WO2022121438A1 - 一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，包括车载ATP主机、列尾设备和地面RBC设备，车载ATP主机分别与列尾设备和地面RBC设备通信连接，车载ATP主机和列尾设备均包括主控单元以及分别与主控单元连接的风压检测模块、无线通信模块、测速模块和卫星定位模块，车载ATP主机和列尾设备均还包括与主控单元连接的北斗短报文通信模块。有益效果：通信抗干扰强、响应时间短等。

Description

一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统 技术领域
本发明涉及列车完整性检测系统，尤其是涉及一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统。
背景技术
在列控系统中，列车完整性监测对保证列车行车安全有重要作用。为了防止列车在行驶过程中发生脱钩抛车现象，需要采用列尾装置来进行列车完整性检查。列尾装置通常用于货物列车，能够实现列车尾部无人值守。通过自动采集列车尾部风压，传送给位于司机室内的控制盒，提供完整性判断依据。
经过检索，中国专利公开公开号CN107310591A公开了一种列车完整性检测方法、装置以及系统，该方法包括：获取列车定位数据和列尾风压数据；以及根据所述列车定位数据和所述列尾风压数据，确定列车是否完整。本发明能够根据实时获取的列车定位数据和列尾风压数据，精确地、有效地确定列车是否完整，实现在提升货运列车的运行效率、提高行车安全系数的同时，有效地降低司乘人员的劳动强度，以符合货运铁路重载高密度的发展方向。
但是在青藏线新型列控系统中，列车完整性检测成为了列车自动防护的一部分，取消了现有列尾装置中的控制盒，风压数据传送到车载ATP主机，所以新型列尾设备采用GPRS无线网络分组数据业务实现与车载设备间的双向信息传输，输出可靠的列车尾部风压值、列车位置和速度信息和告警信息。青藏铁路由西宁站至拉萨站，线路长，海拔高，环境恶劣。使用无线网络通信的列尾设备对可靠性要求较高，结构复杂，故障点较多，但青藏线途中设备维护较难。一旦丢失列车完整性，对运行效率有很大影响。
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基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，该系统能在恶劣环境下判断列车完整性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，包括车载ATP主机、列尾设备和地面RBC设备，所述的车载ATP主机分别与列尾设备和地面RBC设备通信连接，所述的车载ATP主机和列尾设备均包括主控单元以及分别与主控单元连接的风压检测模块、无线通信模块、测速模块和卫星定位模块，所述的车载ATP主机和列尾设备均还包括与主控单元连接的北斗短报文通信模块。
作为优选的技术方案，所述的北斗短报文通信模块具备有源定位和短报文通信的功能，可实现定位与通信的集成。
作为优选的技术方案，所述的北斗短报文通信模块的有源定位功能，通过向北斗短报文卫星发送定位申请信号，然后接收卫星返回的定位信息实现。
作为优选的技术方案，所述的有源定位功能定位速度快，3秒内就能获得定位信息，定位精度在100米内。
作为优选的技术方案，所述的北斗短报文通信模块的短报文通信功能能够作为无线通信模块的后备，有源定位功能能够作为卫星定位模块的后备。
作为优选的技术方案，所述的列尾设备在无线通信模块不可用时，通过北斗短报文通信模块的短报文发送数据。
作为优选的技术方案，在使用所述的短报文数据判断列车完整性时，列车最小安全后端更新较慢，所述的车载ATP主机的判断方法应与使用无线通信模块不同，并报告地面RBC设备。
作为优选的技术方案，所述的列尾设备同时发送无线通信数据和短报文数据，同时带有有源定位和无源定位数据。
作为优选的技术方案，当无源定位误差变大时，所述的车载ATP主机使用有源定位数据与无源定位比较，加大阈值判断列车完整性，并报告地面RBC设备。
作为优选的技术方案，所述的列尾设备上添加北斗短报文模块，用于对无线通信模块和卫星定位模块两个故障点发生故障时实现列尾信息传送和位置获取。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明能够稳定地输出列车尾部的风压和卫星定位数据，车载ATP根据不同数据来源采取不同方法判断列尾完整性，不会因为外部环境丢失完整性，封锁线路，影响运行效率。
2、本发明通信抗干扰强，可保证极端天气条件下的通信，在GSM-R/GPRS无线 网络无法正常工作的情况下，能够通过短报文进行数据传输；
3、本发明响应时间短，点对点通信时延短，全域广覆盖、可靠性高，通过较少的设备投入实现列尾与车载ATP主机的数据传输，满足列车完整性检查的需求。
4、本发明北斗短报文模块发送瞬间功率小，发送瞬间持续时间短，发送频率低，模块功耗低，可以与现有方案较好的兼容，提高可用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
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。
如图1所示，一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，包括车载ATP主机、列尾设备和地面RBC设备，所述的车载ATP主机分别与列尾设备和地面RBC设备通信连接，所述的车载ATP主机和列尾设备均包括主控单元以及分别与主控单元连接的风压检测模块、无线通信模块、测速模块和卫星定位模块，所述的车载ATP主机和列尾设备均还包括与主控单元连接的北斗短报文通信模块。
所述的车载ATP主机会周期查询列尾信息，与自身的风压、位置和速度比较，得到列车完整性状态。
本发明在安全列尾设备中增加了北斗短报文通信模块。该模块具备有源定位和短报文通信的功能，可以实现定位与通信的集成。
北斗短报文通信模块的通信功能通过卫星中转实现。源用户终端将短报文发送给卫星，卫星直接发送给目的用户终端。目前，短报文通信功能有1分钟一包的交互频次限制和120字节的传输数据量限制。列尾信息数据量符合短报文信息量限制，不影响数据传输。在青藏线新型列控系统中，控制的列车以机车为主，速度最高为120km/h，在只有短报文通信的情况下，从一次列车完整性检查后到下一次列车完整性检查前，最小安全后端位置与最大安全前端相差最大为2000m，对行车效率影响不 大。
北斗短报文通信模块的定位功能通过向北斗短报文卫星发送定位申请信号，然后接收卫星返回的定位信息实现。有源定位功能定位速度快，通常3秒内就能获得定位信息，定位精度在100米内。北斗短报文通信模块的通信功能能够作为无线通信模块的后备，有源定位功能能够作为卫星定位模块的后备。
车载ATP主机和列尾设备都配置北斗短报文通信模块，具备无线网络通信和短报文通信两种方式。列尾设备可以同时发送无线通信数据和短报文数据，同时带有有源定位和无源定位数据。
在既有方案中，列尾设备的无线通信模块故障或者无线网络信号差，可能导致列尾设备与车载ATP主机的通信断开。车载ATP主机无法通过无线网络获得列尾信息，在一段时间后通信超时，重新连接列尾失败，列车完整性丢失。地面RBC设备收到完整性丢失报告后，根据故障导向安全原则，以列车完整性完好的位置为起点对线路进行封锁，禁止后续列车进入该区域。如果无线通信恢复失败，线路可能瘫痪。
本发明中，列尾设备在无线通信不可用时通过短报文发送数据。由于定位精度和通信频率有差异，在使用短报文数据判断列车完整性时，列车最小安全后端更新较慢，车载ATP主机的判断方法应与使用无线通信不同，并报告地面RBC设备。
在既有方案中，列尾设备的卫星定位模块的搜星数少、差分数据延时都会导致无源定位误差大，模块故障会导致无源定位数据丢失。本发明中，车载ATP主机对于定位数据的误差有无源定位误差和有源定位误差两个级别，列首/列尾距离与车长差值的阈值有两种。当无源定位正常时，误差较小，阈值较小。当无源定位误差变大时，车载ATP主机使用有源定位数据与无源定位比较，并加大阈值判断列车完整性，并报告地面RBC设备。
因此，根据本发明，在列尾设备上添加北斗短报文模块，可以对无线通信模块和卫星定位模块两个故障点发生故障时实现列尾信息传送和位置获取，保障后续列车的正常运行，能够比较好的解决在无线通信信号不稳的情况下信号丢失的严重问题。
在列车运行过程中，车载ATP主机与列尾设备建立安全通信连接，根据车载ATP主机的请求报告可靠的风压、卫星定位和速度，同时通过短报文功能报告风压、卫星定位模块的卫星定位信息、有源定位的卫星定位信息和速度。
车载ATP主机收到无线通信的数据时，以该数据作为完整性判断依据，并报告 给地面设备。
车载ATP主机收不到无线通信的数据时，使用短报文获得的数据作为完整性判断依据，报告给地面设备，并指明为短报文数据。
车载ATP主机收到的短报文通信数据中卫星定位模块数据为无效值时，使用有源定位的数据作为完整性判断依据，报告给地面设备，并指明为短报文数据和有源定位数据。
地面设备收到车载ATP主机的列车完整性报告时，若为短报文数据判断，则适当放宽列车位置和安全车长的置信区间，进行低频次移动授权计算，向后续列车下发行车许可，保障行车安全。
需要说明的是，本发明提供的一种列车完整性检测方法，既可以作为非安全列尾设备的主要方法，也可以作为安全列尾设备的后备方法。通过短报文实现车载ATP与列尾设备的信息互传，使得列车完整性不会因为外部环境丢失，从而保证后续列车的安全运行，提高了运输效率。
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. 一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，包括车载ATP主机、列尾设备和地面RBC设备，所述的车载ATP主机分别与列尾设备和地面RBC设备通信连接，所述的车载ATP主机和列尾设备均包括主控单元以及分别与主控单元连接的风压检测模块、无线通信模块、测速模块和卫星定位模块，其特征在于，所述的车载ATP主机和列尾设备均还包括与主控单元连接的北斗短报文通信模块。
  2. 根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的北斗短报文通信模块具备有源定位和短报文通信的功能，可实现定位与通信的集成。
  3. 根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的北斗短报文通信模块的有源定位功能，通过向北斗短报文卫星发送定位申请信号，然后接收卫星返回的定位信息实现。
  4. 根据权利要求3所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的有源定位功能定位速度快，3秒内就能获得定位信息，定位精度在100米内。
  5. 根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的北斗短报文通信模块的短报文通信功能能够作为无线通信模块的后备，有源定位功能能够作为卫星定位模块的后备。
  6. 根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的列尾设备在无线通信模块不可用时，通过北斗短报文通信模块的短报文发送数据。
  7. 根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，在使用所述的短报文数据判断列车完整性时，列车最小安全后端更新较慢，所述的车载ATP主机的判断方法应与使用无线通信模块不同，并报告地面RBC设备。
  8. 根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的列尾设备同时发送无线通信数据和短报文数据，同时带有有源定位和无源定位数据。
  9. 根据权利要求8所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，当无源定位误差变大时，所述的车载ATP主机使用有源定位数据与无源 定位比较，加大阈值判断列车完整性，并报告地面RBC设备。
  10. 根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的列车完整性检测系统，其特征在于，所述的列尾设备上添加北斗短报文模块，用于对无线通信模块和卫星定位模块两个故障点发生故障时实现列尾信息传送和位置获取。
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