CN117022403A - 一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及港口铁路列车自动驾驶技术领域，具体涉及一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统。地面中控系统通过设置中心机房、场站机房、场站设备和机车终端实现数据交互，从而得到辅助/自动驾驶系统关键信息、操作关键信息以及机车防护关键信息，实现铁路列车自动驾驶；地面中控系统采用双机仲裁冗余机制，根据服务工作情况可自动切换，确保核心功能能够在保证不停机的状态下无缝切换；所述双机仲裁冗余机制包括通信冗余、感知冗余、数据处理服务冗余、监控冗余、定位位置信息冗余。本申请通从信息收集、处理、决策、传输等多方面进行冗余设计，确保地面中控系统为机车自动运输过程提供可靠的数据和安全防护需求。

Description

一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统

技术领域

本发明涉及港口铁路列车自动驾驶技术领域，具体涉及一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统。

背景技术

目前港口、厂矿等地方铁路运输系统作业模式大多采用机车司机/调车员接收调度作业单或调度长电台临时口头作业任务通知，根据信号员开通的站场联锁信号进行手动运输作业。近年来，随着计算机和通信等技术的发展，港口、厂矿等地方铁路运输企业相继开展机车运输的辅助/自动驾驶研究，相关研究多数仍属于研发试验阶段。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，通过冗余设计，以安全为导向，从信息收集、处理、决策、传输等多方面进行冗余设计，确保地面中控系统为机车自动运输过程提供可靠的数据和安全防护需求。

本发明的技术方案如下：

一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述地面中控系统利用通信服务，将感知信息、监测信息、定位位置信息同机车自身的运行信息动态联网，通过设置中心机房、场站机房、场站设备和机车终端，实现地面与机车数据实时交互，地面中控系统通过分析各方数据，从而得到机车控车数据，实现铁路列车自动驾驶；所述地面中控系统采用双机仲裁冗余机制，所述双机仲裁冗余机制包括通信冗余、感知冗余、数据处理服务冗余、监控冗余、定位位置信息冗余，地面中控系统根据服务工作情况信息进行仲裁，对无法完成的服务自动切换至对应的冗余服务，确保核心功能在保证不停机的状态下无缝切换。

作为优选，所述机车控车数据包括包含有辅助/自动驾驶系统关键信息的辅助/自动驾驶系统信息、包含有操作关键信息的操作信息以及包含有机车防护关键信息的机车防护信息。

作为优选，所述通信冗余包括无线速传电台通信通路与5G通信通路双通路的通信服务，所述地面中控系统设置有通信服务器，所述机车终端设置有5G通信模块和电台模块，所述地面中控系统设置有对数据接收在确保正确时序的同时自动去除重复数据的冗余计算逻辑，地面中控系统/机车终端对分别通过5G通信通路和电台通信通路接收到的数据进行时序逻辑判断，对重复数据进行二选一，确保数据时序正确且不重复、不遗漏。

作为优选，所述通信冗余以5G通信通路传输为主通路，所述机车终端将采集的机车自身运行信息通过通信服务传输给地面中控系统中心机房，并通过通信服务将地面中控系统发送的机车控车数据接收到机车终端；所述通信冗余以电台通信通路传输为辅通路，由于电台传输的特性，机车终端与地面中控系统仅就辅助/自动驾驶系统关键信息、操作关键信息以及机车防护关键信息相关的控车数据通过电台通信通路交互。本申请采用通信冗余的并行式通讯服务方案，充分利用5G传输的带宽高，延时小的特性，将机车采集的各类信息下发地面，同时将机车所需信息推送上车；电台作为5G辅助通道，受到电台带宽速率及工作模式限制，仅对辅助/自动驾驶系统关键信息、操作关键信息以及机车防护关键信息进行交互，实现关键信息双通路传输，满足了地面中控系统在5G通信异常时，可以继续行车以及远程干预，确保通信最大的可靠性。

作为优选，所述感知冗余包括场站静态感知和机车终端动态感知，场站地面作业股道沿路部署静态的场站摄像机来识别车列前端、道口、车列两侧盲区；机车终端分别在机车前后端安装多组机车摄像机来进行单机及牵引作业过程中前方路况感知。本申请通过在地面作业股道沿路部署静态的摄像机以解决机车在推进作业过程中系统无法识别的盲区(车列前端、道口、车列两侧等)。在机车前后端分别安装多组摄像机解决单机及牵引作业过程中前方路况监测，保证车辆行驶过程中各方位精准识别物体及行人等障碍物，确保机车在周围环境安全的前提行车。

作为优选，所述地面中控系统在中心机房设置数据处理服务冗余，中心机房包括A、B两组数据处理服务组，A、B两组数据处理服务组采用并联冗余仲裁切换架构，地面中控系统通过通信服务将接收到的各方面数据对等的分发给A、B两组数据处理服务组，数据处理服务组对接收的数据独立运算，相互备份，同时工作；数据处理服务冗余对接收的数据运算后，将运算出的机车控车数据通过通信服务推送给机车终端。

作为优选，当A、B两组数据处理服务组同时在线时，默认选取先上线的数据处理服务组为临时主数据处理服务组，另一组为临时备用数据处理服务组；A、B两组数据处理服务组通过通信服务网络心跳包进行数据交互，地面中控系统实时监测A、B两组数据处理服务组运行状态，此时A、B两组数据处理服务组保持相对独立无直接数据交互；一旦临时主数据处理服务组异常故障后，地面中控系统利用通信服务立即将数据处理切换到临时备用数据处理服务组，保持整个数据处理服务组不间断正常工作；当异常故障的临时主数据处理服务组恢复上线后，主动通过通信服务向处在正常状态的临时备用数据处理服务组请求状态数据，用于对自身初始化，以此实现双机无缝自动切换，确保数据处理服务组状态一直处于运行状态。

作为优选，所述检测冗余包括机车车载实时运行监测数据、环境感知系统识别的股道存车和异物监测、STP站场轨道自动化信号和调车作业单监测、生产系统调车作业单和股道存车数据监测。

作为优选，所述检测冗余监测的各项数据通过通信服务传输至地面中控系统进行数据处理，预测机车运行轨迹，从而实现线路规划，运算出的机车控车数据。

作为优选，所述机车定位位置信息冗余包括实时动态差分技术和机车自身相对站场信号机定位双定位验证冗余，机车差分技术服务实时获取机车高精度GPS坐标数据与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证服务，结合站场图股道关键点的GPS坐标信息，通过点到线最近算法，以及坐标系透视技术，推算出机车在站场图中股道号及股道的具体位置，同时与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证，当两者存在误差，使用GPS计算的机车位置对机车推算位置进行修改，修正机车位置。采用机车定位位置信息冗余能够准确获取机车在站场中的位置信息，实现精准控制，弥补由机车使用过程中由于轮径磨损导致机车自身计算的滚动距离存在误差，引不起的控车不准确或防护不及时引起的事故，解决机车运行过程中偶发车位跳变，运行误差累积以及机车上电起机时需要手工对位等问题。GPS精确定位进行绝对位置定位与机车自身相对站场信号机定位方式进行双重定位，确保机车上电后站场初始定位及行进过程中车车位置准确有效。

本发明的有益效果

本发明中控系统作为辅助/自动驾驶系统关键信息提供者，信息决策者，为确保整改驾驶过程中控系统运行稳定，数据可靠，系统采取以线路规划机车跟踪计算为主数据处理运算服务采用双机仲裁冗余，根据服务工作情况，自动切换，确保核心功能不停机无缝切换。通信方面，为解决5G通信盲区及5G信号突发中断等特殊情况，系统采用无线速传电台与5G通信并行传输方案，实现控车关键数据双通路传输，系统对数据接收确保在正确时序的同时自动去重的冗余方式确保通信最大的可靠性。而系统防护、障碍物识别方面，感知系统则采用机车和站场股道两侧多方位动静结合冗余方式。机车车位跟踪矫正则采用GPS精确定位进行绝对位置定位与机车自身相对站场信号机定位方式进行双重定位，确保机车上电后站场初始定位及行进过程中车车位置准确有效。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明地面中控系统的逻辑框图。

其中，1-中心机房，2-场站机房，3-机车终端，4-电台通信通路，5-5G通信通路，6-通信服务器，7-5G通信模块，8-电台模块，9-场站摄像机，10-机车摄像机，11-数据处理服务组，12-临时主数据处理服务组，13-临时备用数据处理服务组，14-STP站场轨道自动化信号和调车作业单，15-数据服务器，16-数据存储器，17-地面感知服务器，18-生产系统调车作业单和股道存车数据，19-联锁接口机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，地面中控系统利用通信服务，将感知信息、监测信息、定位位置信息同机车自身的运行信息动态联网，通过设置中心机房1、场站机房2、场站设备和机车终端3，实现地面与机车数据实时交互，地面中控系统通过分析各方数据，从而得到机车控车数据，实现铁路列车自动驾驶；地面中控系统采用双机仲裁冗余机制，双机仲裁冗余机制包括通信冗余、感知冗余、数据处理服务冗余、监控冗余、定位位置信息冗余，地面中控系统根据服务工作情况信息进行仲裁，对无法完成的服务自动切换至对应的冗余服务，确保核心功能在保证不停机的状态下无缝切换。机车控车数据包括包含有辅助/自动驾驶系统关键信息的辅助/自动驾驶系统信息、包含有操作关键信息的操作信息以及包含有机车防护关键信息的机车防护信息。

通信冗余包括无线速传电台通信通路4与5G通信通路5双通路的通信服务，地面中控系统设置有通信服务器6，机车终端3设置有5G通信模块7和电台模块8，地面中控系统设置有对数据接收在确保正确时序的同时自动去除重复数据的冗余计算逻辑，地面中控系统/机车终端3对分别通过5G通信通路5和电台通信通路4接收到的数据进行时序逻辑判断，对重复数据进行二选一，确保数据时序正确且不重复、不遗漏。通信冗余以5G通信通路5传输为主通路，机车终端3将采集的机车自身运行信息通过通信服务传输给地面中控系统中心机房1，并通过通信服务将地面中控系统发送的机车控车数据接收到机车终端3；通信冗余以电台通信通路4传输为辅通路，由于电台传输的特性，机车终端3与地面中控系统仅就辅助/自动驾驶系统关键信息、操作关键信息以及机车防护关键信息相关的控车数据通过电台通信通路4交互。

感知冗余包括场站静态感知和机车终端3动态感知，场站地面作业股道沿路部署静态的场站摄像机9来识别车列前端、道口、车列两侧盲区；机车终端3分别在机车前后端安装多组机车摄像机10来进行单机及牵引作业过程中前方路况感知。

地面中控系统在中心机房1设置数据处理服务冗余，中心机房1包括A、B两组数据处理服务组11，A、B两组数据处理服务组11采用并联冗余仲裁切换架构，地面中控系统通过通信服务将接收到的各方面数据对等的分发给A、B两组数据处理服务组11，数据处理服务组对接收的数据独立运算，相互备份，同时工作；数据处理服务冗余对接收的数据运算后，将运算出的机车控车数据通过通信服务推送给机车终端3。当A、B两组数据处理服务组11同时在线时，默认选取先上线的数据处理服务组为临时主数据处理服务组12，另一组为临时备用数据处理服务组13；A、B两组数据处理服务组11通过通信服务网络心跳包进行数据交互，地面中控系统实时监测A、B两组数据处理服务组11运行状态，此时A、B两组数据处理服务组11保持相对独立无直接数据交互；一旦临时主数据处理服务组12异常故障后，地面中控系统利用通信服务立即将数据处理切换到临时备用数据处理服务组13，保持整个数据处理服务组不间断正常工作；当异常故障的临时主数据处理服务组12恢复上线后，主动通过通信服务向处在正常状态的临时备用数据处理服务组13请求状态数据，用于对自身初始化，以此实现双机无缝自动切换，确保数据处理服务组状态一直处于运行状态。

检测冗余包括机车车载实时运行监测数据、环境感知系统识别的股道存车和异物监测、STP站场轨道自动化信号和调车作业单14监测、生产系统调车作业单和股道存车数据18监测。检测冗余监测的各项数据通过通信服务传输至地面中控系统进行数据处理，预测机车运行轨迹，从而实现线路规划，运算出的机车控车数据。

机车定位位置信息冗余包括实时动态差分技术和机车自身相对站场信号机定位双定位验证冗余，机车差分技术服务实时获取机车高精度GPS坐标数据与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证服务，结合站场图股道关键点的GPS坐标信息，通过点到线最近算法，以及坐标系透视技术，推算出机车在站场图中股道号及股道的具体位置，同时与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证，当两者存在误差，使用GPS计算的机车位置对机车推算位置进行修改，修正机车位置。

中心机房1设置有实现通信服务的通信服务器6、处理A、B两组数据处理服务组数据的数据服务器15、数据存储器16以及对地面视频感知障碍物识别的地面感知服务器17，通过内部网络与其它范围及接口机进行数据交互。

生产系统调车作业单和股道存车数据18通过网闸与地面中控系统通信数据交互，联锁接口机19通过双路RS485接口与STP站场轨道自动化信号和调车作业单14进行数据交互。联锁接口机19部署在场站机房2，通过网络与地面的通信服务器6进行连接。

STP无线调车机车信号和监控系统，实现了机车和地面间站场信息机车状态信息等的实时传输能够有效防止调车作业中列车越过信号冲撞土档等安全风险。

电台通信服务器根据电台覆盖范围部署在场站机房2附近。

单台差分基站覆盖范围30公里，设备部属在机房2附近，通过专用网络与通信服务器6进行连接。

机车摄像机10录制的车载视频通过5G通信通路与通信服务器6进行连接，通信服务器6将车载视频通过5G网络转发给地面中控系统。

Claims (10)

1.一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述地面中控系统利用通信服务，将感知信息、监测信息、定位位置信息同机车自身的运行信息动态联网，通过设置中心机房、场站机房、场站设备和机车终端，实现地面与机车数据实时交互，地面中控系统通过分析各方数据，从而得到机车控车数据，实现铁路列车自动驾驶；所述地面中控系统采用双机仲裁冗余机制，所述双机仲裁冗余机制包括通信冗余、感知冗余、数据处理服务冗余、监控冗余、定位位置信息冗余，地面中控系统根据服务工作情况信息进行仲裁，对无法完成的服务自动切换至对应的冗余服务，确保核心功能在保证不停机的状态下无缝切换。

2.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述机车控车数据包括包含有辅助/自动驾驶系统关键信息的辅助/自动驾驶系统信息、包含有操作关键信息的操作信息以及包含有机车防护关键信息的机车防护信息。

3.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述通信冗余包括无线速传电台通信通路与5G通信通路双通路的通信服务，所述地面中控系统设置有通信服务器，所述机车终端设置有5G通信模块和电台模块，所述地面中控系统设置有对数据接收在确保正确时序的同时自动去除重复数据的冗余计算逻辑，地面中控系统/机车终端对分别通过5G通信通路和电台通信通路接收到的数据进行时序逻辑判断，对重复数据进行二选一，确保数据时序正确且不重复、不遗漏。

4.根据权利要求3所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述通信冗余以5G通信通路传输为主通路，所述机车终端将采集的机车自身运行信息通过通信服务传输给地面中控系统中心机房，并通过通信服务将地面中控系统发送的机车控车数据接收到机车终端；所述通信冗余以电台通信通路传输为辅通路，由于电台传输的特性，机车终端与地面中控系统仅就辅助/自动驾驶系统关键信息、操作关键信息以及机车防护关键信息相关的控车数据通过电台通信通路交互。

5.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述感知冗余包括场站静态感知和机车终端动态感知，场站地面作业股道沿路部署静态的场站摄像机来识别车列前端、道口、车列两侧盲区；机车终端分别在机车前后端安装多组机车摄像机来进行单机及牵引作业过程中前方路况感知。

6.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述地面中控系统在中心机房设置数据处理服务冗余，中心机房包括A、B两组数据处理服务组，A、B两组数据处理服务组采用并联冗余仲裁切换架构，地面中控系统通过通信服务将接收到的各方面数据对等的分发给A、B两组数据处理服务组，数据处理服务组对接收的数据独立运算，相互备份，同时工作；数据处理服务冗余对接收的数据运算后，将运算出的机车控车数据通过通信服务推送给机车终端。

7.根据权利要求6所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，当A、B两组数据处理服务组同时在线时，默认选取先上线的数据处理服务组为临时主数据处理服务组，另一组为临时备用数据处理服务组；A、B两组数据处理服务组通过通信服务网络心跳包进行数据交互，地面中控系统实时监测A、B两组数据处理服务组运行状态，此时A、B两组数据处理服务组保持相对独立无直接数据交互；一旦临时主数据处理服务组异常故障后，地面中控系统利用通信服务立即将数据处理切换到临时备用数据处理服务组，保持整个数据处理服务组不间断正常工作；当异常故障的临时主数据处理服务组恢复上线后，主动通过通信服务向处在正常状态的临时备用数据处理服务组请求状态数据，用于对自身初始化，以此实现双机无缝自动切换，确保数据处理服务组状态一直处于运行状态。

8.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述检测冗余包括机车车载实时运行监测数据、环境感知系统识别的股道存车和异物监测、STP站场轨道自动化信号和调车作业单监测、生产系统调车作业单和股道存车数据监测。

9.根据权利要求8所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述检测冗余监测的各项数据通过通信服务传输至地面中控系统进行数据处理，预测机车运行轨迹，从而实现线路规划，运算出的机车控车数据。

10.根据权利要求1所述的一种适用于港口铁路列车自动驾驶的地面中控系统，其特征在于，所述机车定位位置信息冗余包括实时动态差分技术和机车自身相对站场信号机定位双定位验证冗余，机车差分技术服务实时获取机车高精度GPS坐标数据与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证服务，结合站场图股道关键点的GPS坐标信息，通过点到线最近算法，以及坐标系透视技术，推算出机车在站场图中股道号及股道的具体位置，同时与机车下发的相对前方信号机距离进行相互验证，当两者存在误差，使用GPS计算的机车位置对机车推算位置进行修改，修正机车位置。