CN113147834B - Cbtc系统的辅助列车定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CBTC系统的辅助列车定位系统以及辅助列车定位方法，车载OAPS通过BTM读取地面应答器的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统建立无线通信，并将报文数据与OAPS设备状态无线传输给所述CBTC地面监控系统；CBTC地面监控系统根据应答器报文信息和OAPS设备状态对列车包络进行计算和跟踪。本发明为实现不依赖于计轴设备的CBTC系统提供了技术基础，提高了CBTC系统可靠性和可用性。

Description

CBTC系统的辅助列车定位系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道列车定位技术领域。

背景技术

现有的CBTC(基于通信的列车自动控制系统)系统的主列车定位系统基于车载电子地图、地面应答器的读取以及速度传感器的速度信息进行位置推定。地面应答器一般采用欧标应答器，应答器在线路上按一定规则进行布置，一般区间中间隔较大，300米左右一个定位应答器。应答器车载读取设备为BTM，速度传感器检测车轮转动，结合车载地图信息提供的线路数据和应答器布置位置数据，CBTC车载系统能够实现对列车车轮轮径、列车运行速度方向以及列车位置计算。然而，现有CBTC系统依然需要采用计轴等列车位置次级检测系统来对非装备车或无通信故障列车的检测和追踪，实现相关的防护功能。计轴系统属于SIL4的安全系统，具备故障导向安全的特性，即磁头故障或受扰的情况下，区段报告为占用状态。计轴区段信息是计算机联锁的逻辑基础，在CBTC系统中，ATP(列车自动保护系统)能够提供逻辑区段信息来代替计轴区段，减少了对计轴系统的依赖。实际使用中，由于非装备车和无通信故障列车的存在，CBTC系统依然还是会由于计轴区段受扰或磁头故障导致的虚假占用问题受到影响，给运营维护带来的困扰，尤其在轨道维护、施工等导致的区段受扰是难以避免的情况下。

由于LTE-M的通信稳定性和可靠性在应用中的得到验证，同时随着5G商用，采用多重冗余的技术，车地无线导致的通信故障基本上也不再是导致出现非通信车的原因。在此前提下，基于车车通信架构的新一代CBTC系统如何处理降级列车次级检测的问题是需要重点研究的问题。在发明CN111776013A中，采用了一种增加独立车载设备对地面电子标签与应答器进行读取，再通过车地无线向地面报告读取到的信息，由地面系统对故障列车和非装备列车进行追踪的方法，这种方法能够一定程度上减轻计轴受扰或故障占用带来的运营影响。但该发明未就读取失败、读取延迟、列车长度识别等问题带来的应用安全风险提供方案，实际应用还需要进一步的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CBTC系统的辅助列车定位系统及方法，为实现不依赖于计轴设备的CBTC系统提供了技术基础，提高了CBTC系统可靠性和可用性。

实现上述目的的技术方案是：

一种CBTC系统的辅助列车定位系统，包括：地面应答器、车载OAPS(车载定位系统,On-board Positioning System)和CBTC地面监控系统，其中，

所述车载OAPS包括车载安全设备和安装在车底的两套BTM(应答器读取模块)；

所述车载OAPS通过BTM读取地面应答器的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统建立无线通信，并将报文数据与OAPS设备状态无线传输给所述CBTC地面监控系统；

所述CBTC地面监控系统根据应答器报文信息和OAPS设备状态对列车包络进行计算和跟踪。

优选的，应答器报文信息中增加CBTC地面监控系统的通信信息，通信信息包括：CBTC地面监控系统的设备ID信息、网络通信IP地址信息以及通信协议参数信息。

优选的，所述车载OAPS中车载安全设备包括：报文解析模块、漏读检测模块、第一通信接口模块和状态监测模块，其中，

两个所述BTM分别将应答器报文信息或者空报文发送给所述报文解析模块；

所述报文解析模块对应答器报文信息解析，获得报文数据发送给所述漏读检测模块；

所述第一通信接口模块接收来自所述CBTC地面监控系统的相邻应答器ID；

所述漏读检测模块根据报文数据以及相邻应答器ID进行漏读判断，并将判断结果发送给所述状态监测模块；所述漏读检测模块将报文数据通过所述第一通信接口模块传输给所述CBTC地面监控系统；

所述状态监测模块监测所述BTM的状态，并通过所述第一通信接口模块传输OAPS设备状态给所述CBTC地面监控系统。

优选的，所述CBTC地面监控系统包括：第二通信接口模块、相邻应答器选取模块、入口区段监测模块、线路数据库、列车数据库、列车筛选模块、漏读监督模块、道岔位置监测模块和位置包络计算模块，其中，

所述列车数据库存储有列车ID和长度；

所述线路数据库存储有线路数据；

所述入口区段监测模块采集入口区段状态；

所述道岔位置监测模块采集道岔位置；

所述列车筛选模块根据入口区段状态、线路数据中的入口区段配置参数、列车ID和长度得出当前列车长度筛选状态；

所述相邻应答器选取模块根据线路数据、道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置，其中相邻应答器ID通过所述第二通信接口模块传递给所述车载OAPS；

所述第二通信接口模块接收来自所述车载OAPS的报文数据与OAPS设备状态；

所述漏读监督模块根据相邻应答器ID、相邻应答器位置和OAPS设备状态，输出漏读应答器ID给所述位置包络计算模块；

所述位置包络计算模块根据漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、线路数据中的线路拓扑、列车ID和长度、报文数据中的当前应答器ID、车载OAPS的ID和BTM号，计算得出本列车位置包络。

本发明的基于上述辅助列车定位系统的辅助列车定位方法，包括：

根据地面应答器所在区域位置，在应答器报文信息中预存入所属CBTC地面监控系统的ID和通信通道参数信息；

车载OAPS读取地面应答器的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统建立无线通信；

车载OAPS向CBTC地面监控系统发送报文数据和OAPS设备状态，并获取相邻应答器ID；

CBTC地面监控系统基于本区域的列车数据库、线路数据库和线路CBTC区域入口处的区段占用状态对进入线路的列车进行长度筛选，获得当前列车长度筛选状态；

CBTC地面监控系统基于线路数据库和道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置；

OAPS设备状态中包含车载OAPS的漏读检测结果；CBTC地面监控系统根据漏读检测结果获得漏读应答器ID；

CBTC地面监控系统基于列车数据库、线路数据库、漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、报文数据，计算得出本列车位置包络。

本发明的有益效果是：本发明解决计轴系统带来的问题，基于地面应答器，采用车地系统结合的办法，实现了一种与计轴系统相同安全等级的列车次级位置检测方案，提供了实现不依赖于计轴设备的CBTC系统技术基础。仅需在线路入口处配置少数计轴设备，地面设备大大减少，维护简便，系统可用性增强，成本大大减低。本发明考虑了应答器读取和报告的延迟、应答器漏读和列车长度识别。系统应用的安全性与计轴系统相当，可靠实现了对列车的次级位置检测。本发明充分共享了CBTC系统本身配置的车地通信系统、欧标应答器和车载BTM，加入的应答器报文信息也完全充分利用了设备能力，所有设备都是成熟设备，属于在现有设备上的方案叠加，方案可行性高，易于实现。列车联挂不影响系统功能，两列电客车在线路内联挂后包络连续，占用范围变大。界面显示按两列车显示，但安全包络的追踪按照占用区域进行追踪。工程车的长度在线路入口处进行识别，进入线路后由系统保持跟踪。应用欧标应答器技术，无需车载电子地图，系统易于标准化，便于实现跨线互联互通运行。电客车和工程车可采用相同方案，通用性强。

附图说明

图1是本发明的辅助列车定位系统的结构图；

图2是本发明的辅助列车定位系统的原理示意图；

图3是本发明中车载OAPS的结构示意图；

图4是本发明中CBTC地面监控系统的结果示意图；

图5是本发明中列车滞后出清和预先占用状态的示意图；

图6是本发明中辅助列车定位的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-5，本发明的CBTC系统的辅助列车定位系统，包括：地面应答器1、车载OAPS 2和CBTC地面监控系统3。

车载OAPS 2包括车载安全设备和安装在车底的两套BTM 21。

车载OAPS 2通过BTM 21读取地面应答器1的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与CBTC地面监控系统3建立无线通信，并将报文数据与OAPS设备状态无线传输给CBTC地面监控系统3。可以通过WiFi、LTE-M、5G实现无线通信。

两套BTM 21各自的天线均安装于车厢底部，并前后间隔预设距离。双套BTM 21能够根据对同一地面应答器1的先后读取判断是否有单套设备的故障。双套BTM 21也能从车载设备的方面降低漏读的风险。

CBTC地面监控系统3根据应答器报文信息和OAPS设备状态对列车包络进行计算和跟踪。

应答器报文信息中增加CBTC地面监控系统的通信信息，通信信息包括：CBTC地面监控系统3的设备ID信息、网络通信IP地址信息以及通信协议参数信息。

车载OAPS 2中车载安全设备包括：报文解析模块22、漏读检测模块23、第一通信接口模块24和状态监测模块25。

两个BTM 21分别将应答器报文信息或者空报文发送给报文解析模块22；报文解析模块22对应答器报文信息解析，获得报文数据发送给漏读检测模块23。第一通信接口模块24接收来自CBTC地面监控系统3的相邻应答器ID。漏读检测模块23根据报文数据以及相邻应答器ID进行漏读判断，并将判断结果发送给状态监测模块25；漏读检测模块23将报文数据通过第一通信接口模块24传输给CBTC地面监控系统3；状态监测模块25监测BTM 21的状态，并通过第一通信接口模块24传输OAPS设备状态给CBTC地面监控系统3。

站外区间线路采用成对布置地面应答器的方式；站外区间内地面应答器距离较远的情况增加区间应答器对，实现区间占用检查。地面维护系统告知给车载系统的应答器邻接信息用于系统及时判断是否有漏读问题。

CBTC地面监控系统3包括：第二通信接口模块31、相邻应答器选取模块32、入口区段监测模块33、线路数据库34、列车数据库35、列车筛选模块36、漏读监督模块37、道岔位置监测模块38和位置包络计算模块39。

列车数据库35存储有列车ID和长度；线路数据库34存储有线路数据；入口区段监测模块33采集入口区段状态；道岔位置38监测模块采集道岔位置；

列车筛选模块36根据入口区段状态、线路数据中的入口区段配置参数、列车ID和长度得出当前列车长度筛选状态。相邻应答器选取模块32根据线路数据、道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置，其中相邻应答器ID通过第二通信接口模块31传递给车载OAPS 2。第二通信接口模块31接收来自车载OAPS 2的报文数据与OAPS设备状态；漏读监督模块37根据相邻应答器ID、相邻应答器位置和OAPS设备状态，输出漏读应答器ID给位置包络计算模块39；位置包络计算模块39根据漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、线路数据中的线路拓扑、列车ID和长度、报文数据中的当前应答器ID、车载OAPS的ID和BTM号，计算得出本列车位置包络。

列车在跨越区域边界的重叠共管区时，地面应答器报文中包含两个邻近区域地面系统的通信信息，车载系统可以保持与两边的通信。

CBTC地面监控系统3依据地面应答器1的ID信息，考虑列车移动过程中读取地面应答器1报告的延迟，在当前地面应答器对与上一个地面应答器对以及下一个预计的地面应答器对范围内生成一个列车占用包络，次占用包络实现计轴区段占用状态的功能；列车移动后，车载控制器报告下一个地面应答器的ID信息，包络依据前一次报告与最新报告相对位置，向最新报告地面应答器方向延伸多一个占用区域(预先占用)，同时尾端在进行一定延时后自动删除一个占用区域(滞后出清)。

读取到的地面应答器1为最接近道岔岔尖的应答器时，CBTC地面监控系统3依据道岔位置信息创建位置包络。

CBTC地面监控系统3实时监测车载系统的健康状态，包括BTM的健康状态，若发生故障，例如单BTM设备故障，地面系统生成的占用状态不再自动删除，占用直接延伸至进路末端。

本发明车载系统配置在电客车的两端或工程车的一端，每列车的每套设备有单独的身份ID信息，此ID信息会向地面系统报告，用于地面维护系统对列车进行识别。单端设备独立工作，若需增强对列车完整性的监督，车载系统可接入列车完整性状态。地面维护系统对故障应答器进行登记，已登记的故障应答器在接收到车载系统识别报警时做出记录，通过增加占用延伸区域的方式进行强化防护。

仅在线路的入口处，系统设置计轴系统或其它次级位置检测设备，配置多个计轴区段，区段长度用于识别不同长度级别。在进入线路运行前，要求列车在入口处停车，停车位置按计轴区段位置进行设置，系统按计轴区段占用状态对列车长度级别进行筛选确认，确认后系统开放允许信号，允许列车进入线路运行。在线路运行期间，系统对列车按识别的列车长度对列车进行包络计算。

基于辅助列车定位系统的辅助列车定位方法，包括下列步骤：

根据地面应答器1所在区域位置，在应答器报文信息中预存入所属CBTC地面监控系统3的ID和通信通道参数信息；

车载OAPS 2读取地面应答器1的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统3建立无线通信；

车载OAPS 2向CBTC地面监控系统3发送报文数据和OAPS设备状态，并获取相邻应答器ID；

CBTC地面监控系统3基于本区域的列车数据库、线路数据库和线路CBTC区域入口处的区段占用状态对进入线路的列车进行长度筛选，获得当前列车长度筛选状态；

CBTC地面监控系统3基于线路数据库和道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置；

OAPS设备状态中包含车载OAPS的漏读检测结果；CBTC地面监控系统3根据漏读检测结果获得漏读应答器ID；

CBTC地面监控系统3基于列车数据库、线路数据库、漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、报文数据，计算得出本列车位置包络。如图6所示，辅助列车定位的过程。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1. 一种CBTC系统的辅助列车定位系统，其特征在于，包括：地面应答器、车载OAPS（车载定位系统,On-board Positioning System）和CBTC地面监控系统，其中，

所述车载OAPS包括车载安全设备和安装在车底的两套BTM，两套BTM 各自的天线均安装于车厢底部，并前后间隔预设距离；双套BTM 能够根据对同一地面应答器的先后读取判断是否有单套设备的故障；双套BTM 也能从车载设备的方面降低漏读的风险;

所述车载OAPS通过BTM读取地面应答器的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统建立无线通信，并将报文数据与OAPS设备状态无线传输给所述CBTC地面监控系统；

所述CBTC地面监控系统根据应答器报文信息和OAPS设备状态对列车包络进行计算和跟踪；

所述车载OAPS中车载安全设备包括：报文解析模块、漏读检测模块、第一通信接口模块和状态监测模块，其中，

两个所述BTM分别将应答器报文信息或者空报文发送给所述报文解析模块；

所述报文解析模块对应答器报文信息解析，获得报文数据发送给所述漏读检测模块；

所述第一通信接口模块接收来自所述CBTC地面监控系统的相邻应答器ID；

所述漏读检测模块根据报文数据以及相邻应答器ID进行漏读判断，并将判断结果发送给所述状态监测模块；所述漏读检测模块将报文数据通过所述第一通信接口模块传输给所述CBTC地面监控系统；

所述状态监测模块监测所述BTM的状态，并通过所述第一通信接口模块传输OAPS设备状态给所述CBTC地面监控系统。

2.根据权利要求1所述的CBTC系统的辅助列车定位系统，其特征在于，应答器报文信息中增加CBTC地面监控系统的通信信息，通信信息包括：CBTC地面监控系统的设备ID信息、网络通信IP地址信息以及通信协议参数信息。

3.根据权利要求1所述的CBTC系统的辅助列车定位系统，其特征在于，所述CBTC地面监控系统包括：第二通信接口模块、相邻应答器选取模块、入口区段监测模块、线路数据库、列车数据库、列车筛选模块、漏读监督模块、道岔位置监测模块和位置包络计算模块，其中，

所述列车数据库存储有列车ID和长度；

所述线路数据库存储有线路数据；

所述入口区段监测模块采集入口区段状态；

所述道岔位置监测模块采集道岔位置；

所述列车筛选模块根据入口区段状态、线路数据中的入口区段配置参数、列车ID和长度得出当前列车长度筛选状态；

所述相邻应答器选取模块根据线路数据、道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置，其中相邻应答器ID通过所述第二通信接口模块传递给所述车载OAPS；

所述第二通信接口模块接收来自所述车载OAPS的报文数据与OAPS设备状态；

所述漏读监督模块根据相邻应答器ID、相邻应答器位置和OAPS设备状态，输出漏读应答器ID给所述位置包络计算模块；

所述位置包络计算模块根据漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、线路数据中的线路拓扑、列车ID和长度、报文数据中的当前应答器ID、车载OAPS的ID和BTM号，计算得出本列车位置包络。

4.一种根据权利要求1所述的辅助列车定位系统的辅助列车定位方法，其特征在于，包括：

根据地面应答器所在区域位置，在应答器报文信息中预存入所属CBTC地面监控系统的ID和通信通道参数信息；

车载OAPS读取地面应答器的应答器报文信息并解析，获得报文数据，根据报文数据与所述CBTC地面监控系统建立无线通信；

车载OAPS向CBTC地面监控系统发送报文数据和OAPS设备状态，并获取相邻应答器ID；

CBTC地面监控系统基于本区域的列车数据库、线路数据库和线路CBTC区域入口处的区段占用状态对进入线路的列车进行长度筛选，获得当前列车长度筛选状态；

CBTC地面监控系统基于线路数据库和道岔位置得出相邻应答器ID和相邻应答器位置；

OAPS设备状态中包含车载OAPS的漏读检测结果；CBTC地面监控系统根据漏读检测结果获得漏读应答器ID；

CBTC地面监控系统基于列车数据库、线路数据库、漏读应答器ID、道岔位置、当前列车长度筛选状态、报文数据，计算得出本列车位置包络。

Images