CN203014867U - 基于gsm-r实现列车自动驾驶车地通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，包括屏蔽门系统、车站列控中心、车载安全计算机、列车调度集中控制中央服务器、列车自动驾驶执行模块、通信控制服务器、GSM-R通信交换中心、车站GSM-R基站子系统、GSM-R通信天线、GSM-R通信车载设备和车载列车自动运行装置，通信控制服务器与车站列控中心连接，通信控制服务器通过GSM-R通信交换中心与车站GSM-R基站子系统连接，车载列车自动运行装置连接车载安全计算机，车载列车自动运行装置连接GSM-R通信车载设备，GSM-R通信车载设备连接GSM-R通信天线。本实用新型能在国铁CTCS-2/CTCS-3列控系统的基础之上实现列车的自动驾驶。
Description
技术领域
本实用新型涉及铁路及轨道交通技术领域，具体涉及一种基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统。
技术背景
目前城市轨道交通运用的信号系统多采用基于通信的列车自动控制系统（CBTC）。基于通信的列车自动控制系统的车地间的无线扩频传输多采用通用的IEEE802.11系列标准，频率采用2.4GHz，即WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网络）无线网络技术。CBTC（Communication Based Train Control System，无线通信的列车自动控制系统）系统中利用WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网络）传输信息量大，传输速度快等特点，已经实现了列车自动驾驶系统，主要由车载设备和地面设备组成：车载设备由车载ATO（Automatic Train Operation，自动列车运行装置）中央处理板和软件、车载双向通信设备等组成；地面设备主要包括精确定位设备、ATO接口设备、轨旁双向通信设备等。上述城市轨道交通所应用的WLAN问题在于应用速度不能超过120km/h，同时由于缺乏互连互通标准，要做到轨道交通网内或与现有国铁线路的互联互通很困难。
国有城际客运专线信号系统采用的是CTCS-2/CTCS-3（Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统）列控系统。其中，CTCS-2级列控系统应用于运行速度200～250km/h的新建客运专线和既有提速至160km/h以上铁路干线；CTCS-3级列控系统主要应用于运行速度300～350km/h的客运专线。目前世界上还没有应用在CTCS-2/CTCS-3列控系统下的列车自动驾驶系统。而要在国铁客运专线上实现列车自动驾驶系统，首要解决的问题就是车地通信技术。与城市轨道交通的CBTC信号系统的WLAN相比，国铁CTCS-2/CTCS-3列控系统采用GSM-R（GSM for Railways，专门为铁路通信设计的综合专用数字移动通信系统）网络实现车地双向通信，仅实现了车次号校核、无线调度命令、行车许可、线路参数、临时限速、列车位置等数据传输功能，暂无法实现列车自动驾驶功能。因此，要在国铁CTCS-2/CTCS-3列控系统基础上实现列车自动驾驶功能，必须对国铁现有的车地通信技术，即GSM-R通信技术进行改造升级，以支持实现列车自动驾驶功能。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述技术问题，提供一种基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，该系统能在国铁CTCS-2/CTCS-3列控系统的基础之上实现列车的自动驾驶。
为实现此目的，本实用新型所设计的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，包括屏蔽门系统、与屏蔽门系统连接的车站列控中心、车载安全计算机、列车调度集中控制中央服务器、与车载安全计算机连接的列车自动驾驶执行模块，其特征在于：它还包括与列车调度集中控制中央服务器连接的通信控制服务器、GSM-R通信交换中心、车站GSM-R基站子系统、GSM-R通信天线、GSM-R通信车载设备和车载列车自动运行装置，其中，所述通信控制服务器的控制信号端与车站列控中心连接，通信控制服务器的通信信号端通过GSM-R通信交换中心与车站GSM-R基站子系统连接，所述车载列车自动运行装置的控制信号端连接车载安全计算机，车载列车自动运行装置的通信信号端连接GSM-R通信车载设备，GSM-R通信车载设备连接GSM-R通信天线，所述GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过无线信号连接。
所述GSM-R通信天线设置在列车顶部。
所述车站GSM-R基站子系统设置在车站站台进站口。
所述GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过GSM-R无线协议相互通信。
所述车站列控中心还连接有列车信号安全数据网。
本实用新型在现有国铁GSM-R系统的基础上，提出新的通信系统设计方案，以弥补目前国铁GSM-R系统不支持车载列车自动运行装置（ATO）功能的不足。新系统解决了国铁实现ATO数据的通信方案，使得在现有国铁CTCS-2列控系统基础上，增加ATO子系统，成为了可能。
本实用新型中新增的通信控制服务器是连接GSM-R网络与信号系统的核心设备，以实现两个系统之间实时数据信息的高效、可靠传输。
使用本实用新型后国铁GSM-R系统的传输速率和信息量可以满足大部分ATO数据传输的要求。
本实用新型是针对国铁列车不具备列车自动驾驶系统（ATO）功能，提出的一种利用国铁GSM-R网解决车地双向数据通信，进而实现高速列车自动驾驶功能的技术方案。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
如图1所示的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，包括屏蔽门系统、与屏蔽门系统连接的车站列控中心、车载安全计算机、列车调度集中控制中央服务器、与车载安全计算机连接的列车自动驾驶执行模块，其特征在于：它还包括与列车调度集中控制中央服务器连接的通信控制服务器、GSM-R通信交换中心、车站GSM-R基站子系统、GSM-R通信天线、GSM-R通信车载设备和车载列车自动运行装置，其中，所述通信控制服务器的控制信号端与车站列控中心连接，通信控制服务器的通信信号端通过GSM-R通信交换中心与车站GSM-R基站子系统连接，所述车载列车自动运行装置的控制信号端连接车载安全计算机，车载列车自动运行装置的通信信号端连接GSM-R通信车载设备，GSM-R通信车载设备连接GSM-R通信天线，所述GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过无线信号连接。上述通信控制服务器用于进行门控逻辑的判断和信息转发。
上述技术方案中，GSM-R通信交换中心用于将列车运行控制和开关门/门状态继电数据调制后从GSM-R基站子系统发射出去，另外，接受列车往车站发射的数据并转发给通信控制服务器。
上述技术方案中，GSM-R通信天线设置在列车顶部。车站GSM-R基站子系统设置在车站站台进站口。上述GSM-R通信天线和车站GSM-R基站子系统的安装位置选择有利于保证GSM-R信号的稳定。
上述技术方案中，GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过GSM-R无线协议相互通信。
GSM-R网络无线覆盖指标应满足在95％统计概率下，对于8w的列控机车台，在增益为0dBi的机车车顶天线处的最小接收电平不低于-92dBm。
需要GSM-R网络提供的数据承载业务具有以下特性：
1 电路交换异步透明数据传输；
2 GSM-R网络应支持多种速率数据传输，包括2.4kb/s、4.8kb/s等；
3 非限制数字信息（UDI）；
4 全速率无线信道；
5 只支持数据传输，不支持话音/数据交替传输。
时延要求：
1 GSM-R网络注册时延应满足：≤30s (95%)，≤35s (99%)，网络注册时延> 40s时被认定为注册失败；
2 移动用户主叫的连接建立时延应满足：<8.5s (95%)，≤10s(100%)，连接建立时延>10s则认为连接建立失败；
3 用户数据帧（30字节）传送时延应满足：≤0.5s (99%)。
上述技术方案中，车站列控中心还连接有列车信号安全数据网。
一种利用上述基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统的自动驾驶车地通信方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：车站列控中心接收屏蔽门系统的开关门/门状态继电信号，并将开关门/门状态继电信号传递给通信控制服务器；
步骤2：通信控制服务器同时接收到列车调度集中控制中央服务器的列车运行控制信号；
步骤3：通信控制服务器将接收到的开关门/门状态继电信号和列车运行控制信号通过GSM-R通信交换中心传输给车站GSM-R基站子系统，车站GSM-R基站子系统将开关门/门状态继电信号和列车运行控制信号转换成GSM-R协议通信数据，并发射GSM-R协议通信数据；
步骤4：列车上的GSM-R通信天线接收到上述GSM-R协议通信数据后传递给GSM-R通信车载设备；
步骤5：GSM-R通信车载设备将接收到的GSM-R协议通信数据解码后传输给车载列车自动运行装置；
步骤6：车载列车自动运行装置将解码后的开关门/门状态继电信号和列车运行控制信号传输给车载安全计算机；
步骤7：车载安全计算机根据接收到的开关门/门状态继电信号和列车运行控制信号控制列车自动驾驶执行模块，实现列车自动运行控制；
步骤8：列车自动驾驶执行模块将列车行驶状态信号反馈给车载安全计算机；
步骤9：所述车载安全计算机将列车行驶状态反馈信号经车载列车自动运行装置传输给GSM-R通信车载设备；
步骤10：GSM-R通信车载设备将接收到的列车行驶状态反馈信号转换成GSM-R协议通信数据，并通过GSM-R通信天线发射GSM-R协议通信数据；
步骤11：所述位于车站站台进站口的车站GSM-R基站子系统接收GSM-R协议通信信号，并将GSM-R协议通信信号解码后通过GSM-R通信交换中心传输给通信控制服务器，所述通信控制服务器分别将列车行驶状态反馈信号传输给车站列控中心和列车调度集中控制中央控制服务器，所述列车调度集中控制中央控制服务器根据列车行驶状态反馈信号制定出相应的列车运行控制信号；中央控制服务器接入通信控制服务器传输运营计划信息，实现全程的列车运行计划的实时更新；
步骤12：所述车站列控中心根据收到的列车行驶状态反馈信号制定出相应的开关门/门状态继电信号，开关门/门状态继电信号控制屏蔽门的工作状态；
上述技术方案中，车站列控中心将列车安全行驶数据传输给列车信号安全数据网。
本说明书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。
Claims (5)
1.一种基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，包括屏蔽门系统、与屏蔽门系统连接的车站列控中心、车载安全计算机、列车调度集中控制中央服务器、与车载安全计算机连接的列车自动驾驶执行模块，其特征在于：它还包括与列车调度集中控制中央服务器连接的通信控制服务器、GSM-R通信交换中心、车站GSM-R基站子系统、GSM-R通信天线、GSM-R通信车载设备和车载列车自动运行装置，其中，所述通信控制服务器的控制信号端与车站列控中心连接，通信控制服务器的通信信号端通过GSM-R通信交换中心与车站GSM-R基站子系统连接，所述车载列车自动运行装置的控制信号端连接车载安全计算机，车载列车自动运行装置的通信信号端连接GSM-R通信车载设备，GSM-R通信车载设备连接GSM-R通信天线，所述GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过无线信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，其特征在于：所述GSM-R通信天线设置在列车顶部。
3.根据权利要求1所述的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，其特征在于：所述车站GSM-R基站子系统设置在车站站台进站口。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，其特征在于：所述GSM-R通信天线与车站GSM-R基站子系统之间通过GSM-R无线协议相互通信。
5.根据权利要求1所述的基于GSM-R实现列车自动驾驶车地通信系统，其特征在于：所述车站列控中心还连接有列车信号安全数据网。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103237044A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-08-07 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 基于gsm-r实现列车自动驾驶车地通信系统及方法 |
| CN107215343A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-29 | 中国铁道科学研究院通信信号研究所 | 一种应用于高速铁路的自动驾驶系统 |
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