CN113442973A - 一种基于5g-v2x和车-车通信的有轨电车运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于5G‑V2X和车‑车通信的有轨列车运行控制方法，涉及有轨列车信号通讯技术领域，通常情况下，车载控制器通过5G网络接入通信系统和轨旁道岔控制器，路口优先控制器，中心调度指挥系统相互通信；车载控制器通过5G网络和其他列车的车载控制器相互通信。当5G网络中断时，车载控制器以V2X的方式与通信范围内的轨旁道岔控制器和路口优先控制器直接相连，并通过轨旁道岔控制器和路口优先控制器以转发的方式向中心调度指挥系统发送信息；车载控制器以V2X的方式和通信范围内其他列车的车载控制器直接相互通信。
Description
技术领域
本发明涉及有轨列车信号通讯技术领域，确切地说涉及一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法。
背景技术
现代有轨列车，其作为一种中等运量的交通运行方式，具有高效，绿色环保等特点。由于有轨列车一般在城市道路地面上行驶，需要经过道岔区域以及平交路口，为了保证运营效率，在经过这些区域时，有轨列车需要适时对道岔、平交路口发出通过的请求，因此，在特定区域，有轨列车需要通过连续、稳定、可靠的车地通信来保证电车与轨旁的信息交互，从而实现其通过的高效性。
有轨列车信号控制系统大多都包括车载控制器、轨旁道岔控制器、轨旁路口优先控制器、中心调度指挥系统。现有技术中，通车运营的有轨列车所搭载的信号控制系统中，车载控制器和轨旁道岔控制器、轨旁路口优先控制器之间更多的是点式通信；车载控制器和中心调度指挥系统的通信更多的是通过4G-LTE网络来实现的；不同车载控制器之间的数据交互更多的需要中心调度指挥系统进行处理和转发，但是目前这种方案设计有如下几个弊端：
1、车载控制器以点式通信向轨旁发送的路口优先请求、进路办理请求的方式灵活性较低，容易出现资源浪费的情况，少数场景下可能会出现进路办理或优先开放错误的情况；
2、4G-LTE网络的可靠性有限，如果通信网络设备出现故障，可能导致车载控制系统与中心调度指挥系统通信中断；
3、4G-LTE网络速率相对较慢，带宽相对较低，时延相对较高，无法实时传输较大的文件；
4、不同车载控制器之间的数据交互依赖中心调度指挥系统的处理和转发，还可能出现较高的通信时延。
因此，现在亟需一种网络可靠性高、资源优化、传输通道充裕且通讯及时的有轨列车通讯控制方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的线路区段划分技术方案的不足，提出一种网络可靠性高、资源优化、传输通道充裕且通讯及时的基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通讯建立步骤，5G网络正常工作状态下，有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统，并与轨旁道岔控制器、路口优先控制器、中心调度指挥系统、以及其他列车的车载控制器相互通信；5G网络中断状态下，有轨列车的车载控制器通过V2X通讯系统与通信范围内的轨旁道岔控制器、路口优先控制器以及其他列车的车载控制器直接相连，并通过轨旁道岔控制器和路口优先控制器以转发的方式向中心调度指挥系统发送信息；
优选地，在有轨列车的车载控制器预留用于与通信范围内社会车辆进行通信的V2X通讯系统接口，可以有效降低社会车辆和有轨列车发生碰撞的风险。
路口控制步骤，当两列有轨列车同时在路口的优先请求区向所述路口优先控制器发出通过普通路口请求时，如果两列有轨列车是对向平行运行则同时开放路口上下行相位的绿灯，即路口优先控制器根据两车的请求同时为他们开放优先信号，优先信号开放后，每列车正常过路口；如果两列有轨列车是同向运行则所述路口优先控制器按照有轨电的位置关系为两列有轨列车先后开放路口优先信号，并且当前一列有轨列车通过路口后，路口优先控制器才会处理后一列有轨列车的请求；
进路办理控制步骤，当两列有轨列车同时在普通联锁进路请求区域内向轨旁道岔控制器请求进路办理时，如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，则所述轨旁道岔控制器根据两列有轨列车的请求同时为他们办理进路，进路办理成功后两列车可以同时通过岔区；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突，则所述轨旁道岔控制器会按照有轨列车与道岔的位置关系为两列有轨列车先后办理进路，并且当前一列有轨列车通过岔区后，轨旁道岔控制器才会处理后一列有轨列车的请求；
进一步的，当两列有轨列车同时向路口优先控制器请求通过复杂路口时，所述的复杂路口为同时有进路信号机和路口专用信号机的路口；如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，且路口相位可以同时开放绿灯，则路口优先控制器会按照不同的轨道分别记录不同有轨列车到达路口的通过请求，然后，根据进路的冲突关系和优先请求的先后关系，分别为两列有轨列车办理进路和开放路口优先信号，进路和优先办理成功后，每列车正常通过复杂路口；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突和/或路口相位不支持同时开放绿灯，则路口优先控制器会根据两列车早晚点信息、和复杂路口的位置关系、路口相位信息，向轨旁道岔控制器进行资源协调：
具体的，如果有轨列车晚点时，所述路口优先控制器会优先为晚点时间较长的列车办理进路和开放优先；当晚点的有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向道岔控制器协调资源，才处理后一列有轨列车通过路口的请求。
更为具体的，当晚点的有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向道岔控制器协调资源，具体表现为路口优先控制器获取各辆列车的早晚点信息并分析，尽管有不晚点列车先于此晚点列车向路口优先控制器请求路口优先，但是，路口优先控制器经过分析，会优先为晚点列车办理进路和路口优先，待晚点列车通过路口以后再为不晚点列车办理进路和路口优先。
如果没有列车晚点时，若两列有轨列车同轨而行，则所述路口优先控制器会根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理另一列车通过路口的请求。
更为具体的，所述路口优先控制器根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向轨旁道岔控制器协调资源，具体的，当两辆有轨列车为同轨、且分别接近路口时，所述路口优先控制器会按轨道记录各辆列有轨列车的位置信息，当前车到达优先请求区域，所述路口优先控制器会优先为前车办理进路和路口优先，当后车也进入优先请求区域时，路口优先控制器会检查前车是否已经离开路口，若已离开，优先控制器才会为后车办理进路和优先，若前车还未完全离开路口，则优先控制器不会为后车办理进路和优先，待前车完全离开路口后，才会为后车办理进路和路口优先。
若两列车不同轨而行，则所述路口优先控制器会根据当前路口的相位信息，为距离通行相位较近的有轨列车优先办理进路和开放优先，当该有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理后一列车通过路口的请求。
优选地，有轨列车在普通联锁进路请求区域以及复杂路口会向岔区对应的轨旁道岔控制器发送运行状态信息，如果运行状态信息显示该有轨列车已经进入联锁信号机的防护区段，但进路信号机还没有为该有轨列车开放过对应的通行信号，则对应的道岔控制器会向该有轨列车发送紧急制动命令。
进一步的，所述车载控制器接收其他列车的车载控制器发来的对应列车的运行状态信息，并筛选出本列有轨列车的前一列和后一列有轨列车的运行状态信息用于辅助列车的行驶。
更为优选地，当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车内CCTV监控视频用于完成对司机和乘客信息的实时监控。
更进一步的，当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车载控制器的日志用于对车辆状态的实时监控。
与现有技术方案相比，本方案具有如下技术优点：
本技术方案中的车载控制器和路口优先控制器、轨旁道岔控制器实时通信，由轨旁设备进行裁决，智能、合理分配路口和道岔的通行资源，精简了路口信标、进路请求信标、闯红灯信标等轨旁设备；并且当5G网络中断时，车载控制器可以以V2X的方式和通信范围内的轨旁设备进行通信，并由轨旁设备转发信息给中心调度指挥系统，实现和中心调度指挥系统的间接通信，5G网络具有高速率、高带宽、低时延的特点，可以实时上传车内视频和车载控制器的日志给中心调度指挥系统，中心调度指挥系统根据这些视频和日志信息能够实现对车内司机、乘客信息和车辆状态的实时监控；进一步的，不同车载控制器之间直接进行通信，确保消息的实时性和准确性，实现无主化的有序电车控制功能。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，其中：
图1为本发明有轨列车运行控制的系统结构拓补图；
图2为本发明中普通路口区段轨旁处理流程图；
图3为本发明中普通岔区轨旁处理流程图；
图4为本发明复杂路口轨旁处理流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
作为本发明一种具体的实时方案，本实施例提供了一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，包括通讯建立步骤、路口控制步骤和进路办理控制步骤。
具体的，所述通讯建立步骤，如图1所示，5G网络正常工作状态下，有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统，并与轨旁道岔控制器、路口优先控制器、中心调度指挥系统、以及其他列车的车载控制器相互通信；5G网络中断状态下，有轨列车的车载控制器通过V2X通讯系统与通信范围内的轨旁道岔控制器、路口优先控制器以及其他列车的车载控制器直接相连，并通过轨旁道岔控制器和路口优先控制器以转发的方式向中心调度指挥系统发送信息。
车载控制器和路口优先控制器、轨旁道岔控制器实时通信，由轨旁设备进行裁决，智能、合理分配路口和道岔的通行资源，精简了路口信标、进路请求信标、闯红灯信标等轨旁设备；并且当5G网络中断时，车载控制器可以以V2X的方式和通信范围内的轨旁设备进行通信，并由轨旁设备转发信息给中心调度指挥系统，实现和中心调度指挥系统的间接通信，5G网络具有高速率、高带宽、低时延的特点，可以实时上传车内视频和车载控制器的日志给中心调度指挥系统，中心调度指挥系统根据这些视频和日志信息能够实现对车内司机、乘客信息和车辆状态的实时监控；进一步的，不同车载控制器之间直接进行通信，确保消息的实时性和准确性，实现无主化的有序电车控制功能。
所述路口控制步骤，如图2所示，当两列有轨列车同时在路口的优先请求区向所述路口优先控制器发出通过普通路口请求时，如果两列有轨列车是对向平行运行则同时开放路口上下行相位的绿灯，即路口优先控制器根据两车的请求同时为他们开放优先信号，优先信号开放后，每列车正常过路口；如果两列有轨列车是同向运行则所述路口优先控制器按照有轨电的位置关系为两列有轨列车先后开放路口优先信号，并且当前一列有轨列车通过路口后，路口优先控制器才会处理后一列有轨列车的请求。
所述进路办理控制步骤，如图3所示，当两列有轨列车同时在普通联锁进路请求区域内向轨旁道岔控制器请求进路办理时，如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，则所述轨旁道岔控制器根据两列有轨列车的请求同时为他们办理进路，进路办理成功后两列车可以同时通过岔区；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突，则所述轨旁道岔控制器会按照有轨列车与道岔的位置关系为两列有轨列车先后办理进路，并且当前一列有轨列车通过岔区后，轨旁道岔控制器才会处理后一列有轨列车的请求。
实施例2
作为本发明技术方案一种更为具体的实时方案，在上述实施例1技术方案的基础上，优选地，在有轨列车的车载控制器预留用于与通信范围内社会车辆进行通信的V2X通讯系统接口，可以有效降低社会车辆和有轨列车发生碰撞的风险。
通常情况下，车载控制器通过5G网络接入通信系统和轨旁道岔控制器，路口优先控制器，中心调度指挥系统相互通信；车载控制器通过5G网络和其他列车的车载控制器相互通信。当5G网络中断时，车载控制器以V2X的方式与通信范围内的轨旁道岔控制器和路口优先控制器直接相连，并通过轨旁道岔控制器和路口优先控制器以转发的方式向中心调度指挥系统发送信息；车载控制器以V2X的方式和通信范围内其他列车的车载控制器直接相互通信。车载控制器接收其他列车车载控制器发来的对应列车的运行状态信息，筛选出本列车前车和后车的运行状态信息，辅助列车的行驶。当车载控制器通过5G网络接入通信系统时，向中心调度指挥系统实时上传车内CCTV监控视频和车载控制器的日志，完成对司机、乘客信息和车辆状态的实时监控。
并且进一步的，当两列有轨列车同时向路口优先控制器请求通过复杂路口时，所述的复杂路口为同时有进路信号机和路口专用信号机的路口；如图4，如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，且路口相位可以同时开放绿灯，则路口优先控制器会按照不同的轨道分别记录不同有轨列车到达路口的通过请求，然后，根据进路的冲突关系和优先请求的先后关系，分别为两列有轨列车办理进路和开放路口优先信号，进路和优先办理成功后，每列车正常通过复杂路口；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突和/或路口相位不支持同时开放绿灯，则路口优先控制器会根据两列车早晚点信息、和复杂路口的位置关系、路口相位信息，向轨旁道岔控制器进行资源协调。
资源协调的具体方法为：
如果有轨列车晚点时，所述路口优先控制器会优先为晚点时间较长的列车办理进路和开放优先；当晚点的有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向道岔控制器协调资源，才处理后一列有轨列车通过路口的请求。
当晚点的有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向道岔控制器协调资源，具体表现为路口优先控制器获取各辆列车的早晚点信息并分析，尽管有不晚点列车先于此晚点列车向路口优先控制器请求路口优先，但是，路口优先控制器经过分析，会优先为晚点列车办理进路和路口优先，待晚点列车通过路口以后再为不晚点列车办理进路和路口优先。
如果没有列车晚点时，若两列有轨列车同轨而行，则所述路口优先控制器会根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理另一列车通过路口的请求。
更为具体的，所述路口优先控制器根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向轨旁道岔控制器协调资源，具体的，当两辆有轨列车为同轨、且分别接近路口时，所述路口优先控制器会按轨道记录各辆列有轨列车的位置信息，当前车到达优先请求区域，所述路口优先控制器会优先为前车办理进路和路口优先，当后车也进入优先请求区域时，路口优先控制器会检查前车是否已经离开路口，若已离开，优先控制器才会为后车办理进路和优先，若前车还未完全离开路口，则优先控制器不会为后车办理进路和优先，待前车完全离开路口后，才会为后车办理进路和路口优先。
若两列车不同轨而行，则所述路口优先控制器会根据当前路口的相位信息，为距离通行相位较近的有轨列车优先办理进路和开放优先，当该有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理后一列车通过路口的请求。
优选地，有轨列车在普通联锁进路请求区域以及复杂路口会向岔区对应的轨旁道岔控制器发送运行状态信息，如果运行状态信息显示该有轨列车已经进入联锁信号机的防护区段，但进路信号机还没有为该有轨列车开放过对应的通行信号，则对应的道岔控制器会向该有轨列车发送紧急制动命令。
进一步的，所述车载控制器接收其他列车的车载控制器发来的对应列车的运行状态信息，并筛选出本列有轨列车的前一列和后一列有轨列车的运行状态信息用于辅助列车的行驶。
更为优选地，当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车内CCTV监控视频用于完成对司机和乘客信息的实时监控。
更进一步的，当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车载控制器的日志用于对车辆状态的实时监控。
Claims (10)
1.一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通讯建立步骤，5G网络正常工作状态下，有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统，并与轨旁道岔控制器、路口优先控制器、中心调度指挥系统、以及其他列车的车载控制器相互通信；5G网络中断状态下，有轨列车的车载控制器通过V2X通讯系统与通信范围内的轨旁道岔控制器、路口优先控制器以及其他列车的车载控制器直接相连，并通过轨旁道岔控制器和路口优先控制器以转发的方式向中心调度指挥系统发送信息；
路口控制步骤，当两列有轨列车同时在路口的优先请求区向所述路口优先控制器发出通过普通路口请求时，如果两列有轨列车是对向平行运行则同时开放路口上下行相位的绿灯；如果两列有轨列车是同向运行则所述路口优先控制器按照有轨电的位置关系为两列有轨列车先后开放路口优先信号，并且当前一列有轨列车通过路口后，路口优先控制器才会处理后一列有轨列车的请求；
进路办理控制步骤，当两列有轨列车同时在普通联锁进路请求区域内向轨旁道岔控制器请求进路办理时，如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，则所述轨旁道岔控制器根据两列有轨列车的请求同时为他们办理进路；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突，则所述轨旁道岔控制器会按照有轨列车与道岔的位置关系为两列有轨列车先后办理进路，并且当前一列有轨列车通过岔区后，轨旁道岔控制器才会处理后一列有轨列车的请求。
2.如权利要求1所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：在有轨列车的车载控制器预留用于与通信范围内社会车辆进行通信的V2X通讯系统接口。
3.如权利要求1所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：当两列有轨列车同时向路口优先控制器请求通过复杂路口时，所述的复杂路口为同时有进路信号机和路口专用信号机的路口；如果两列有轨列车请求办理的进路不冲突，且路口相位可以同时开放绿灯，则路口优先控制器会按照不同的轨道分别记录不同有轨列车到达路口的通过请求，然后，根据进路的冲突关系和优先请求的先后关系，分别为两列有轨列车办理进路和开放路口优先信号；如果两列有轨列车请求办理的进路有冲突和/或路口相位不支持同时开放绿灯，则路口优先控制器会根据两列车早晚点信息、和复杂路口的位置关系、路口相位信息，向轨旁道岔控制器进行资源协调。
4.如权利要求3所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：所述根据两列车早晚点信息、和复杂路口的位置关系、路口相位信息，向轨旁道岔控制器进行资源协调，具体的，如果有轨列车晚点时，所述路口优先控制器会优先为晚点时间较长的列车办理进路和开放优先；当晚点的有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，并处理后一列有轨列车通过路口的请求；
如果没有列车晚点时，若两列有轨列车同轨而行，则所述路口优先控制器会根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，所述路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理另一列车通过路口的请求；若两列车不同轨而行，则所述路口优先控制器会根据当前路口的相位信息，为距离通行相位较近的有轨列车优先办理进路和开放优先，当该有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器才会向轨旁道岔控制器协调资源，处理后一列车通过路口的请求。
5.如权利要求4所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：当晚点的有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向道岔控制器协调资源，具体表现为路口优先控制器获取各辆列车的早晚点信息并分析，尽管有不晚点列车先于此晚点列车向路口优先控制器请求路口优先，但是，路口优先控制器经过分析，会优先为晚点列车办理进路和路口优先，待晚点列车通过路口以后再为不晚点列车办理进路和路口优先。
6.如权利要求4或5所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：所述路口优先控制器根据两列车的位置关系为距离复杂路口较近的列车优先办理进路和开放优先，当前一列有轨列车通过复杂路口后，路口优先控制器向轨旁道岔控制器协调资源，具体的，当两辆有轨列车为同轨、且分别接近路口时，所述路口优先控制器会按轨道记录各辆列有轨列车的位置信息，当前车到达优先请求区域，所述路口优先控制器会优先为前车办理进路和路口优先，当后车也进入优先请求区域时，路口优先控制器会检查前车是否已经离开路口，若已离开，优先控制器才会为后车办理进路和优先，若前车还未完全离开路口，则优先控制器不会为后车办理进路和优先，待前车完全离开路口后，才会为后车办理进路和路口优先。
7.如权利要求3或4所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：有轨列车在普通联锁进路请求区域以及复杂路口会向岔区对应的轨旁道岔控制器发送运行状态信息，如果运行状态信息显示该有轨列车已经进入联锁信号机的防护区段，但进路信号机还没有为该有轨列车开放过对应的通行信号，则对应的道岔控制器会向该有轨列车发送紧急制动命令。
8.如权利要求1所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：所述车载控制器接收其他列车的车载控制器发来的对应列车的运行状态信息，并筛选出本列有轨列车的前一列和后一列有轨列车的运行状态信息用于辅助列车的行驶。
9.如权利要求1或8所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车内CCTV监控视频用于完成对司机和乘客信息的实时监控。
10.如权利要求9所述的一种基于5G-V2X和车-车通信的有轨列车运行控制方法，其特征在于：当有轨列车的车载控制器通过5G网络接入通信系统时，车载控制器向所述中心调度指挥系统实时上传车载控制器的日志用于对车辆状态的实时监控。
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