CN114084200A - 一种列车定位同步方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种列车定位同步方法、装置、设备及存储介质,该方法包括以下步骤:步骤101:计算本端原始定位LocalOrigLoc;步骤102:接收远端原始定位和时间信息RemoteOrigLoc;步骤103:计算从远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时TransTime;步骤104:计算远端当前时刻的定位RemoteEstiLoc;步骤105:列车定位取LocalOrigLoc和RemoteEstiLoc的交集。与现有技术相比,本发明具有提高安全定位精度,缩短列车追踪间隔,降低了信号系统设备成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及列车信号控制系统,尤其是涉及一种用于列车信号控制系统的列车定位同步方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
列车定位是城市轨道交通车载信号系统(下文简称VOBC)中的核心功能,是实现列车安全防护和自动驾驶的基础。VOBC在列车运动过程中,通过车载应答器天线接收布置在轨道上的应答器信息,从而获得列车的初始定位。根据测速设备更新列车的实时定位。通过间隔不等距离布置的应答器校准更新列车定位。
列车的安全定位应考虑测速设备的测量误差,确保列车的安全包络能涵盖列车实际的位置。因此安全定位误差(即车端的最大定位和最小定位的差值,用于描述列车真实位置的不确定度)随着运行距离增加而增大,特别在发生空转打滑时,定位误差会快速扩大,如图1所示。
过大的定位误差不利于ATO停车精度且影响追踪间隔,进而影响运营效率,因此在保证安全的前提下获得列车的高精度定位是VOBC追求的目标。另外对于首尾冗余架构的信号系统,由于每端VOBC采用独立的速度传感器和应答器天线计算定位,两端VOBC计算的安全定位包络必然存在差异,过大的定位包络差异不利于设备冗余性和切换的平稳性,因此需要尽可能缩小两端VOBC计算的安全定位差异。
关于上述两点,一种方案是增加轨旁应答器的布置数量,即通过增加重定位次数,缩小定位误差;另一种方案是增加车载测速设备种类和数量,通过融合算法提高测速精度。这两种方案都会增加了设备成本和维护难度,同时也增加了系统复杂性。
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列车定位同步方法、装置、设备及存储介质。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
根据本发明第一方面,提供了一种列车定位同步方法,该方法包括以下步骤:
步骤101:计算本端原始定位LocalOrigLoc;
步骤102:接收远端原始定位和时间信息RemoteOrigLoc;
步骤103:计算从远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时TransTime;
步骤104:计算远端当前时刻的定位RemoteEstiLoc;
步骤105:列车定位取LocalOrigLoc和RemoteEstiLoc的交集。
作为优选的技术方案,所述的步骤101具体为:本端根据测速设备和信标天线计算原始定位信息LocalOrigLoc。
作为优选的技术方案,所述的原始定位信息LocalOrigLoc具体计算过程如下:
步骤1011)初始定位,当列车上电后在未定位的情况下经过信标获得列车的初始位置;
步骤1012)重定位,在列车已定位的情况下经过信标,根据信标的位置修正列车定位;
步骤1013)更新定位,其他时刻根据测试设备采集的位移信息以及牵引、制动、打滑空转状态计算列车的最大最小位移,从而获得列车的实时定位包络,包括列车一端的最大外侧位置Ext1和列车二端的最大外侧位置Ext2。
作为优选的技术方案,所述的步骤102具体为:
步骤1021)设计两端VOBC传输的字段信息,其中字段信息包括CurrentTime、RemoteTime、Ext1和Ext2,其中CurrentTime填写本端VOBC当前的时间信息,RemoteTime填写本端接收到的对端最新消息中的CurrrentTime,Ext1和Ext2填写本端的列车定位包络信息;
步骤1022)接收到初始的远端原始定位和时间信息后,经过安全校验后得到最终的远端原始定位和时间信息为:
RemoteOrigLoc=[R.RemoteTime,R.Ext1,R.Ext2]
作为优选的技术方案,所述的步骤103中的安全传输延时TransTime计算如下:
TransTime=CurrentTime-R.RemoteTime
其中CurrentTime为本端VOBC当前的时间信息;R.RemoteTime为安全校验后的本端接收到的对端最新消息中的CurrrentTime。
作为优选的技术方案,所述的步骤104具体为:
步骤1041)累计计算本端VOBC里程计朝列车Cab1端走行的总距离TotalDisToCab1;
其中TransTime为远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时,DisToCab1k为k周期列车朝cab1走行的距离;
步骤1042)累计计算本端VOBC里程计朝列车Cab2端走行的总距离TotalDisToCab2;
其中DisToCab2k为k周期列车朝cab2走行的距离;
步骤1043)得到远端计算的Cab1外侧位置R.EstiExt1;
R.EstiExt1=R.Ext1+TotalDisToCab1
其中R.Ext1为经过安全校验后的远端维护的Cab1外侧位置;
步骤1044)得到远端计算的Cab1内侧位置R.EstiExt2;
R.EstiExt2=R.Ext2-TotalDisToCab2;
其中R.Ext2为经过安全校验后的远端维护的Cab2外侧位置;
步骤1045)得到远端当前时刻的定位RemoteEstiLoc;
RemoteEstiLoc=[R.EstiExt1,R.EstiExt2
作为优选的技术方案,所述的步骤105中的定位交集的计算为
TrainLoc=LocalOrigLoc∩RemoteEstiLoc
交集的计算即为分别取每端外侧定位跟靠近车头的位置作为该端外侧定位。
根据本发明第二方面,提供了一种用于所述列车定位同步方法的装置,包括在列车两端各配置一套独立的车载信号控制系统VOBC,每套VOBC包括测速设备、信标天线和处理单元;两端VOBC通过冗余网络连接,实现冗余功能;
当信标天线经过线路信标时,VOBC会获取列车的初始定位;再根据测试设备,计算列车的实时定位;当经过信标时,重新校准列车的定位。
根据本发明第三方面,提供了一种电子设备,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现述的方法。
根据本发明第四方面,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时实现所述的方法。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明在不增加轨旁信标数量的前提下,本发明可以提高安全定位精度,缩短列车追踪间隔,降低了信号系统设备成本。
2、本发明设计了基于传输延时安全过估远端VOBC定位包络的方法,该方法安全可靠,传输的数据量小。
3、本发明两端定位实时同步,这样两端计算的列车安全包络差异较小,有利于主备切换时,本车及邻车控车的平滑性。
附图说明
图1为列车定位误差示意图;
图2为首尾冗余的信号控制系统架构图;
图3为本发明定位同步的流程图;
图4为过估传输延时示意图;
图5为估计远端定位示意图;
图6为定位融合示意图;
图7为定位同步后定位误差示意图。
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。
参考图3,介绍本发明首尾冗余的信号控制系统架构,列车车头车尾各配置一套独立的车载信号控制系统VOBC(VOBC),包括测速设备、信标天线和处理单元。两端VOBC通过冗余的红蓝网连接。
参考图4,定位同步流程图。
所述的定位同步方法,包括:
步骤101:计算本端原始定位LocalOrigLoc;
步骤102:接收远端原始定位和时间信息RemoteOrigLoc;
步骤103:计算从远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时TransTime;
步骤104:计算远端当前时刻定位RemoteEstiLoc;
步骤105:列车定位取LocalOrigLoc和RemoteEstiLoc的交集;
所述的步骤101,计算本端原始定位LocalOrigLoc;
优选的,本端根据测速设备和信标天线计算原始定位信息LocalOrigLoc。主要包括三个内容:初始定位,当列车上电后在未定位的情况下经过信标获得列车的初始位置;重定位,在列车已定位的情况下经过信标,根据信标的位置修正列车定位;更新定位,其他时刻根据测试设备采集的位移信息以及牵引、制动、打滑空转等状态计算列车的最大最小位移,从而获得列车的实时定位包络,包括列车一端的最大外侧位置Ext1,列车二端的最大外侧位置Ext2,如下:
LocalOrigLoc=[L.Ext1,L.Ext2]
所述的步骤102,接收远端原始定位和时间信息RemoteOrigLoc;
优选的,设计两端传输的字段信息定义如下:
两端VOBC通过安全传输协议互传上述信息,其中CurrentTime填写本端VOBC当前的时间信息,RemoteTime填写本端接收到的对端最新消息中的CurrrentTime,Ext1和Ext2填写本端的列车定位包络信息。
优选的,接收到远端原始定位消息后,经过安全校验后得到远端原始定位信息为
RemoteOrigLoc=[R.RemoteTime,R.Ext1,R.Ext2]
步骤103:计算从远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时TransTime;
本端接收远端原始定位信息后,需考虑报文传输时间内列车实际走行的位移,才能认为是远端VOBC当前时刻的定位包络。参考图4左列,实际传输延时Tr为LocalRxTime-RemoteTxTime。但是由于两端VOBC独立运行,处于不同时序,从Local VOBC时系下无法获知RemoteTxTime的精确时间,因而实际的Tr也无法计算。
因此参考图4右列,设计过估传输延时的方法,首先假定,从Local VOBC往RemoteVOBC发送消息是瞬时到达,无延时,即虚线①所示;其次假定,Remote VOBC从接收到消息,处理消息,再生成发送消息报文也是瞬时完成,无延时;这样过估的传输延时Te为RemoteVOBC的处理延时+双向的传输延时,即②所示,即将Local VOBC到Remote VOBC的发送延时和Remote VOBC的处理时间,均认为是Remote VOBC到Local VOBC的传输延时,从而达到过估传输延时的目的。
所述的安全传输延时
TransTime=CurrentTime-R.RemoteTime
步骤104:计算远端当前时刻定位RemoteEstiLoc;
本端记录本端前N个周期的里程计位移列表信息如下:
参考图5,累计计算TransTime内,Local VOBC里程计朝列车Cab1端走行的总距离。
累计计算TransDelay内,Local VOBC里程计朝列车Cab2端走行的总距离。
过估远端计算的Cab1外侧位置,即往Cab1方向过估(以Cab1朝上行方向为例说明,下同)
R.ExtiExt1=R.Ext1+TotalDisToCab1
过估远端计算的Cab1内侧位置,即往Cab1反方向过估
R.EstiExt2=R.Ext2-TotalDisToCab2
因此,所述过估远端当前时刻的定位包络为
RemoteEstiLoc=[R.EstiExt1,R.EstiExt2]
步骤105:列车定位取LocalOrigLoc和RemoteEstiLoc的交集;
所述的定位交集的计算为
TrainLoc=LocalOrigLoc∩RemoteEstiLoc
交集的计算即为分别取每端外侧定位跟靠近车头的位置作为该端外侧定位。参考图6所示,对于Cab1端,R.EstiExt1相对于L.Ext1更靠近Cab1,因此选取R.EstiExt1作为Cab1端的最外侧包络;对于Cab2端,L.Ext2相对于R.EstiExt2更靠近Cab2,因此选取L.Ext2作为Cab2端的最外侧包络,此种情形,同步后的列车定位为
TrainLoc=[R.ExtiExt1,L.Ext2]
参考图7,使用本发明的方法后,对比图1的未使用定位同步方法,每端车载信号控制系统计算的列车定位误差显著减小。并且在未增加线路信标布置的情形下,通过信标校准位置的次数增多,从而提高了列车安全定位精度。
以上是关于方法实施例的介绍,以下通过装置实施例,对本发明所述方案进行进一步说明。
本发明装置包括在列车两端各配置一套独立的车载信号控制系统VOBC,每套VOBC包括测速设备、信标天线和处理单元;两端VOBC通过冗余网络连接,实现冗余功能;当信标天线经过线路信标时,VOBC会获取列车的初始定位;再根据测试设备,计算列车的实时定位;当经过信标时,重新校准列车的定位。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,所述描述的模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本发明电子设备包括中央处理单元(CPU),其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序指令,来执行各种适当的动作和处理。在RAM中,还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线,采用2乘2取2安全架构。
设备中的多个部件连接至I/O接口,包括:车辆-信号硬线接口,车辆TCMS接口,司机显示屏接口,车地无线通信接口等。通信单元允许设备通过网络协议/串口协议/继电器等与其他设备交换信息/数据。
处理单元执行上文所描述的各个方法和处理,例如步骤101~105。例如,在一些实施例中,步骤101~105可被实现为计算机软件程序,其被有形地包含于机器可读介质,例如存储单元。在一些实施例中,计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到RAM并由CPU执行时,可以执行上文描述的步骤101~105的一个或多个步骤。备选地,在其他实施例中,CPU可以通过其他任何适当的方式(例如,借助于固件)而被配置为执行步骤101~105。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如,非限制性地,可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括:场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器,使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行,作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中,机器可读介质可以是有形的介质,其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备,或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
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)
1.一种列车定位同步方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤101:计算本端原始定位LocalOrigLoc;
步骤102:接收远端原始定位和时间信息RemoteOrigLoc;
步骤103:计算从远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时TransTime;
步骤104:计算远端当前时刻的定位RemoteEstiLoc;
步骤105:列车定位取LocalOrigLoc和RemoteEstiLoc的交集。
2.根据权利要求1所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的步骤101具体为:本端根据测速设备和信标天线计算原始定位信息LocalOrigLoc。
3.根据权利要求2所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的原始定位信息LocalOrigLoc具体计算过程如下:
步骤1011)初始定位,当列车上电后在未定位的情况下经过信标获得列车的初始位置;
步骤1012)重定位,在列车已定位的情况下经过信标,根据信标的位置修正列车定位;
步骤1013)更新定位,其他时刻根据测试设备采集的位移信息以及牵引、制动、打滑空转状态计算列车的最大最小位移,从而获得列车的实时定位包络,包括列车一端的最大外侧位置Ext1和列车二端的最大外侧位置Ext2。
4.根据权利要求1所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的步骤102具体为:
步骤1021)设计两端VOBC传输的字段信息,其中字段信息包括CurrentTime、RemoteTime、Ext1和Ext2,其中CurrentTime填写本端VOBC当前的时间信息,RemoteTime填写本端接收到的对端最新消息中的CurrrentTime,Ext1和Ext2填写本端的列车定位包络信息;
步骤1022)接收到初始的远端原始定位和时间信息后,经过安全校验后得到最终的远端原始定位和时间信息为:
RemoteOrigLoc=[R.RemoteTime,R.Ext1,R.Ext2]。
5.根据权利要求1所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的步骤103中的安全传输延时TransTime计算如下:
TransTime=CurrentTime-R.RemoteTime
其中CurrentTime为本端VOBC当前的时间信息;R.RemoteTime为安全校验后的本端接收到的对端最新消息中的CurrrentTime。
6.根据权利要求1所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的步骤104具体为:
步骤1041)累计计算本端VOBC里程计朝列车Cab1端走行的总距离TotalDisToCab1;
其中TransTime为远端VOBC到本端VOBC的安全传输延时,DisToCab1k为k周期列车朝cab1走行的距离;
步骤1042)累计计算本端VOBC里程计朝列车Cab2端走行的总距离TotalDisToCab2;
其中DisToCab2k为k周期列车朝cab2走行的距离;
步骤1043)得到远端计算的Cab1外侧位置R.EstiExt1;
R.EstiExt1=R.Ext1+TotalDisToCab1
其中R.Ext1为经过安全校验后的远端维护的Cab1外侧位置;
步骤1044)得到远端计算的Cab1内侧位置R.EstiExt2;
R.EstiExt2=R.Ext2-TotalDisToCab2;
其中R.Ext2为经过安全校验后的远端维护的Cab2外侧位置;
步骤1045)得到远端当前时刻的定位RemoteEstiLoc;
RemoteEstiLoc=[R.EstiExt1,R.EstiExt2。
7.根据权利要求1所述的一种列车定位同步方法,其特征在于,所述的步骤105中的定位交集的计算为TrainLoc=LocalOrigLoc∩RemoteEstiLoc
交集的计算即为分别取每端外侧定位跟靠近车头的位置作为该端外侧定位。
8.一种用于权利要求1所述列车定位同步方法的装置,其特征在于,包括在列车两端各配置一套独立的车载信号控制系统VOBC,每套VOBC包括测速设备、信标天线和处理单元;两端VOBC通过冗余网络连接,实现冗余功能;
当信标天线经过线路信标时,VOBC会获取列车的初始定位;再根据测试设备,计算列车的实时定位;当经过信标时,重新校准列车的定位。
9.一种电子设备,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1~7中任一项所述的方法。
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