据实际情况建造较灵活，一般由地下或者高架线路组成，存在地下站点与地面站点(或者高架站点)两种站点点模式，在地上站点可以通过卫星授时，而地下站点可能无法通过卫星信号授时。

发明内容

有鉴于此，为克服上述缺陷，本发明旨在提出一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，包括：

S1、在整条运营的城市轨道交通线路中的每个站点内各均设置两台时钟同步装置，每个站点内的两台时钟分为两个组别；

S2、将相邻两个站点的相同组别的时钟同步装置通过通讯线路进行连接，构成两条串联的时钟线路，并且同一站点内的两台时钟同步装置通过通讯线路进行连接，用于监控各自的运行状态；

S3、整合串联线路中各时钟的数据集，利用SBMC算法选择出线路中最优的时钟作为系统主时钟；

S4、在选取线路中的主时钟后，利用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟；

S5、以主时钟的基准，以端口延迟为参考，对各站点的时钟同步装置进行补偿，实现系统的时间同步。

进一步的，所述步骤S1中，在工作时，各站点内的两台时钟同步装置仅一台作为站点内的时钟源，为各类型装置提供时间信号。

进一步的，所述通讯线路采用但不局限于光纤。

进一步的，所述步骤S3中的数据集包括时钟级别、时钟标识符、UUID域值、SequenceID、时钟方差。

进一步的，数据集中的时钟方差计算公式为：

其中，x_k,x_k+1,x_k+2是t_k,t_k+T,t_k+2T时刻被测时钟和本地参考时间测得的时间之间的残差值，T为采样周期，取样周期必须是同步同间隔。

进一步的，所述步骤S3中，利用SBMC算法选择系统主时钟的方法为：

从线路始端开始，比较第一个站点与第二个站点内时钟同步装置的数据集，选择较好的数据集，与第三个站点内时钟同步装置的数据集进行比较，再次选取较好的数据集与下个站点内的数据集进行比较，以此类推，直到末端装置完成数据集比较，选取出最优数据集对应的时钟同步装置作为本条线路主时钟。

进一步的，所述步骤S4中，利用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟的方法为：

采用乒乓方式测量出时钟节点端口与端口之间的时间延迟，公式如下：

T_offset＝[(T₂-T₁)-(T₄-T₃)]/2

T_delay＝[(T₂-T₁)+(T₄-T₃)]/2

其中，T₁为主端发送同步报文的时间，T₂为从端收到同步报文的时间；T₃为从分析端发送延时请求报文的时间，T₄为主端收到延时请求报文的时间；T_offset为两个端口一端相对于另一端的时间偏差，T_delay为端口之间的传输延时。

进一步的，所述步骤S5的具体执行方法为：

以主时钟为基准，根据相邻各站点之间对应的T_offset与T_delay，从主时钟所在站点开始依次对相邻的各站点进行时间补偿，实现系统的时间同步。

相对于现有技术，本发明所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法具有以下优势：

本发明所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法通过站点内时钟同步装置组网，完成各装置间信息实时交互完成时间同步。不仅实现了城市轨道交通线路高精度统一授时，并且提高了授时系统可靠性，同时降低了站点间通信成本，为城市轨道交通授时方式提供了一种新的思路。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为城市轨道交通运行线路中新型授时系统的架构框图；

图2为本发明实施例所述的SBMC算法流程图；

图3为本发明实施例所述的PDM技术原理图；

图4为城市轨道交通运行线路中各站点内时钟同步装置延迟补偿的原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种基于SBMC算法及PDM技术的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，包括：

S1、如图1所示，在一个运营的城市轨道交通线路中，各个站点内各设置两台时钟同步装置，以线路中第n个牵引供电变电站为例，两台时钟编号分别为An、Bn；

S2、将相邻两个站点之间的相同组别编号的时钟同步装置通过光纤进行连接，(例如：A1装置与A2装置连接，B1装置与B2装置连接)构成两条串联的时钟线路，同时在一个所内，两台时钟同步装置通过光纤进行连接，监控各自的运行状态；

S3、整合串联线路中各时钟的数据集，通过SBMC算法选择出线路中最优的时钟作为系统主时钟；

S4、在选取线路中的主时钟后，采用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟；

S5、以主时钟的基准，以端口延迟为参考，对各站点的时钟同步装置进行补偿，实现系统的时间同步。

所述步骤S1中，在正常工作时，各站点内两台时钟同步装置仅一台作为站点内的时钟源，为各类型装置提供时间信号。

所述步骤S2中，相邻各所的时钟同步装置之间仅通过2根光纤完成信息交互的，成本较低。

所述步骤S2中，同一所内的两台时钟同步装置通过光纤进行连接，相互监测运行状态，若线路中一台装置发生故障，则整条时钟线路会退出运行，自动切换到另一条时钟线路。

所述步骤S3中，数据集中包括时钟级别、时钟标识符、UUID域值、SequenceID、时钟方差等四个部分。

所述步骤S3中，时钟方差计算方法如下式1所示。

其中，x_k,x_k+1,x_k+2是t_k,t_k+T,t_k+2T时刻被测时钟和本地参考时间测得的时间之间的残差值，T为采样周期，取样周期必须是同步同间隔。

所述步骤S3中，如图2所示，选取主时钟通过SBMC(Serial-relay-net BestMaster Clock,SBMC)比较算法，在此的过程中，从线路始端开始，比较第一个站点与第二个站点内时钟同步装置的数据集，选择较好的数据集，与第三个站点内时钟同步装置的数据集进行比较，再次选取较好的数据集与下个站点内的数据集进行比较，以此类推，直到末端装置完成数据集比较，选取出最优数据集对应的时钟同步装置作为本条线路主时钟。

如图3所示，所述步骤S4中，PDM(Port Delay Measurement,PDM)即为端口延迟测量技术，采用乒乓方式测量出时钟节点端口与端口之间的时间延迟。

所述步骤S4中，PDM的端口延迟测量技术具体计算方法如下式2所示：

T_offset＝[(T₂-T₁)-(T₄-T₃)]/2

T_delay＝[(T₂-T₁)+(T₄-T₃)]/2 (2)

T为主端发送同步报文的时间，T2为从端收到同步报文的时间；T3为从分析端发送延时请求报文的时间，T4为主端收到延时请求报文的时间。T_offset为两个端口一端相对于另一端的时间偏差，T_delay为端口之间的传输延时。

所述步骤S5中，如图4所示，对时钟同步装置进行补偿的过程，是以主时钟为基准，根据相邻各站点之间对应的T_offset与T_delay，从主时钟所在站点开始依次对相邻的各站点进行时间补偿，实现系统的时间同步。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于：包括：

S1、在整条运营的城市轨道交通线路中的每个站点内各均设置两台时钟同步装置，每个站点内的两台时钟分为两个组别；

S2、将相邻两个站点的相同组别的时钟同步装置通过通讯线路进行连接，构成两条串联的时钟线路，并且同一站点内的两台时钟同步装置通过通讯线路进行连接，用于监控各自的运行状态；

S3、整合串联线路中各时钟的数据集，利用SBMC算法选择出线路中最优的时钟作为系统主时钟；

S4、在选取线路中的主时钟后，利用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟；

S5、以主时钟的基准，以端口延迟为参考，对各站点的时钟同步装置进行补偿，实现系统的时间同步。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于：所述步骤S1中，在工作时，各站点内的两台时钟同步装置仅一台作为站点内的时钟源，为各类型装置提供时间信号。

3.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于：所述通讯线路采用但不局限于光纤。

4.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于：所述步骤S3中的数据集包括时钟级别、时钟标识符、UUID域值、SequenceID、时钟方差。

5.根据权利要求4所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于，数据集中的时钟方差计算公式为：

其中，x_k,x_k+1,x_k+2是t_k,t_k+T,t_k+2T时刻被测时钟和本地参考时间测得的时间之间的残差值，T为采样周期，取样周期必须是同步同间隔。

6.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用SBMC算法选择系统主时钟的方法为：

从线路始端开始，比较第一个站点与第二个站点内时钟同步装置的数据集，选择较好的数据集，与第三个站点内时钟同步装置的数据集进行比较，再次选取较好的数据集与下个站点内的数据集进行比较，以此类推，直到末端装置完成数据集比较，选取出最优数据集对应的时钟同步装置作为本条线路主时钟。

7.根据权利要求1所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用PDM技术计算出相邻的两个时钟之间的端口延迟的方法为：

采用乒乓方式测量出时钟节点端口与端口之间的时间延迟，公式如下：

T_offset＝[(T₂-T₁)-(T₄-T₃)]/2

T_delay＝[(T₂-T₁)+(T₄-T₃)]/2

其中，T₁为主端发送同步报文的时间，T₂为从端收到同步报文的时间；T₃为从分析端发送延时请求报文的时间，T₄为主端收到延时请求报文的时间；T_offset为两个端口一端相对于另一端的时间偏差，T_delay为端口之间的传输延时。

8.根据权利要求7所述的城市轨道交通牵引供电二次设备新型授时方法，其特征在于，所述步骤S5的具体执行方法为：

以主时钟为基准，根据相邻各站点之间对应的T_offset与T_delay，从主时钟所在站点开始依次对相邻的各站点进行时间补偿，实现系统的时间同步。

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