CN104875773A - 基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车安全运行控制技术领域，公开了一种基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，包括车载设备和地面设备；所述车载设备包括无线通信单元；所述地面设备包括通信接口服务器；所述无线通信单元，用于通过卫星通信和公共蜂窝通信网络与所述通信接口服务器之间进行信息传输；所述通信接口服务器，用于接收无线通信单元发来的位置报告，并将地面设备生成的行车许可和临时限速信息发送给无线通信单元。本发明的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，利用卫星通信和公共蜂窝通信相结合的方式实现了车载设备和地面设备之间的稳定可靠的不间断的互相通信，大大降低了车地无线通信网络建设成本，实现列车运行自动控制。

Description

基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统

技术领域

本发明属于列车安全运行控制技术领域，特别涉及一种利用卫星通信和公共蜂窝通信进行车地信息传输的列车安全运行控制系统。

背景技术

列车控制系统采用定位、通信等相关技术对列车运行方向、运行间隔和运行速度进行控制，使得列车能够安全高效运行。列车控制系统的闭塞控制设备和车站联锁设备主要实现进路控制和追踪间隔控制，并生成行车许可，再通过车地无线传输通道将行车许可传送给列车，车载设备接收到行车许可后，生成列车速度控制曲线，监督控制列车安全高效运行。

目前应用在时速300km/h～350km/h客运专线上的CTCS-3级列车控制系统主要采用轨道电路进行列车占用检测，获取列车位置，通过GSM-R专用无线通信网络进行连续、双向的车地信息传输，同时通过应答器向车载设备发送线路信息。这样的工作方式需要全线无线通信覆盖。然而，在经济欠发达并且人烟稀少的西部地区以及厂矿专线铁路，无线通信网络的建设造价太过昂贵。

列控系统车地传输的信息主要包括列车向地面发送的位置报告，地面向列车发送的行车许可、临时限速等信息，这些信息的数据量都比较小。因此公共蜂窝通信或者卫星通信可以满足列控系统车地传输的性能要求。目前国内有三大公共蜂窝通信运营商，在铁路沿线绝大多数地区都具备良好覆盖和较好的通信质量保障。在少数无公共蜂窝通信覆盖的区域，可以采用卫星通信作为补充。结合卫星通信和公共蜂窝通信可以用来完成列控系统车地信息传输。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制方法，采用公共蜂窝通信和卫星通信保证车地间的信息传输，克服了现有技术中无线信息传输网络造价高的缺陷，进而达到控制列车安全行驶的目的。

本发明提供一种基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，包括车载设备和地面设备；所述车载设备包括无线通信单元；所述地面设备包括通信接口服务器；所述无线通信单元，用于通过卫星通信和公共蜂窝通信网络与所述通信接口服务器之间进行信息传输；所述通信接口服务器，用于接收无线通信单元发来的位置报告，并将地面设备生成的行车许可和临时限速信息发送给无线通信单元。

进一步，所述车载设备还包括车载安全计算机、定位单元、列车完整性监视单元、列车接口单元、应答器单元、轨道电路读取单元、司法记录器、人机交互装置；所述车载安全计算机，用于接收列车的原始定位数据并生成列车位置报告，通过无线通信单元发送给所述地面设备；同时还接收所述地面设备发来的行车许可、线路参数、临时限速等信息并进行处理，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车运行；所述定位单元，用于获取当前列车的位置、速度、里程等信息，并发送给所述车载安全计算机；所述列车完整性监视单元，用于监视列车运行途中完整性；所述列车接口单元，用于与列车制动接口，控制列车运行速度；所述应答器单元，用于读取轨道上的应答器信息，并发送给车载安全计算机；所述轨道电路读取单元，用于读取轨道上的轨道电路信息，并发送给车载安全计算机；所述司法记录器，用于记录列车运行中的各项信息，并生成列车行驶日志；所述人机交互装置，用于与机车司机进行人机交互，为机车司机提供驾驶过程的参考信息；所述车载安全计算机分别与定位单元、列车完整性监视单元、列车接口单元、应答器单元、轨道电路读取单元、司法记录器、人机交互装置、无线通信单元连接。

进一步，所述定位单元采用卫星定位系统，包括GPS、北斗、Glonass、Galileo。

进一步，所述地面设备还包括无线闭塞中心、车站联锁、差分基站；所述无线闭塞中心，用于获取联锁进路、临时限速等信息，并结合所述车载设备发送的列车位置报告生成行车许可，并将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给所述车载设备；所述车站联锁，用于控制车站内的进路；所述差分基站，用于为所述车载设备提供差分基准信息；所述无线闭塞中心、差分基站、车站联锁互相之间采用有线传输网络连接至通信接口服务器；所述通信接口服务器与无线闭塞中心连接，所述无线闭塞中心分别与车站联锁、差分基站连接。

进一步，所述无线闭塞中心包括临时限速接收模块、车站联锁信息接收模块、列车位置报告接收模块和行车许可生成模块；其中，所述临时限速接收模块，用于接收地面调度中心发送的临时限速信息；所述车站联锁信息接收模块，用于接收车站联锁发送的进路信息；所述列车位置报告接收模块，用于接收所述车载设备发送的列车位置报告；所述行车许可生成模块，用于根据所述临时限速接收模块、车站联锁信息接收模块、列车位置报告接收模块接收的信息，生成行车许可信息，并通过通信接口服务器发送给所述车载设备。

进一步，所述无线通信单元包括卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块以及通信管理模块；所述卫星通信模块，用于卫星通信；所述公共蜂窝通信模块，用于公共蜂窝通信；所述通信管理模块分别与卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块连接，用来指定某一种或某几种信号强度较好的通信模块建立通信通道。

进一步，所述无线通信单元还包括无线通信专网模块，用于无线专网通信；所述通信管理模块分别与无线通信专网模块、卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块连接，用来指定某一种或某几种信号强度较好的通信模块建立通信通道。

进一步，所述通信接口服务器还包括通信控制器，用于根据无线通信单元发送的位置报告，解析出列车车次号及当前使用的通信通道，并指定该通信通道将行车许可发送给无线通信单元。

由上可见，本发明利用卫星通信和公共蜂窝通信相结合的方式实现了车载设备和地面设备之间的稳定可靠的不间断的互相通信，大大降低了车地无线通信网络建设成本，实现列车运行自动控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明提供的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统总体结构示意图；

图2为本发明实施例5提供的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统结构示意图；

图3为本发明实施例6提供的无线通信单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图1为本实施例基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统总体结构示意图。

如图1所示，本发明基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，包括车载设备1和地面设备2；所述车载设备1，包括无线通信单元3，用于通过卫星通信和公共蜂窝通信网络与地面设备2之间进行信息传输；所述地面设备2，包括通信接口服务器4，用于接收无线通信单元3发来的位置报告，并将地面设备2生成的行车许可和临时限速信息发送给车载设备1；所述车载设备1的无线通信单元3与地面设备2的通信接口服务器4一起配合实现了车载设备1与地面设备2之间的无线传输。

实施例2：

如图1所示，作为实施例1的一种优选方案，车载设备1还包括车载安全计算机11、定位单元12、列车完整性监视单元13、列车接口单元14、应答器单元15、轨道电路读取单元16、司法记录器17、人机交互装置18。其中，

车载安全计算机11，生成列车位置报告并通过无线通信单元3发送给所述地面设备2；同时还接收所述地面设备2发来的行车许可、线路参数、临时限速等信息并进行处理，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车运行；

所述定位单元12，用于获取当前列车的位置、速度、里程等信息，并发送给所述车载安全计算机；

所述列车完整性监视单元13，用于监视列车运行途中完整性；

所述列车接口单元14，用于与列车制动接口，控制列车运行速度；

所述应答器单元15，用于读取轨道上的应答器信息，并发送给车载安全计算机11；

所述轨道电路读取单元16，用于读取轨道上的轨道电路信息，并发送给车载安全计算机11；

所述司法记录器17，用于记录列车运行中的各项信息，并生成列车行驶日志；具体地，司法记录器JRU用来记录列车运行中，车载设备1采集的原始信息、车载设备1输出的控制信息、以及相关日志；

所述人机交互装置18，用于与机车司机进行人机交互，为机车司机提供驾驶过程的参考信息；具体地，人机交互装置DMI安装在机车司机操作和观察的位置，为机车司机提供驾驶过程的参考信息，显示的内容主要包括警示信息、速度信息、设备状态信息、距离信息和报警信息；

所述车载安全计算机11分别与定位单元12、列车完整性监视单元13、列车接口单元14、应答器单元15、轨道电路读取单元16、司法记录器17、人机交互装置18、无线通信单元3连接。

实施例3：

作为实施例2的一种优选方案，定位单元12采用卫星定位系统，包括GPS、北斗、Glonass、Galileo等系统中的一种或多种，并结合车轮速度传感器或者惯性传感器，以及轨道电子地图，获取列车位置、速度。

实施例4：

如图1所示，作为上述实施例的一种优选方案，地面设备2还包括无线闭塞中心21、车站联锁23、差分基站22；

所述无线闭塞中心21，用于获取联锁进路、临时限速等信息，并结合所述车载设备1发送的列车位置报告生成行车许可，并将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给所述车载设备1；

所述车站联锁23，用于控制车站内的进路；

所述差分基站22，用于为车载设备1提供差分基准信息。此时，车载设备的定位单元12还包括GNSS接收机，差分基站22用来向车载设备1的GNSS接收机发送差分修正信息，以修正误差求解更加精确的坐标。

所述无线闭塞中心21、差分基站22、车站联锁22互相之间采用有线传输网络连接至通信接口服务器4；

所述通信接口服务器4，用于接收车载设备1发来的位置报告，并将无线闭塞中心21生成的行车许可和临时限速转发给车载设备1。

实施例5：

如图2所示，作为实施例4的一种优选方案，所述无线闭塞中心21包括临时限速接收模块211、车站联锁信息接收模块212、列车位置报告接收模块213和行车许可生成模块214；其中，

所述临时限速接收模块211，用于接收地面调度中心发送的临时限速信息；

所述车站联锁信息接收模块212，用于接收车站联锁22发送的进路信息；

所述列车位置报告接收模块213，用于接收所述车载设备1通过无线通信单元3发送的列车位置报告；

所述行车许可生成模块214，用于根据所述临时限速接收模块211、车站联锁信息接收模块212、列车位置报告接收模块213接收的信息，生成行车许可信息，并通过通信接口服务器4发送给车载设备1。

具体地，无线闭塞中心21根据车载设备1通过无线通信单元3和地面其他系统(调度中心、车站联锁)提供的列车状态、临时限速命令、联锁进路状态等信息，产生针对所控列车的行车许可及线路描述、临时限速等控制信息，通过无线通信单元3传输给车载设备1；同时，无线闭塞中心21还通过无线通信单元3接收车载设备1的消息，对车载设备1发送的请求信息进行响应，接收列车数据、位置报告、确认信息作为逻辑处理的依据。

实施例6：

图3为本实施例基于卫星通信和公共蜂窝通信的无线通信单元结构示意图。

如图3所示，作为上述实施例的一种优选方案，无线通信单元3包括卫星通信模块31和若干公共蜂窝通信模块32以及通信管理模块33；

卫星通信模块31，用于卫星通信；

公共蜂窝通信模块32，用于公共蜂窝通信；

通信管理模块33分别与卫星通信模块31和若干公共蜂窝通信模块32连接，用来指定某一种或某几种信号强度较好的通信模块建立通信通道。

需要说明的是，通信管理模块33会根据系统需要进行各个通信模块之间的切换，具体为：在有公共蜂窝网络覆盖的区域优先选择信号强度最高的公共蜂窝通信模块进行信息传输，例如在某段区域内移动、联通和电信均有覆盖，且电信的信号最强，那么这段区域内的车地信息使用电信的通信模块传输；而在无蜂窝网络覆盖的区域，使用卫星通信模块进行车地通信。

实施例7：

如图3所示，作为实施例6的一种优选方案，无线通信单元3还包括无线通信专网模块34，用于无线专网通信，比如GSM-R接口。无线通信专网模块34与通信管理模块33连接。

特别需要说明的是，车载设备1和地面设备2的通信可以是通过卫星通信和公共蜂窝网络各自独立实现，地面设备2之间的通信以及地面设备和地面其他系统之间的通信也可以通过有线网实现。此外，也可将这两种网络和无线通信专网共同使用实现业务分担，即不同的网络传输不同的信息，具体为：对数据量比较大的信息(例如差分信息)，通过卫星通信或蜂窝通信发送给车载设备，而对数据量较小的信息(例如列车位置报告)，用专网进行传输，这样既减轻了专网的负荷，又降低了整个链路的通信延时，对列车控制系统具有积极意义。

实施例8：

作为实施例6、7的一种优选方案，地面设备2还包括通信控制器，用来根据接收到的车载设备1发送的位置报告，解析出列车车次号及当前使用的通信通道，然后指定该信道将行车许可传输给车载设备1。

由上可见，本发明利用卫星通信和公共蜂窝通信相结合的方式实现了车载设备和地面设备之间的稳定可靠的不间断的互相通信，大大降低了车地无线通信网络建设成本，实现列车运行自动控制。

特别强调的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，包括车载设备和地面设备，其特征在于，所述车载设备包括无线通信单元；所述地面设备包括通信接口服务器；所述无线通信单元，用于通过卫星通信和公共蜂窝通信网络与所述通信接口服务器之间进行信息传输；所述通信接口服务器，用于接收无线通信单元发来的位置报告，并将地面设备生成的行车许可和临时限速信息发送给无线通信单元。

2.根据权利要求1所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述车载设备还包括车载安全计算机、定位单元、列车完整性监视单元、列车接口单元、应答器单元、轨道电路读取单元、司法记录器、人机交互装置；

所述车载安全计算机，用于接收列车的原始定位数据并生成列车位置报告，通过无线通信单元发送给所述地面设备；同时还接收所述地面设备发来的行车许可、线路参数、临时限速等信息并进行处理，按照目标距离连续速度控制模式生成动态速度曲线，监控列车运行；

所述定位单元，用于获取当前列车的位置、速度、里程等信息，并发送给所述车载安全计算机；

所述列车完整性监视单元，用于监视列车运行途中完整性；

所述列车接口单元，用于与列车制动接口，控制列车运行速度；

所述应答器单元，用于读取轨道上的应答器信息，并发送给车载安全计算机；

所述轨道电路读取单元，用于读取轨道上的轨道电路信息，并发送给车载安全计算机；

所述司法记录器，用于记录列车运行中的各项信息，并生成列车行驶日志；

所述人机交互装置，用于与机车司机进行人机交互，为机车司机提供驾驶过程的参考信息；

所述车载安全计算机分别与定位单元、列车完整性监视单元、列车接口单元、应答器单元、轨道电路读取单元、司法记录器、人机交互装置、无线通信单元连接。

3.根据权利要求1所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述定位单元采用卫星定位系统，包括GPS、北斗、Glonass、Galileo。

4.根据权利要求1所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述地面设备还包括无线闭塞中心、车站联锁、差分基站；

所述无线闭塞中心，用于获取联锁进路、临时限速等信息，并结合所述车载设备发送的列车位置报告生成行车许可，并将行车许可、线路参数、临时限速等信息传输给所述车载设备；

所述车站联锁，用于控制车站内的进路；

所述差分基站，用于为所述车载设备提供差分基准信息；

所述无线闭塞中心、差分基站、车站联锁互相之间采用有线传输网络连接至通信接口服务器；

所述通信接口服务器与无线闭塞中心连接，所述无线闭塞中心分别与车站联锁、差分基站连接。

5.根据权利要求4所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述无线闭塞中心包括临时限速接收模块、车站联锁信息接收模块、列车位置报告接收模块和行车许可生成模块；其中，

所述临时限速接收模块，用于接收地面调度中心发送的临时限速信息；

所述车站联锁信息接收模块，用于接收车站联锁发送的进路信息；

所述列车位置报告接收模块，用于接收所述车载设备发送的列车位置报告；

所述行车许可生成模块，用于根据所述临时限速接收模块、车站联锁信息接收模块、列车位置报告接收模块接收的信息，生成行车许可信息，并通过通信接口服务器发送给所述车载设备。

6.根据权利要求1所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述无线通信单元包括卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块以及通信管理模块；

所述卫星通信模块，用于卫星通信；

所述公共蜂窝通信模块，用于公共蜂窝通信；

所述通信管理模块分别与卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块连接，用来指定某一种或某几种信号强度较好的通信模块建立通信通道。

7.根据权利要求6所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述无线通信单元还包括无线通信专网模块，用于无线专网通信；所述通信管理模块分别与无线通信专网模块、卫星通信模块和若干公共蜂窝通信模块连接，用来指定某一种或某几种信号强度较好的通信模块建立通信通道。

8.根据权利要求6或7所述的基于卫星通信和公共蜂窝通信的列车控制系统，其特征在于，所述通信接口服务器还包括通信控制器，用于根据无线通信单元发送的位置报告，解析出列车车次号及当前使用的通信通道，并指定该通信通道将行车许可发送给无线通信单元。