CN115465339B - 一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法，该系统包括第一控制器、第一无线通信单元、第一信号处理单元、第二控制器、第二无线通信单元、第二信号处理单元、主机及第三信号处理单元，第一控制器通过第一信号处理单元与第一无线通信单元连接，第二控制器通过第二信号处理单元与第二无线通信单元连接，主机依次与第一控制器及第二控制器连接。本发明通过第三信号处理单元对列车发送的自身数据及转发其他列车的数据进行分析、判断、预警及转发，而且可以在主机的作用下实现对多组列车数据进行对比分析，从而大大提高列车行驶时通信数据的准确性，使得列车行驶的安全性提高。

Description

一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法

技术领域

本发明涉及轨道通信技术领域，具体来说，涉及一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法。

背景技术

随着通信技术特别是无线电技术飞速发展，人们对交通的需求也越发提高，为提高城市公共交通状况，轨道交通作为公共交通在城市中出现，同时人们开始研究以通信技术为基础的列车运行控制系统，通过地面中心无线通信将前方障碍物、临时限速等信息发送给列车，列车根据地面中心发送的前方障碍物信息、列车参数、线路参数等信息实时计算速度曲线，调整列车的运行状态，减少行驶时的危险。

对于现有的地面轨道交通来说，通信技术至关重要，传统的通信是通过将列车自身的运行数据传输至控制中心，再由控制中心进行分析计算后反馈回列车，然而控制中心获取不同列车信息后进行分析反馈时，必然产生时间的延迟，且反馈所需的时间并不稳定，从而需要增加列车间的运行间接，且当有列车发生突发情况时，通过将自身故障反馈控制中心再由控制中心对其他列车进行转发，使得信息传递的效率较差，因此导致现有通信技术无法满足地面轨道交通的列车通信需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于地面轨道交通的通信系统，包括第一控制器、第一无线通信单元、第一信号处理单元、第二控制器、第二无线通信单元、第二信号处理单元、主机及第三信号处理单元；

其中，第一控制器，用于基于第一信号处理单元判断信息，对列车进行调整；

第一无线通信单元，用于对自身列车数据进行发送，及对主机发送的列车数据接收；

第一信号处理单元，用于对接收到的主机信息与自身运行状态进行判断；

第二控制器，用于通过第二信号处理单元对比数据对自身接收的数据进行数据更新；

第二无线通信单元，用于接收其他列车发送的数据与主机分析后的数据，及发送其他列车传递的数据；

第二信号处理单元，用于将主机分析后的数据与自身接收数据进行对比；

主机，用于对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，并对数据预警判断的信息进行发送；

第三信号处理单元，用于根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断；

第一控制器通过第一信号处理单元与第一无线通信单元连接，第二控制器通过第二信号处理单元与第二无线通信单元连接，主机依次与第一控制器及第二控制器连接。

进一步的，第一信号处理单元包括依次连接的数据库模块、数据处理模块、运行状态模块、数据判断模块及报警模块；

其中，数据库模块，用于对接收的主机信息进行存储；数据处理模块，用于对接收的主机信息进行解析；运行状态模块，用于对自身的运行状态进行记录；数据判断模块，用于将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断；报警模块，用于对判断后不符合定义的数据，并发出警报信息。

进一步的，第二信号处理单元包括依次连接的数据传输模块、数据对比模块及数据传递模块；且数据传输模块的输出端与数据对比模块输入端连接，数据对比模块输出端与数据传递模块输入端连接；

其中，数据传输模块，用于将接收的主机数据与接收的其他列车数据进行汇总；数据对比模块，用于对接收的主机数据与接收的其他列车数据进行对比，并生成相对应的列车数据信息；数据传递模块，用于将列车数据信息传输到第二控制器内部。

进一步的，第三信号处理单元包括依次连接的数据整合模块、数据分析模块、故障预测模块、预警模块及输出模块；

其中，数据整合模块，用于将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；数据分析模块，用于将整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析；故障预测模块，用于将分析对比后的信息根据计算进行故障预测；预警模块，用于将故障预测大于要求的信息进行存储备份，输出模块，用于将故障预测的信息发送到数据库模块内部及数据传输模块内部。

进一步的，第一无线通信单元内部设置有第一信号传输模块，第二无线通信单元内部设置有第二信号传输模块。

进一步的，第一控制器包括依次连接的信号接收模块、信号转换模块及列车调整模块。

进一步的，第二控制器包括依次连接的数据库存储模块、数据库对比模块，数据库更新模块。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于地面轨道交通的列车控制方法，该用于地面轨道交通的列车控制方法包括以下步骤：

S1、将自身列车数据与接收其他列车的数据向主机进行发送；

S2、对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元及第一无线通信单元；

S3、对第一无线通信单元接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元判断信息，对列车进行调整；

S4、将第二无线通信单元主机分析后的数据与自身接收数据进行对比，再通过第二信号处理单元对比数据对自身接收的数据进行数据更新。

进一步的，对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元及第一无线通信单元包括以下步骤：

S21、通过将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；

S22、利用整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析；

S23、将分析对比后的信息根据计算进行故障预测；

S24、通过将预测大于要求的信息进行存储备份；

S22、通过将故障预测的信息发送到数据库模块内部及数据传输模块内部。

进一步的，对第一无线通信单元接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元判断信息，对列车进行调整包括以下步骤：

S31、通过对接收的主机信息进行存储，对存储的主机信息进行解析，同时对自身的运行状态进行记录；

S32、通过将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断，且判断后不符合定义的数据，报警模块发出警报信息。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过第三信号处理单元对列车发送的自身数据及转发其他列车的数据进行分析、判断、预警及转发，而且还可以在主机的作用下实现对多组列车数据进行对比分析，从而大大提高列车行驶时通信数据的准确性，使得列车行驶的安全性提高。

2、本发明通过第二无线通信单元与第一无线通信单元将列车自身的信息与其他列车传递的信息，发送至主机进行对比分析处理，大大提高列车发送信息的精准型，从而有效的保证主机对若干列车的信息分析判断的准确性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种用于地面轨道交通的通信系统的结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种用于地面轨道交通列车控制方法的流程图。

图中：

1、第一控制器；101、信号接收模块；102、信号转换模块；103、列车调整模块；2、第一无线通信单元；201、第一信号传输模块；3、第一信号处理单元；301、数据库模块；302、数据处理模块；303、运行状态模块；304、数据判断模块；305、报警模块；4、第二控制器；401、数据库存储模块；402、数据库对比模块；403、数据库更新模块；5、第二无线通信单元；501、第二信号传输模块；6、第二信号处理单元；601、数据传输模块；602、数据对比模块；603、数据传递模块；7、主机；8、第三信号处理单元；801、数据整合模块；802、数据分析模块；803、故障预测模块；804、预警模块；805、输出模块。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种用于地面轨道交通的通信系统及列车控制方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的用于地面轨道交通的通信系统，包括：第一控制器1、第一无线通信单元2、第一信号处理单元3、第二控制器4、第二无线通信单元5、第二信号处理单元6、主机7及第三信号处理单元8；

其中，第一控制器1，用于基于第一信号处理单元3判断信息，对列车进行调整；

第一无线通信单元2，用于对自身列车数据进行发送，及对主机发送的列车数据接收；

第一信号处理单元3，用于对接收到的主机信息与自身运行状态进行判断；

第二控制器4，用于通过第二信号处理单元6对比数据对自身接收的数据进行数据更新；

第二无线通信单元5，用于接收其他列车发送的数据与主机分析后的数据，及发送其他列车传递的数据；

第二信号处理单元6，用于将主机分析后的数据与自身接收数据进行对比；

主机7，用于对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，并对数据预警判断的信息进行发送；

第三信号处理单元8，用于根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断；

第一控制器1通过第一信号处理单元3与第一无线通信单元2连接，第二控制器4通过第二信号处理单元6与第二无线通信单元5连接，主机7依次与第一控制器1及第二控制器4连接。

在一个实施例中，第一信号处理单元3包括依次连接的数据库模块301、数据处理模块302、运行状态模块303、数据判断模块304及报警模块305；

其中，数据库模块301，用于对接收的主机信息进行存储；数据处理模块302，用于对接收的主机信息进行解析；运行状态模块303，用于对自身的运行状态进行记录；数据判断模块304，用于将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断；报警模块305，用于对判断后不符合定义的数据，并发出警报信息。

在一个实施例中，第二信号处理单元6包括依次连接的数据传输模块601、数据对比模块602及数据传递模块603；

其中，数据传输模块601，用于将接收的主机数据与接收的其他列车数据进行汇总；数据对比模块602，用于对接收的主机数据与接收的其他列车数据进行对比，并生成相对应的列车数据信息，数据传递模块603，用于将列车数据信息传输到第二控制器4内部。

在一个实施例中，第三信号处理单元8包括依次连接的数据整合模块801、数据分析模块802、故障预测模块803、预警模块804及输出模块805；

其中，数据整合模块801，用于将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；数据分析模块802，用于将整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析，故障预测模块803，用于将分析对比后的信息根据计算进行故障预测，预警模块804，用于将故障预测大于要求的信息进行存储备份，输出模块805，用于将故障预测的信息发送到数据库模块301内部及数据传输模块601内部。

在一个实施例中，第一无线通信单元2内部设置有第一信号传输模块201，第二无线通信单元5内部设置有第二信号传输模块501。

在一个实施例中，第一控制器1包括依次连接的信号接收模块101、信号转换模块102及列车调整模块103，第二控制器4包括依次连接的数据库存储模块401、数据库对比模块402，数据库更新模块403。

根据本发明的另一个实施例，如图2所示，还提供了一种用于地面轨道交通的列车控制方法，该用于地面轨道交通的列车控制方法包括以下步骤：

S1、将自身列车数据与接收其他列车的数据向主机7进行发送；

其中，将自身运行的速度、位置、当前时间、距站点距离等运行信息通过第一无线通信单元2的方式分享给其他列车，可以采用SDH等传输技术然后再连接网络交换机，或者直接用网络交换机连接；

S2、对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元5及第一无线通信单元2，且第一无线通信单元2与第二无线通信单元5分别设置有单独的IP地址；

其中，对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元5及第一无线通信单元2包括以下步骤：

S21、通过将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；

其中，数据整合模块(801)设置有与若干列车第一无线通信单元2的IP地址与第二无线通信单元5的IP地址相对应的IP地址列表；

S22、利用整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析；

S23、将分析对比后的信息根据计算进行故障预测；

其中，故障预测的构建包括以下步骤：

获取原始数据列X⁽⁰⁾；

对原始数据列X⁽⁰⁾进行故障预测，获得原始数据列X⁽⁰⁾的时间序列的故障预测方程和新数据列Y⁽⁰⁾：

Y(0)＝[x(0)(1),x(0)(2),...,x(0)(k)](k＞n)

其中，1≤k≤n，n是数据的总个数；

将新数据序列Y⁽⁰⁾中k≤n部分的值作为原始数据列X⁽⁰⁾的拟合值，k>n部分的值作为原始数据列X⁽⁰⁾的预测值，取新数据列Y⁽⁰⁾中所有拟合值X⁽⁰⁾(K)与原始数据列X⁽⁰⁾相同时间点的对应值X⁽⁰⁾(K)之间的差值的绝对值，形成残差的绝对值数据列ε⁽⁰⁾；

对残差值绝对值数据列ε⁽⁰⁾进行故障预测，获得残差的绝对值数据列ε⁽⁰⁾的故障预测方程；

结合残差的绝对值数据列ε⁽⁰⁾的故障预测方程和原始数据列X⁽⁰⁾的时间序列的故障色预测方程的关系构建含有符号函数的新方程，求解含有符号函数的新方程，得到故障预测的残差值符号函数sgn(k)；

组合原始数据列X⁽⁰⁾的时间序列的故障预测方程、残差的绝对值数据列ε⁽⁰⁾的故障预测方程和残差值符号函数sgn(k)，形成最终的预测方程：

其中，1≤k≤n，n是数据的总个数，a₁与a₂为模型发展系数，b₁与b₂为模型作用量，x⁽¹⁾为原始数据列X⁽⁰⁾的子数计，e表示自然对数的底；

求解上式获得原始数据列X⁽⁰⁾的预测值；

S24、通过将预测大于要求的信息进行存储备份；

S22、通过将故障预测的信息发送到数据库模块301内部及数据传输模块601内部。

S3、对第一无线通信单元2接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元3判断信息，对列车进行调整；

其中，对第一无线通信单元2接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元3判断信息，对列车进行调整包括以下步骤：

S31、通过对接收的主机信息进行存储，对存储的主机信息进行解析，同时对自身的运行状态进行记录；

S32、通过将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断，且判断后不符合定义的数据，报警模块305发出警报信息；

其中，通过ATP检测列车自身运行方式、其他列车预测到达停靠点时间、其他列车预测停靠时间，计算自身应当调节的速度。

S4、将第二无线通信单元5主机分析后的数据与自身接收数据进行对比，再通过第二信号处理单元6对比数据对自身接收的数据进行数据更新。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过第三信号处理单元8对列车发送的自身数据及转发其他列车的数据进行分析、判断、预警及转发，而且还可以在主机7的作用下实现对多组列车数据进行对比分析，从而大大提高列车行驶时通信数据的准确性，使得列车行驶的安全性提高。

此外，本发明通过第二无线通信单元5与第一无线通信单元2将列车自身的信息与其他列车传递的信息，发送至主机7进行对比分析处理，大大提高列车发送信息的精准型，从而有效的保证了主机对若干列车的信息分析判断的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于地面轨道交通的通信系统，其特征在于：包括第一控制器(1)、第一无线通信单元(2)、第一信号处理单元(3)、第二控制器(4)、第二无线通信单元(5)、第二信号处理单元(6)、主机(7)及第三信号处理单元(8)；

其中，所述第一控制器(1)，用于基于第一信号处理单元(3)判断信息，对列车进行调整；

所述第一无线通信单元(2)，用于对自身列车数据进行发送，及对主机发送的列车数据接收；

所述第一信号处理单元(3)，用于对接收到的主机信息与自身运行状态进行判断；

所述第二控制器(4)，用于通过第二信号处理单元(6)对比数据对自身接收的数据进行数据更新；

所述第二无线通信单元(5)，用于接收其他列车发送的数据与主机分析后的数据，及发送其他列车传递的数据；

所述第二信号处理单元(6)，用于将主机分析后的数据与自身接收数据进行对比；

所述主机(7)，用于对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，并对数据预警判断的信息进行发送；

所述第三信号处理单元(8)，用于根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断；

所述第一控制器(1)通过所述第一信号处理单元(3)与所述第一无线通信单元(2)连接，所述第二控制器(4)通过所述第二信号处理单元(6)与第二无线通信单元(5)连接，所述主机(7)依次与第一控制器(1)及第二控制器(4)连接；

所述第一信号处理单元(3)包括依次连接的数据库模块(301)、数据处理模块(302)、运行状态模块(303)、数据判断模块(304)及报警模块(305)；

其中，所述数据库模块(301)，用于对接收的主机信息进行存储；

所述数据处理模块(302)，用于对接收的主机信息进行解析；

所述运行状态模块(303)，用于对自身的运行状态进行记录；

所述数据判断模块(304)，用于将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断；

所述报警模块(305)，用于对判断后不符合定义的数据，并发出警报信息；

所述第二信号处理单元(6)包括依次连接的数据传输模块(601)、数据对比模块(602)及数据传递模块(603)；

其中，所述数据传输模块(601)，用于将接收的主机数据与接收的其他列车数据进行汇总；

所述数据对比模块(602)，用于对接收的主机数据与接收的其他列车数据进行对比，并生成相对应的列车数据信息；

所述数据传递模块(603)，用于将列车数据信息传输到所述第二控制器(4)内部；

所述第三信号处理单元(8)包括依次连接的数据整合模块(801)、数据分析模块(802)、故障预测模块(803)、预警模块(804)及输出模块(805)；

其中，所述数据整合模块(801)，用于将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；

所述数据分析模块(802)，用于将整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析；

所述故障预测模块(803)用于将分析对比后的信息根据计算进行故障预测；

所述预警模块(804)，用于将故障预测大于要求的信息进行存储备份；

所述输出模块(805)，用于将故障预测的信息发送到所述数据库模块(301)内部及所述数据传输模块(601)内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于地面轨道交通的通信系统，其特征在于：所述第一无线通信单元(2)内部设置有第一信号传输模块(201)，所述第二无线通信单元(5)内部设置有第二信号传输模块(501)。

3.根据权利要求2所述的一种用于地面轨道交通的通信系统，其特征在于：所述第一控制器(1)包括依次连接的信号接收模块(101)、信号转换模块(102)及列车调整模块(103)。

4.根据权利要求3所述的一种用于地面轨道交通的通信系统，其特征在于：所述第二控制器(4)包括依次连接的数据库存储模块(401)、数据库对比模块(402)，数据库更新模块(403)。

5.一种用于地面轨道交通的列车控制方法，用于实现权利要求1-4中任一项所述的用于地面轨道交通的通信系统，其特征在于，该用于地面轨道交通的列车控制方法包括以下步骤：

S1、将自身列车数据与接收其他列车的数据向主机(7)进行发送；

S2、对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元(5)及第一无线通信单元(2)；

S3、对第一无线通信单元(2)接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元(3)判断信息，对列车进行调整；

S4、将第二无线通信单元(5)主机分析后的数据与自身接收数据进行对比，再通过第二信号处理单元(6)对比数据对自身接收的数据进行数据更新。

6.根据权利要求5所述的一种用于地面轨道交通的列车控制方法，其特征在于，所述对不同列车的数据及列车间传递的信息进行接收，且根据不同列车的数据及列车间传递的信息构建模型，并进行数据预警判断，并将数据预警判断的信息分别发送回第二无线通信单元(5)及第一无线通信单元(2)包括以下步骤：

S21、通过将不同列车的数据及列车间传递的信息进行整合；

S22、利用整合后不同列车的数据及列车间传递的信息进行对比分析；

S23、将分析对比后的信息根据计算进行故障预测；

S24、通过将预测大于要求的信息进行存储备份；

S22、通过将故障预测的信息发送到数据库模块(301)内部及数据传输模块(601)内部。

7.根据权利要求6所述的一种用于地面轨道交通的列车控制方法，其特征在于，所述对第一无线通信单元(2)接收到的主机信息与自身运行状态进行判断，再基于第一信号处理单元(3)判断信息，对列车进行调整包括以下步骤：

S31、通过对接收的主机信息进行存储，对存储的主机信息进行解析，同时对自身的运行状态进行记录；

S32、通过将解析后的信息与运行状态进行对比进行判断，且判断后不符合定义的数据，报警模块(305)发出警报信息。