一种高精度列车定位方法及系统
技术领域
本发明涉及列车定位技术领域,具体涉及一种高精度列车定位方法及系统。
背景技术
我国铁路目前广泛应用的CTCS-2/3级列控系统采用地面应答器辅助车轮传感器实现列车位置状态感知,利用轨道电路实现列车占用检查。首先,轨道电路等设备在遇到恶劣气象条件或地质灾害等,极易造成闭塞系统出现故障,使轨道电路无法正确传送信号机的信息,从而引发事故。其次,基于应答器实现列车位置校正还面临着大量地面设备导致的系统成本问题。特别是我国西北地区处于高海拔平原地带,沿线人烟稀少、气候条件恶劣,在对维护人员的生活和工作造成困难的同时也会对铁路沿线轨旁设备造成很大损害,不仅加大了维护人员任务,设备更换造成的后续成本也将持续增加。另外,由于现有方案对车载系统测速定位的校正作用具有明显的离散性,其校正效能的增强需要以加大设备投入为代价,对系统结构、逻辑的复杂性以及与之相关的不确定性带来了更大挑战,导致目前的定位技术精确性和实时性不够高,因此列车运行实际情况不能够及时反馈到车站信号控制系统之中,相关工作人员也不能够及时对列车的实际状态进行掌握和调整,在一定程度上限制了列车的运行速度并且容易引发事故。
近年来,卫星导航系统因其显著的性能及成本效益,逐步被引入铁路系统用于列车定位,采用基于卫星导航的列车定位手段不仅可以实现高更新率的高精度定位,同时可以减少轨旁设备,降低列控系统成本和设备维护量。在能够实时获取当前列车所在位置以及当前列车距前方列车的距离的条件下,列控系统就可以实时推算出目前列车运行状态。从提高列车运营效率角度出发,列控系统可以根据列车当前位置信息推算列车是否需要加速,进而保证与前行列车间的间隔在最小的范围内,提高运行速度的同时还可以防止和避免列车挤岔、碰撞以及追尾等铁路安全事故的发生。但是由于目前我国铁路双线轨道的间距一般为5米左右,因此,需要达到2.5m以下的定位精度才能实现列车轨道的识别。目前,卫星导航系统的定位精度在1-3米左右,定位精度尚难以满足列车轨道占用识别的要求。
因此,由于现有的列车的定位精度低,从而可能会导致恶性事故的发生,并且因后期维护、技术、备件等需要持续投入大量的资金,导致运营成本较高。而卫星导航系统直接得到的卫星定位信息又不满足精度的要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明提供一种高精度列车定位方法及系统,以解决现有的列车定位精度低的问题,从而避免恶性事故的发生,并且解决因后期维护、技术、备件等需要持续投入大量的资金,导致运营成本高的问题,并且改进了卫星导航系统精度不满足要求的问题。
本发明通过如下技术方案实现:
本发明的一种高精度列车定位方法,包括如下步骤:
列车自动防护系统接收列车卫星定位数据,将列车卫星定位数据组建成第一信息包发送给临时限速服务器;
临时限速服务器接收所述第一信息包进行解析,将解析数据组建成第二信息包发送给北斗地基增强系统;
北斗地基增强系统接收所述第二信息包,根据当前网络区域计算列车卫星差分信息,并将列车卫星差分信息组建成第三信息包发送给所述临时限速服务器;
所述临时限速服务器接收所述第三信息包进行解析,将解析数据组建成第四信息包发送给列车自动防护系统;
所述列车自动防护系统接收所述第四信息包,根据第四信息包对卫星定位数据进行修正。
进一步的,所述列车自动防护系统接收列车卫星定位数据,将列车卫星定位数据组建成第一信息包发送给临时限速服务器,具体包括:
列车自动防护系统从车载卫星定位终端接收列车卫星定位数据;
列车自动防护系统选择列车卫星定位数据的发送版本,根据发送版本确定卫星定位数据的数据长度以及数据内容;
列车自动防护系统将发送版本、数据长度以及数据内容按照车地通信协议的规定格式组装成第一信息包;
列车自动防护系统将第一信息包通过无线通信接口单元发送给临时限速服务器。
进一步的,所述临时限速服务器接收所述第一信息包进行解析,将解析数据组建成第二信息包发送给北斗地基增强系统,具体包括:
临时限速服务器接收所述第一信息包,根据车地通信协议解析得到第一解析数据;
临时限速服务器将所述第一解析数据进行校验,若通过校验,则将解析数据存储到对应编号的列车信息结构体中,同一周期内,临时限速服务器将列车信息结构体中的解析数据组建成第二信息包;
临时限速服务器将第二信息包发送给北斗地基增强系统。
进一步的,所述北斗地基增强系统接收所述第二信息包,根据当前网络区域计算列车卫星差分信息,并将列车卫星差分信息组建成第三信息包发送给所述临时限速服务器,具体包括:
接收模块接收所述第二信息包,并发送给判断模块;
判断模块接收所述第二信息包,根据所述第二信息包判断列车所属基准站子系统;
基准站子系统采集基站卫星定位数据,通过通信网络子系统发送给数据处理中心;
数据处理中心接收基站卫星定位数据,将基站卫星定位数据依次进行解码、差分解算,得到基站卫星差分信息,并将所述基站卫星差分信息作为列车卫星差分信息发送给组建模块;
组建模块将所述列车卫星差分信息组建成第三信息包,并发送给数据播发子系统;
数据播发子系统接收所述第三信息包,将第三信息包发送给临时限速服务器。
进一步的,所述临时限速服务器接收所述第三信息包进行解析,将解析数据组建成第四信息包发送给列车自动防护系统,具体包括:
临时限速服务器接收所述第三信息包,根据铁路信号安全通信协议解析得到第二解析数据;
临时限速服务器将所述第二解析数据进行校验,若通过校验,则将第二解析数据存储到对应编号的列车信息结构体中,同一周期内,临时限速服务器将列车信息结构体中的第二解析数据组建成第四信息包;
临时限速服务器将第四信息包添加到发送队列,临时限速服务器根据添加的优先级将当前周期的第四信息包发送给列车自动防护系统。
进一步的,所述列车自动防护系统接收所述第四信息包,根据第四信息包对卫星定位数据进行修正,具体包括:
所述列车自动防护系统接收所述第四信息包,并根据车地通信协议解析获得列车卫星差分信息;
所述列车自动防护系统根据列车卫星差分信息,修正列车卫星定位数据。
进一步的,所述临时限速服务器作为主系临时限速服务器,采用备系临时限速服务器对所述主系临时限速服务器进行热备份,在所述主系临时限速服务器故障时,采用备系临时限速服务器与列车自动防护系统以及北斗地基增强系统进行信息转发。
进一步的,所述临时限速服务器和北斗地基增强系统之间采用多个逻辑通道进行通信。
进一步的,在所述临时限速服务器和北斗地基增强系统之间需要发送信息包时,发送方根据当前信息包的列车编号判断列车是否是新注册列车,若是,则发送方依次确定每个逻辑通道当前需要发送的信息包的数量,采用当前需要发送信息包少的逻辑通道将信息包发送出去。
进一步的,在所述临时限速服务器和北斗地基增强系统之间无需发送信息包时,临时限速服务器或北斗地基增强系统以固定时间间隔通过逻辑通道向对方发送空数据包。
进一步的,所述第一信息包包括如下信息:
信息包标识码、信息包位数、列车卫星定位信息类型、列车卫星定位信息长度字节数和列车卫星定位信息。
进一步的,所述第二信息包包括如下信息:
信息类型、设备标识、车载编号、列车卫星定位信息类型、列车卫星定位信息长度和列车卫星定位信息。
进一步的,所述第三信息包包括如下信息:
信息类型、北斗地基增强系统标识、车载编号、数据总长度和列车卫星差分信息。
进一步的,所述第四信息包包括如下信息:
信息包标识码、信息包位数、信息包总数、信息包在组内位置和列车卫星差分数据。
一种高精度列车定位系统,与所述高精度列车定位方法匹配配置,具体包括列车自动防护系统、临时限速服务器和北斗地基增强系统;
所述列车自动防护系统与临时限速服务器进行双向通信,所述临时限速服务器与北斗地基增强系统进行双向通信;
所述列车自动防护系统,用于接收列车卫星定位数据,将列车卫星定位数据组建成第一信息包发送给临时限速服务器;
所述临时限速服务器,用于接收所述第一信息包进行解析,将解析数据组建成第二信息包发送给北斗地基增强系统;
所述北斗地基增强系统,用于接收所述第二信息包,根据当前网络区域计算列车卫星差分信息,并将列车卫星差分信息组建成第三信息包发送给所述临时限速服务器;
所述临时限速服务器,还用于接收所述第三信息包进行解析,将解析数据组建成第四信息包发送给列车自动防护系统;
所述列车自动防护系统,还用于接收所述第四信息包,根据第四信息包对卫星定位数据进行修正。
进一步的,所述北斗地基增强系统包括依次通信的接收模块、判断模块、基准站子系统、通信网络子系统、数据处理中心、组建模块以及数据播发子系统;
所述接收模块,用于接收所述第二信息包,并发送给判断模块;
所述判断模块,用于接收所述第二信息包,根据所述第二信息包判断列车所属基准站子系统;
所述基准站子系统,用于采集基站卫星定位数据,并发送给通信网络子系统;
所述通信网络子系统,用于将卫星定位数据发送给数据处理中心;
所述数据处理中心,用于接收基站卫星定位数据,将基站卫星定位数据依次进行解码、差分解算,得到基站卫星差分信息,并将所述基站卫星差分信息作为列车卫星差分信息发送给组建模块;
组建模块,用于将所述列车卫星差分信息组建成第三信息包,并发送给数据播发子系统;
数据播发子系统,用于接收所述第三信息包,将第三信息包发送给临时限速服务器。
进一步的,所述临时限速服务器包括主系临时限速服务器和备系临时限速服务器;
所述主系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信;
所述备系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信。
进一步的,所述主系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信,具体包括:
所述主系临时限速服务器配置第一左网和第一右网,第一左网和第一右网上分别配置1个独立IP地址;
所述北斗地基增强系统配置第二左网和第二右网,所述第二左网和第二右网上分别设置多个独立IP地址;
所述主系临时限速服务器以第一左网的独立IP地址通过差分数据双网与北斗地基增强系统的第二左网的多个独立IP地址通信;
所述主系临时限速服务器以第一右网的独立IP地址通过差分数据双网与北斗地基增强系统的第二右网的多个独立IP地址通信。
进一步的,所述备系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信,具体包括:
所述备系临时限速服务器配置第一左网和第一右网,第一左网和第一右网上分别配置1个独立IP地址;
所述北斗地基增强系统配置第二左网和第二右网,所述第二左网和第二右网上分别设置多个独立IP地址;
所述备系临时限速服务器以第一左网的独立IP地址通过差分数据双网与北斗地基增强系统的第二左网的多个独立IP地址通信;
所述备系临时限速服务器以第一右网的独立IP地址通过差分数据双网与北斗地基增强系统的第二右网的多个独立IP地址通信。
和最接近的现有技术比,本发明的技术方案具备如下有益效果:
本发明提供一种高精度列车定位方法,具体是列车自动防护系统接收列车卫星定位数据组建成第一信息包发送给临时限速服务器,临时限速服务器接收第一信息包进行解析后将解析数据组建成第二信息包发送给北斗地基增强系统,北斗地基增强系统接收第二信息包,根据当前网络区域计算列车卫星差分信息,并将列车卫星差分信息组建成第三信息包发送给临时限速服务器,临时限速服务器接收第三信息包进行解析后将解析数据组建成第四信息包发送给列车自动防护系统,列车自动防护系统接收第四信息包,根据第四信息包对卫星定位数据进行修正,从而提高列车定位精度,降低恶性事故的发生,且降低后期维护、技术、备件等需要持续投入大量的资金的使用量,从而降低运营成本。
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为本实施例的列车定位方法的流程示意图;
图2为示例的主系临时限速服务器、备系临时限速服务器与北斗地基增强系统的接口连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
本实施例提供一种高精度列车定位系统,列车定位系统包括列车自动防护系统、临时限速服务器(TSRS)和北斗地基增强系统,列车自动防护系统可以是车载ATP,其中,车载ATP由车载安全计算机、轨道信息接收单元、应答器信息接收单元、制动接口单元、记录单元、人机界面、速度传感器、轨道信息接收天线、应答器信息接收天线等组成的。车载ATP能够根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据,生成控制速度和目标距离模式曲线,控制列车运行。
北斗地基增强系统,也称为连续运行基准参考站网络系统,是北斗卫星导航系统实现高精度定位的核心设施。北斗地基增强系统通过在一定范围内建立若干个连续运行的永久性基准站,由地面通信系统播发导航信号修正量和辅助定位信号,可向用户提供米级、分米级、厘米级的实时、准实时定位,甚至可达毫米级的后处理精密服务。
本实施例的北斗地基增强系统包括接收模块、判断模块、基准站子系统、通信网络子系统、数据处理中心、组建模块以及数据播发子系统,接收模块、判断模块、基准站子系统、通信网络子系统、数据处理中心、组建模块以及数据播发子系统依次连接。
临时限速服务器是基于信号故障安全计算机的控制系统。它根据调度员的临时限速操作命令,实现对各列控中心、无线闭塞中心分配和集中管理临时限速指令,旨在保证临时限速设置的安全性,以确保临时限速作业的顺利实施。
本实施例中,列车自动防护系统与临时限速服务器进行双向通信,临时限速服务器与北斗地基增强系统进行双向通信。
具体的,列车自动防护系统通过无线网络与临时限速服务器连接,更优选的,列车自动防护系统通过无线网络与无线通信接口单元连接,无线通信接口单元与临时限速服务器使用冗余有线通信连接,临时限速服务器通过有线网络与北斗地基增强系统连接,起到信息防护,负载均衡和信息转发的作用。
本实施例中,临时限速服务器与列车自动防护系统的信息传输采用车地通信协议,临时限速服务器与北斗地基增强系统之间的通信采用RSSP-I铁路信号安全通信协议。
本实施例中,临时限速服务器包括主系临时限速服务器和备系临时限速服务器;
主系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信;
备系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信。
具体的,如图2所示,
主系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信,具体包括:
主系临时限速服务器配置第一左网和第一右网,第一左网和第一右网上分别配置1个独立IP地址;
北斗地基增强系统配置第二左网和第二右网,第二左网和第二右网上分别设置多个(比如10个)独立IP地址;
主系临时限速服务器以第一左网的独立IP地址通过差分数据双网的一个单网与北斗地基增强系统的第二左网的多个独立IP地址通信;
主系临时限速服务器以第一右网的独立IP地址通过差分数据双网的另一个单网与北斗地基增强系统的第二右网的多个独立IP地址通信;
备系临时限速服务器与北斗地基增强系统之间通过多个逻辑通道进行通信,具体包括:
备系临时限速服务器配置第一左网和第一右网,第一左网和第一右网上分别配置1个独立IP地址;
北斗地基增强系统配置第二左网和第二右网,所述第二左网和第二右网上分别设置多个(比如10个)独立IP地址;
备系临时限速服务器以第一左网的独立IP地址通过差分数据双网的一个单网与北斗地基增强系统的第二左网的多个独立IP地址通信;
备系临时限速服务器以第一右网的独立IP地址通过差分数据双网的另一个单网与北斗地基增强系统的第二右网的多个独立IP地址通信。
对应上述列车定位系统,本实施例提供列车定位方法,列车定位方法具体包括如下步骤,如图1所示:
S1列车自动防护系统接收列车卫星定位数据,将列车卫星定位数据组建成第一信息包发送给临时限速服务器,具体包括:
列车自动防护系统从车载卫星定位终端接收列车卫星定位数据;
列车自动防护系统选择列车卫星定位数据的发送版本,根据发送版本确定卫星定位数据的数据长度以及数据内容,其中,发送版本包括简化版和标准版;
列车自动防护系统将发送版本、数据长度以及数据内容按照车地通信协议的规定格式组装成第一信息包,这里的第一信息包是CTCS-55信息包,CTCS-55信息包包括信息包标识码、信息包位数、列车卫星定位信息类型、列车卫星定位信息长度字节数和列车卫星定位信息等信息;
列车自动防护系统将第一信息包通过无线网络发送给无线通信接口单元,无线通信接口单元将第一信息包发送给临时限速服务器。
S2临时限速服务器接收所述第一信息包进行解析,将解析数据组建成第二信息包发送给北斗地基增强系统,具体包括:
临时限速服务器接收第一信息包,即CTCS-55信息包,根据车地通信协议对第一信息包的信息内容进行解析,得到第一解析数据;
临时限速服务器将第一解析数据进行校验,若通过校验,则将解析数据存储到对应编号的列车信息结构体中,同一周期内,临时限速服务器将列车信息结构体中的解析数据组建成符合RSSP-I铁路信号安全通信协议的第二信息包,这里的第二信息包指的是列车卫星定位信息包,通用信息包包括信息类型、设备标识、车载编号、列车卫星定位信息类型、列车卫星定位信息长度和列车卫星定位信息等信息内容;
临时限速服务器将第二信息包通过有线网络发送给北斗地基增强系统。
S3北斗地基增强系统接收第二信息包,根据当前网络区域计算列车卫星差分信息,并将列车卫星差分信息组建成第三信息包发送给临时限速服务器,具体包括:
接收模块接收第二信息包;
判断模块接收第二信息包,根据第二信息包判断列车所属基准站子系统;
基准站子系统采集基站卫星定位数据,通过通信网络子系统发送给数据处理中心;
数据处理中心接收基站卫星定位数据,将基站卫星定位数据依次进行解码、差分解算,得到实时亚米级、实时厘米级和后处理毫米级的基站卫星差分信息,并将基站卫星差分信息作为列车卫星差分信息发送给组建模块;
组建模块将列车卫星差分信息组建成符合RSSP-I铁路信号安全通信协议的第三信息包,并发送给数据播发子系统,其中第三信息包为列车卫星差分信息包,列车卫星差分信息包包括信息类型、北斗地基增强系统标识、车载编号、数据总长度和列车卫星差分信息等信息内容;
数据播发子系统接收第三信息包,将第三信息包通过有线网络发送给临时限速服务器。
S4所述临时限速服务器接收所述第三信息包进行解析,将解析数据组建成第四信息包发送给列车自动防护系统,具体包括:
临时限速服务器接收第三信息包,根据RSSP-I铁路信号安全通信协议对第三信息包进行解析,得到第二解析数据;
临时限速服务器将第二解析数据进行校验,若通过校验,则将第二解析数据存储到对应编号的列车信息结构体中,同一周期内,临时限速服务器将列车信息结构体中的第二解析数据组建成符合车地通信协议的第四信息包,这里的第四信息包指的是CTCS-53信息包,CTCS-53信息包包括信息包标识码、信息包位数、信息包总数、信息包在组内位置和列车卫星差分数据等信息内容;
临时限速服务器将第四信息包添加到发送队列,然后根据添加的优先级将当前周期的第四信息包发送给列车自动防护系统,每个周期内临时限速服务器向列车自动防护系统发送的信息有容量限制,因此CTCS-53信息包在一个周期内不一定能发送出去,若一个周期不能发送则丢弃当前的CTCS-53信息包。
S5所述列车自动防护系统接收所述第四信息包,根据第四信息包对卫星定位数据进行修正,具体包括:
列车自动防护系统接收第四信息包,并根据车地通信协议对第四信息包进行解析,解析获得列车卫星差分信息;
列车自动防护系统根据列车卫星差分信息对从车载卫星定位终端接收的列车卫星定位数据进行修正。
作为优选的,上述列车定位方法中,进一步将临时限速服务器作为主系临时限速服务器,采用备系临时限速服务器对主系临时限速服务器进行热备份,在主系临时限速服务器故障时,采用备系临时限速服务器与列车自动防护系统以及北斗地基增强系统进行信息转发操作,在主系临时限速服务器未发生故障时,备系临时限速服务器仅向北斗地基增强系统发送通信检测数据,北斗地基增强系统接收备系临时限速服务器的通信检测数据仅用于判定与备系临时限速服务器的通信连接状态,对临时限速服务器采用热备份操作,从而提高列车定位方法的稳定性以及准确性。
并且临时限速服务器和北斗地基增强系统之间采用多个逻辑通道进行通信,在临时限速服务器和北斗地基增强系统之间需要发送信息包时,发送方根据当前信息包的列车编号判断列车是否是新注册列车,若是,则发送方依次确定每个逻辑通道当前需要发送的信息包的数量,采用当前需要发送信息包少的逻辑通道将信息包发送出去,比如在临时限速服务器向北斗地基增强系统发送列车卫星定位信息包时,临时限速服务器需要根据列车卫星定位信息包内的信息内容得到列车编号,根据列车编号判断列车是否是新注册列车,若是的话,则临时限速服务器分别确定与北斗地基增强系统的各个逻辑通道当前需要发送的信息包的数量,采用当前需要发送的信息包的数量最少的逻辑通道将列车卫星定位信息包发送出去。
临时限速服务器与北斗地基增强系统采用多个逻辑通道进行通信,可以大大提高两者之间的通信效率,降低通信载荷。
在临时限速服务器和北斗地基增强系统之间无需发送信息包时,临时限速服务器或北斗地基增强系统以固定时间间隔通过逻辑通道向对方发送空数据包,比如采用北斗地基增强系统每隔500ms通过逻辑通道向临时限速服务器发送空数据包,从而实现检测逻辑通道状态的目的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。