CN114296362A - 基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统 - Google Patents
基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，在原有列控系统仿真系统的基础上，采用电子地图生成软件生成电子地图，采用卫星定位模块实现卫星导航定位需求，能够实现新型列控系统车载设备的全功能测试；同时，仿真系统能够提供新型列控系统任意线路的测试环境需求，能够大幅度减少现场动态测试工作量，有效提高设备测试的效率、深度和广度。
Description
技术领域
本发明涉及列控系统测试技术领域，尤其涉及一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统。
背景技术
高速铁路新型列车运行控制系统(列控系统)是保证列车行车安全、提高列车运行效率的关键技术设备之一，目前常用的中国列控系统包括CTCS-0级、CTCS-2级和CTCS-3级列控系统。为满足我国西部、西南部铁路低密度低成本、轨旁设备简单、少维护的运营需求，完善中国列控系统CTCS技术体系，提高我国自主创新能力，国内已开展基于卫星定位的新型列控系统研究。
新型列控系统应基于无线通信系统传输行车许可信息，具备移动闭塞功能，车载设备具备多源融合定位和列车完整性检查功能，并采用目标-距离模式曲线监控列车安全运行，适应于现场值守困难的西部或偏远地区铁路，满足高可靠、高可用和少维护需求。
作为安全苛求系统，新型ATP车载设备在投入使用之前必须进行严格的系统功能测试，仅依靠现场测试不仅需要花费大量的时间，还需要投入大量的人力物力财力，而且难以构建特殊场景，无法保证测试的充分性。通过仿真测试技术，可以极大地减少新型ATP车载设备的现场测试工作量，还可有效地提升系统测试的质量、深度和广度。如何开发满足卫星定位的新型列控系统仿真系统，以验证实验室条件下新型ATP车载设备软硬件功能的完整性和正确性，为新型列控系统的设备研发、工程应用提供技术支持，已成为急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，可以结合构建的电子地图模拟发送卫星定位信息，满足卫星导航定位需求，以具备在实验室条件下开展基于卫星定位的新型ATP车载设备的仿真试测试能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，包括：与新型列控系统中ATP车载设备相连的车载仿真系统；所述车载仿真系统包括：车载仿真软件、车载仿真主机与离线软件；
其中，所述离线软件用于生成电子地图与测试脚本；所述车载仿真软件读取测试脚本，并顺序执行测试脚本的测试指令，根据测试指令配合车载仿真主机向ATP车载设备发送基于电子地图模拟的卫星定位信息、列车接口信息、速度信息、轨道电路信息和/或应答器报文信息；以及，由车载仿真主机接收所述ATP车载设备的反馈信息并传递至所述车载仿真软件。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，在原有列控系统仿真系统的基础上，采用电子地图生成软件生成电子地图，采用卫星定位模块实现卫星导航定位需求，能够实现新型列控系统车载设备的全功能测试；同时，仿真系统能够提供新型列控系统任意线路的测试环境需求，能够大幅度减少现场动态测试工作量，有效提高设备测试的效率、深度和广度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的车载仿真系统与ATP车载设备的数据交互示意图。
具体实施方式
下面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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
下面对本发明所提供的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，主要包括：与新型列控系统中ATP车载设备相连的车载仿真系统；所述车载仿真系统包括：车载仿真软件、车载仿真主机及离线软件；其中，所述离线软件用于生成电子地图与测试脚本；所述车载仿真软件读取测试脚本，并顺序执行测试脚本的测试指令，根据测试指令配合车载仿真主机向ATP车载设备发送基于电子地图模拟的卫星定位信息、列车接口信息、速度信息、轨道电路信息和/或应答器报文信息；以及，由车载仿真主机接收所述ATP车载设备的反馈信息并传递至所述车载仿真软件。
此外，还包括：与所述ATP车载设备连接的无线闭塞中心仿真部分、临时限速服务器仿真部分及列尾设备仿真部分；其中：
所述无线闭塞中心(RBC)仿真部分根据列车位置和消息类型向新型ATP车载设备发送无线消息(包含通信会话管理和行车许可信息)，同时接收新型ATP车载设备的无线消息(包含列车数据和位置报告)。
所述临时限速服务器(TSRS)仿真部分根据列车位置和消息类型模拟临时限速服务器与ATP车载设备的无线消息交互过程；所述临时限速服务器仿真部分根据列车位置和消息类型向所述ATP车载设备发送电子地图和卫星差分数据；同时，接收所述ATP车载设备的列车定位信息，用于获取和显示列车当前的经纬度信息。
所述列尾设备(EOT)仿真部分接收车载仿真系统发送的列尾定位信息、列车速度信息与风压指令；所述列尾设备仿真部分根据风压指令调整风压值，并向所述ATP车载设备发送列尾定位信息、列车速度信息与风压值；所述列尾设备仿真部分能够进行故障模拟设置，以及与所述ATP车载设备共同实现列车完整性检查功能。
为了便于理解，下面针对各部分的原理及相关的信息交互过程做详细介绍。
一、各部分的工作原理。
在既有CTCS-3级列控系统的基础上，新型列控系统基于无线通信系统输出行车许可信息，具备移动闭塞功能，车载设备具备多元融合定位和列车完整性检查功能，并采用目标-距离模式曲线监控列车安全运行。新型ATP车载设备(简称为ATP车载设备)在既有ATP车载设备的基础上接收卫星导航信息，并通过无线通信网络IP化通信方式和TSRS实现双向通信，从TSRS获取电子地图数据和卫星差分数据等，综合采用卫星定位、速度传感器、实体应答器，结合电子地图，实现列车连续可靠定位，同时通过无线通信单元和EOT进行双向无线通信，从EOT获取列尾的风压等信息，和EOT共同完成列车完整性检查功能。因此，新型列控系统仿真系统需要在既有列控系统仿真系统的基础上，对新型ATP车载设备新增功能所需的外部信号进行仿真，实现对新型ATP车载设备的全功能测试。
1、车载仿真系统。
如图左侧所示，车载仿真系统主要包括：车载仿真主机、车载仿真软件、车载数据监控软件、线路数据库和相关离线软件。
1)所述车载仿真软件包括主控模块、场景信息处理模块、界面显示模块、接口信息处理模块，所述接口信息处理模块包括输入输出(IO)处理模块、速度控制模块、卫星仿真模块、TCR处理模块、应答器处理模块。
所述场景信息处理模块，用于读取所述脚本生成软件生成的测试脚本；所述主控模块顺序执行测试脚本的测试指令；如果为IO指令，则所述主控模块向IO处理模块发送模拟的列车接口信息，包括：驾驶台激活信息、休眠信息、牵引手柄位置、制动手柄位置、方向手柄位置与风压信号量；如果为速度指令，则所述主控模块向速度控制模块发送模拟的速度信息，包括：加速度信息、牵引等级、制动等级与相位信息；如果为轨道电路指令，则所述主控模块向TCR处理模块发送轨道电路指令；如果为应答器指令，则所述主控模块向应答器处理模块发送应答器指令。
所述IO处理模块、速度控制模块各自接收到列车接口信息、速度信息，传输至车载仿真主机的相应模块；所述卫星仿真模块根据接收到列车位置、列车运行方向与列车速度，计算出卫星定位信息并传输至导航信号模拟源；所述TCR处理模块、应答器处理模块各自接收到轨道电路指令、应答器指令后，将相应的轨道电路信息、应答器报文信息传输至车载仿真主机的相应模块。
所述界面显示模块，用于显示仿真测试过程中发送给所述ATP车载设备的各项信息，以及所述ATP车载设备的反馈信息。
2)所述车载仿真主机包括数字信号处理模块、速度脉冲信号处理模块、应答器模拟信号处理模块、轨道电路(TCR)信号处理模块。
如图1所示，四个模块各自接收来自车载仿真软件的列车接口信息、速度信息、轨道电路信息、应答器报文信息，并传输至所述ATP车载设备；以及，由数字信号处理模块接收所述ATP车载设备的反馈信息并传递至所述车载仿真软件。
3)所述相关离线软件包括电子地图生成软件、应答器编辑软件、测试脚本生成软件。其中，所述电子地图生成软件根据轨道信息表、关键点信息表、轨道地理信息表、车站信息表、应答器位置表和道岔信息表生成新型列控系统的电子地图。测试脚本生成软件主要用来生成测试脚本；应答器编辑软件主要用来编辑应答器报文，以适用于不同场景。
4)所述线路数据库在既有线路数据库的基础上增加线路卫星定位信息(经度、纬度和高程)。
本发明实施例中，卫星定位信息由所述卫星仿真模块计算，计算方式包括：获取当前列车车头位置和车尾位置，根据列车速度估算在卫星信号传输延时情况下模拟的列车车头和车尾位置，再结合列车的运行方向查询线路数据库，获取列车所在轨道地理信息，根据卫星导航算法实时计算列车车头和车尾位置的经度、纬度和高程。
5)车载监控软件主要记录ATP车载设备所有的交互信息，用于查找及定位故障原因。
2、临时限速服务器(TSRS)仿真部分。
所述TSRS仿真在既有TSRS仿真的基础上，添加电子地图推送功能和卫星差分数据发送功能，即通过脚本形式根据列车位置和消息类型模拟TSRS与ATP车载设备的无线消息交互过程；接收导航信号模拟源的卫星差分信息，向ATP车载设备转发卫星差分数据。所述TSRS仿真能够满足新型ATP车载设备下载和校验电子地图的功能，辅助新型ATP车载设备实现多源融合定位。
3、列尾设备(EOT)仿真部分。
列尾设备仿真部分通过SM4国密算法实现和ATP车载设备的安全通信。所述列尾设备仿真部分接收车载仿真系统发送的列尾定位信息、列车速度信息、风压指，根据风压指令调整风压值，并向ATP车载设备发送列尾定位信息、列车速度信息、风压值。此外，所述列尾设备仿真部分能够进行故障模拟设置，满足新型ATP车载设备的故障测试，还能够与ATP车载设备共同实现列车完整性检查功能。
二、各部分的信息交互过程。
1、车载仿真系统与ATP车载设备的数据流程。
所述场景信息处理模块读取测试脚本生成软件生成的测试脚本，主控模块顺序执行测试脚本的测试指令。主控模块实时计算列车位置，根据列车位置顺序执行测试脚本的测试步骤，通过指令类型控制车载仿真主机的相应模块，向ATP车载设备发送模拟的卫星定位信息、列车接口信息、地面信息(轨道电路信息、应答器报文信息)等。如图2所示，如果为IO指令，则执行步骤S01；如果为速度指令，则执行步骤S02；如果为TCR指令，则执行步骤S03；如果为应答器指令，则执行步骤S04。
步骤S01，所述主控模块向所述IO处理模块发送驾驶台激活信息、休眠信息、牵引手柄位置、制动手柄位置、方向手柄位置、风压信号量等列车接口信息，并经过所述IO处理模块处理后，传输至ATP车载设备。
其中，传输的风压信号主要为了ATP车载设备和EOT仿真共同完成列车完整性检查功能。
步骤S02，所述主控模块向所述速度控制模块发送模拟加速度信息、牵引等级、制动等级、相位信息等速度信息，并经过所述速度脉冲信号处理模块处理后，传输至ATP车载设备。
步骤S03，所述主控模块向所述TCR处理模块发送TCR指令；所述TCR处理模块向TCR信号处理模块发送轨道电路信息，再由所述TCR信号处理模块处理后传输至ATP车载设备。
步骤S04，所述主控模块向所述应答器处理模块发送应答器指令；所述应答器处理模块向应答器模拟处理模块发送应答器报文信息；再由所述应答器模拟信号处理模块处理后传输至ATP车载设备。
此外，卫星仿真模块还周期性的计算列车的卫星定位信息，主要包括：所述主控模块向卫星仿真模块发送列车位置、列车运行方向、列车速度；所述列车仿真模块计算出卫星定位信息后传输至导航模拟信号源，由所述导航模拟信号源向ATP车载设备发送卫星定位信息。
所述卫星定位信息包括列车车头和车尾位置的经度、纬度和高程；同时，所述列车仿真模块还将列车定位信息发送至列尾设备(EOT)仿真部分。
2、ATP车载设备向车载仿真系统的数据流程。
ATP车载设备接收到卫星定位信息(经度、纬度和高程)、列车接口信息、地面信息后执行相应操作，向所述数字信号处理单元发送制动信息、过分相有效、过分相激活等信息；所述数字信号处理单元向所述IO处理模块发送制动信息、过分相有效、过分相激活等信息；所述IO处理模块向主控模块发送制动信息、过分相有效、过分相激活等信息。
3、RBC仿真部分与ATP车载设备的数据流程。
所述RBC仿真根据列车位置和消息类型向ATP车载设备发送无线消息，同时接收ATP车载设备的无线消息。
4、TSRS仿真部分与ATP车载设备的数据流程。
所述TSRS仿真部分根据列车位置和消息类型向ATP车载设备发送包含电子地图数据和卫星差分数据的消息；所述TSRS仿真部分接收新型ATP车载设备的列车定位信息等。
5、导航信号模拟源与TSRS仿真部分的数据流程。
所述TSRS仿真接收导航信号模拟源发送的卫星差分数据，并以消息的形式转发该数据。
6、EOT仿真部分与ATP车载设备的数据流程。
所述EOT仿真部分向ATP车载设备发送列尾定位信息、列车速度信息、风压值；所述EOT仿真接收新型ATP车载设备发送的查询列尾信息等。
7、车载仿真系统与EOT仿真部分的数据流程。
所述EOT仿真部分接收到车载仿真系统发送的列车定位信息、列车速度信息、风压指令。
本发明实施例上述方案，相对于现有技术而言，主要获得如下有益效果：
1)在原有列控系统仿真系统的基础上，采用电子地图生成软件生成电子地图，采用卫星定位模块实现卫星导航定位需求，能够实现新型列控系统车载设备的全功能测试。
2)新型列控系统仿真系统可配置为车地动态测试环境和ATP车载设备静态测试环境，合理搭配真实设备和模拟设备，满足新型列控系统的不同测试需求。
3)仿真系统提供新型列控系统任意线路的测试环境需求，能够大幅度减少现场动态测试工作量，有效提高设备测试的效率、深度和广度。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
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，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，包括：与新型列控系统中ATP车载设备相连的车载仿真系统；所述车载仿真系统包括：车载仿真软件、车载仿真主机与离线软件；
其中，所述离线软件用于生成电子地图与测试脚本；所述车载仿真软件读取测试脚本，并顺序执行测试脚本的测试指令，根据测试指令配合车载仿真主机向ATP车载设备发送基于电子地图模拟的卫星定位信息、列车接口信息、速度信息、轨道电路信息和/或应答器报文信息；以及，由车载仿真主机接收所述ATP车载设备的反馈信息并传递至所述车载仿真软件。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，所述车载仿真软件包括：场景信息处理模块、主控模块、界面显示模块、接口信息处理模块，所述接口信息处理模块包括：IO处理模块、速度控制模块、卫星仿真模块、TCR处理模块与应答器处理模块；
其中，所述场景信息处理模块，用于读取所述脚本生成软件生成的测试脚本；所述主控模块顺序执行测试脚本的测试指令；如果为IO指令，则所述主控模块向IO处理模块发送模拟的列车接口信息，包括：驾驶台激活信息、休眠信息、牵引手柄位置、制动手柄位置、方向手柄位置与风压信号量；如果为速度指令，则所述主控模块向速度控制模块发送模拟的速度信息，包括：加速度信息、牵引等级、制动等级与相位信息；如果为轨道电路指令，则所述主控模块向TCR处理模块发送轨道电路指令；如果为应答器指令，则所述主控模块向应答器处理模块发送应答器指令；
所述IO处理模块、速度控制模块各自接收到列车接口信息、速度信息，传输至车载仿真主机的相应模块；所述卫星仿真模块根据接收到的列车位置、列车运行方向与列车速度，计算出卫星定位信息并传输至导航信号模拟源；所述TCR处理模块、应答器处理模块各自接收到轨道电路指令、应答器指令后，将相应的轨道电路信息、应答器报文信息传输至车载仿真主机的相应模块；
所述界面显示模块，用于显示仿真测试过程中发送给所述ATP车载设备的各项信息，以及所述ATP车载设备的反馈信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，所述卫星仿真模块计算卫星定位信息的方式包括：获取当前列车车头位置和车尾位置，根据列车速度估算在卫星信号传输延时情况下模拟的列车车头和车尾位置，再结合列车的运行方向查询线路数据库，获取列车所在轨道地理信息，根据卫星导航算法实时计算列车车头位置和车尾位置的经度、纬度和高程。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，所述车载仿真主机包括：数字信号处理模块、速度脉冲信号处理模块、轨道电路信号处理模块与应答器模拟信号处理模块；四个模块各自接收来自车载仿真软件的列车接口信息、速度信息、轨道电路信息、应答器报文信息，并传输至所述ATP车载设备；以及，由数字信号处理模块接收所述ATP车载设备的反馈信息并传递至所述车载仿真软件。
5.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，所述离线软件包括：电子地图生成软件、应答器编辑软件与测试脚本生成软件；
其中，所述电子地图生成软件，用于根据轨道信息表、关键点信息表、轨道地理信息表、车站信息表、应答器位置表和道岔信息表生成新型列控系统的电子地图；
所述测试脚本生成软件，用于生成测试脚本；
所述应答器编辑软件，用于编辑应答器报文。
6.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，所述车载仿真系统还包括：车载数据监控软件，用于记录ATP车载设备所有的交互信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，系统还包括：与所述ATP车载设备连接的无线闭塞中心仿真部分；
所述无线闭塞中心仿真部分根据列车位置和消息类型向新型ATP车载设备发送无线消息，同时接收新型ATP车载设备的无线消息。
8.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，系统还包括：与所述ATP车载设备连接的临时限速服务器仿真部分；
所述临时限速服务器仿真部分根据列车位置和消息类型模拟临时限速服务器与ATP车载设备的无线消息交互过程；所述临时限速服务器仿真部分根据列车位置和消息类型向所述ATP车载设备发送电子地图和卫星差分数据；同时，接收所述ATP车载设备的列车定位信息。
9.根据权利要求1所述的一种基于电子地图及模拟卫星定位的新型列控系统仿真系统，其特征在于，系统还包括：与所述ATP车载设备连接的列尾设备仿真部分；
所述列尾设备仿真部分接收车载仿真系统发送的列尾定位信息、列车速度信息与风压指令；所述列尾设备仿真部分根据风压指令调整风压值，并向所述ATP车载设备发送列尾定位信息、列车速度信息与风压值；所述列尾设备仿真部分能够进行故障模拟设置，以及与所述ATP车载设备共同实现列车完整性检查功能。
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