本發(fā)明屬于鐵路信號(hào)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

列車控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制列車在線路上的運(yùn)行，通常采用時(shí)間分隔或者空間分隔等方法來確保列車彼此之間保持固定或者可變的間隔，實(shí)現(xiàn)列車的啟動(dòng)、追蹤運(yùn)行和到站停車，避免碰撞等事故的發(fā)生。在上述控制中，列車需要獲取行車的授權(quán)，列車控制系統(tǒng)需要掌握列車的位置等狀態(tài)信息。

現(xiàn)有技術(shù)中列車控制系統(tǒng)主要有如下幾種方式：

1、由地面控制系統(tǒng)通過軌道空閑監(jiān)測(cè)設(shè)備(如軌道電路、計(jì)軸)等設(shè)備將線路分隔為一個(gè)個(gè)軌道區(qū)段，探測(cè)軌道區(qū)段上的是否存在列車占用從而確定列車的位置，在保留必要的保護(hù)區(qū)段后，由信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器、或者軌道電路本身，以軌道區(qū)段為單位，傳遞授權(quán)指令(如空閑區(qū)段數(shù)量、速度、允許進(jìn)入或停車等)，來分隔列車，達(dá)到控制列車運(yùn)行的目的；

2、由地面控制系統(tǒng)根據(jù)列車測(cè)速測(cè)距系統(tǒng)完成的定位，以及列車自主完成的或地面設(shè)備配合完成的列車完整性檢查，通過沿軌道部署的車地通信系統(tǒng)，如wifi網(wǎng)絡(luò)、gsm-r網(wǎng)絡(luò)、lte-m網(wǎng)絡(luò)、漏纜、波導(dǎo)管、tetra等，周期性傳送列車位置信息到地面控制系統(tǒng)，地面控制系統(tǒng)根據(jù)列車位置信息和軌旁狀態(tài)，計(jì)算出授權(quán)指令(如移動(dòng)授權(quán)、目標(biāo)點(diǎn)、速度等)，再由車地通信系統(tǒng)周期性返回給列車，列車依據(jù)上述指令來實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)行；

然而，對(duì)于上述方式1，主要以軌道區(qū)段的物理分隔作為列車控制系統(tǒng)定位和控制的基礎(chǔ)單元，雖然成本較低，但是軌旁設(shè)備數(shù)量巨大、維護(hù)困難，且控制顆粒度較粗。一旦要求更高的行車密度，系統(tǒng)即便在加大成本投入，縮短軌道區(qū)段間隔，由于通信速度較低，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，也難以滿足列車控制系統(tǒng)需求；

對(duì)于上述方式2，典型的如ctcs3系統(tǒng)，仍然無法擺脫對(duì)軌道電路物理分隔區(qū)段的依賴；即使在使用移動(dòng)閉塞或者虛擬閉塞方式的系統(tǒng)，典型的如城市軌道交通的cbtc系統(tǒng)，可以大幅減少軌道區(qū)段的分隔數(shù)量，但是部分也還是保留計(jì)軸作為后備降級(jí)的應(yīng)對(duì)手段。但對(duì)于方式2的車地通信方式，不論是固定閉塞、虛擬閉塞還是移動(dòng)閉塞，都需要沿線架設(shè)大量的通信基礎(chǔ)設(shè)施(如通信基站、無線接入點(diǎn)、漏纜、波導(dǎo)管等)，投資較高，維護(hù)困難，且網(wǎng)絡(luò)易受干擾，額外的多重網(wǎng)絡(luò)冗余進(jìn)一步增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。

鑒于上述情況，本發(fā)明提出了一種新型解決方案，以車載設(shè)備為主體，通過北斗短報(bào)文通信與車車通信相結(jié)合，在不需要大量部署軌旁空閑檢測(cè)設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的靈活控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過衛(wèi)星的短報(bào)文技術(shù)和無線通信技術(shù)，在列車與列車之間、列車與地面之間建立通信連續(xù)，不需要沿軌道部署通信基礎(chǔ)設(shè)施(如無線接入點(diǎn)、通信基站、漏泄電纜等)解決車地狀態(tài)的傳輸和列車控制指令的交互，本發(fā)明的列車控制系統(tǒng)，既可以通過地面控制設(shè)備完整對(duì)列車的控制，也可以由車載設(shè)備獨(dú)立完成列車的運(yùn)行控制(如列車追蹤等)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一方面，本發(fā)明提供一種基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)，所述第一列車車載控制裝置包括第一安全平臺(tái)、第一定位系統(tǒng)、第一完整性檢查系統(tǒng)、第一短報(bào)文裝置和第一無線通信裝置；

所述第二列車車載控制裝置包括第二安全平臺(tái)、第二定位系統(tǒng)、第二完整性檢查系統(tǒng)、第二短報(bào)文裝置和第二無線通信裝置；

所述第一安全平臺(tái)分別與所述第一定位系統(tǒng)、第一完整性檢查系統(tǒng)、第一短報(bào)文裝置、第一無線通信裝置進(jìn)行通信連接；所述第二安全平臺(tái)分別與所述第二定位系統(tǒng)、第二完整性檢查系統(tǒng)、第二短報(bào)文裝置、第二無線通信裝置進(jìn)行通信連接；所述第一安全平臺(tái)包括第一cpu，所述第二安全平臺(tái)包括第二cpu。

其中，所述第一安全平臺(tái)可以具有2個(gè)或更多個(gè)第一cpu，例如二取二系統(tǒng)、三取二系統(tǒng)；所述第二安全平臺(tái)可以具有2個(gè)或更多個(gè)第二cpu，例如二取二系統(tǒng)、三取二系統(tǒng)。所述第一無線通信裝置和所述第二無線通信裝置均具有相應(yīng)的無線通信天線，所述第一短報(bào)文裝置和所述第二短報(bào)文裝置均具有相應(yīng)的短報(bào)文天線。

所述第一安全平臺(tái)具有第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和/或第一列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(列車自動(dòng)防護(hù)即atp，列車自動(dòng)駕駛即ato)，所述第二安全平臺(tái)具有第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和/或第二列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(列車自動(dòng)防護(hù)即atp，列車自動(dòng)駕駛即ato)。

進(jìn)一步地，所述第一定位系統(tǒng)和所述第二定位系統(tǒng)即構(gòu)成列車定位系統(tǒng)，列車定位系統(tǒng)優(yōu)選地具有以下結(jié)構(gòu)：所述第一定位系統(tǒng)包括第三短報(bào)文裝置、第三cpu、第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、第三慣性導(dǎo)航裝置和第三無線電裝置，所述第三cpu分別與所述第三短報(bào)文裝置、所述第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、所述第三慣性導(dǎo)航裝置、所述第三無線電裝置進(jìn)行通信連接；所述第二定位系統(tǒng)包括第四短報(bào)文裝置、第四cpu、第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、第四慣性導(dǎo)航裝置和第四無線電裝置，所述第四cpu分別與所述第四短報(bào)文裝置、所述第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、所述第四慣性導(dǎo)航裝置、所述第四無線電裝置進(jìn)行通信連接。

其中，所述第三cpu和所述第四cpu可以分別包括多個(gè)cpu單元，相應(yīng)的，所述第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以分別包括多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航單元，所述第三慣性導(dǎo)航裝置和所述第四慣性導(dǎo)航裝置可以分別包括多個(gè)慣性導(dǎo)航單元。所述第三和第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以具有相應(yīng)的衛(wèi)星天線。所述第三短報(bào)文裝置和所述第四短報(bào)文裝置可以分別具有相應(yīng)的衛(wèi)星短報(bào)文天線，所述第三無線電裝置和所述第四無線電裝置可以分別具有相應(yīng)的無線偵聽天線。所述無線電信號(hào)特征可以是頻率、場(chǎng)強(qiáng)和/或基站的識(shí)別號(hào)等。

進(jìn)一步地，所述第三無線電裝置和所述第四無線電裝置用于采集列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征；所述第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置用于采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；所述第三cpu和所述第四cpu用于根據(jù)所述列車兩端的位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算出列車位置；所述第三慣性導(dǎo)航裝置和所述第四慣性導(dǎo)航裝置用于采集列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，用來提高列車定位系統(tǒng)的定位精度。

進(jìn)一步地，所述第三cpu和所述第四cpu用于提取所述列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征，形成區(qū)域的無線電信號(hào)指紋，存入列車地面控制系統(tǒng)的鐵路沿線無線電指紋數(shù)據(jù)庫。

其中，可通過列車多次反復(fù)運(yùn)行，不斷擴(kuò)大和更新所述無線電指紋數(shù)據(jù)庫。

進(jìn)一步地，在將區(qū)域的無線電信號(hào)指紋存入列車地面控制系統(tǒng)的鐵路沿線無線電指紋數(shù)據(jù)庫時(shí)，同時(shí)存入該指紋的時(shí)間戳。

進(jìn)一步地，第三cpu發(fā)送控制指令到第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第三慣性導(dǎo)航裝置，接收第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第三慣性導(dǎo)航裝置的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第四cpu發(fā)送控制指令到第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第四慣性導(dǎo)航裝置，接收第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第四慣性導(dǎo)航裝置的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第三cpu和第四cpu還分別控制第三無線電裝置和第四無線電裝置，實(shí)時(shí)收集鐵路沿線的所述無線電信號(hào)特征。第三cpu和第四cpu還分別控制第三短報(bào)文裝置和第四短報(bào)文裝置，接收和發(fā)送衛(wèi)星短報(bào)文。

其中，所述列車定位系統(tǒng)也可以是現(xiàn)有技術(shù)中或其他可能結(jié)構(gòu)的列車定位系統(tǒng)，例如其他車載式列車定位系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述第一完整性檢查系統(tǒng)和所述第二完整性檢查系統(tǒng)即構(gòu)成列車完整性檢查系統(tǒng)，列車完整性檢查系統(tǒng)優(yōu)選地具有以下結(jié)構(gòu)：所述第一完整性檢查系統(tǒng)包括第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置、第五cpu、第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、第五慣性導(dǎo)航裝置和第五無線通信裝置；所述第五cpu分別與所述第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置、所述第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、所述第五慣性導(dǎo)航裝置、所述第五無線通信裝置進(jìn)行通信連接；所述第二完整性檢查系統(tǒng)包括第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置、第六cpu、第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、第六慣性導(dǎo)航裝置和第六無線通信裝置；所述第六cpu分別與所述第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置、所述第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、所述第六慣性導(dǎo)航裝置、所述第六無線通信裝置進(jìn)行通信連接。

其中，所述第五cpu和所述第六cpu可以分別包括多個(gè)cpu單元，相應(yīng)的，所述第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以分別包括多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航單元，所述第五慣性導(dǎo)航裝置和所述第六慣性導(dǎo)航裝置可以分別包括多個(gè)慣性導(dǎo)航單元。所述第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以具有相應(yīng)的衛(wèi)星天線。所述第五和第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置可以具有相應(yīng)的gsm/lte天線。所述第五和第六無線通信裝置可以具有相應(yīng)的無線通信天線。

進(jìn)一步地，所述第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置用于采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；所述第五慣性導(dǎo)航裝置和所述第六慣性導(dǎo)航裝置用于采集列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)；所述第五無線通信裝置和所述第六無線通信裝置用于將所述列車兩端的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行交互；所述第五無線通信裝置和所述第六無線通信裝置還用于將所述列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。

進(jìn)一步地，所述第五cpu和所述第六cpu用于將所述列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和/或位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運(yùn)算，獲取列車長度數(shù)據(jù)；所述第五cpu和所述第六cpu將獲取的所述列車長度數(shù)據(jù)通過所述第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置和所述第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置分別傳送給所述第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和所述第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，第五cpu發(fā)送控制指令到第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第五慣性導(dǎo)航裝置，獲取第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第五慣性導(dǎo)航裝置的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第六cpu發(fā)送控制指令到第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第六慣性導(dǎo)航裝置，獲取第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和/或第六慣性導(dǎo)航裝置的數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、速度、航向和/或加速度、角速度等)；第五cpu和第六cpu還分別控制第五無線通信裝置和第六無線通信裝置的收發(fā)。上述第五和第六cpu還可以控制上述第五和第六慣性導(dǎo)航裝置傳送慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)給上述第五和第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置。第五無線通信裝置和第六無線通信裝置為車頭車尾建立通信鏈路。上述第五和第六cpu還可接收所述第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和所述第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)發(fā)送的速度信息、差分信息及安全時(shí)鐘信息等，同時(shí)將列車長度信息、速度信息、頭尾位置信息和完整性信息等發(fā)送給所述第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和所述第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

其中，所述列車完整性檢查系統(tǒng)也可以是現(xiàn)有技術(shù)中或其他可能結(jié)構(gòu)的列車完整性檢查系統(tǒng)，例如其他車載式列車完整性檢查系統(tǒng)。

另一方面，本發(fā)明還提供基于上述列車控制系統(tǒng)進(jìn)行列車控制的方法，包括以下步驟：

1)通過所述第一定位系統(tǒng)和所述第二定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集列車的定位信息；通過所述第一完整性檢查系統(tǒng)和所述第二完整性檢查系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取列車的長度信息；所述第一安全平臺(tái)和所述第二安全平臺(tái)獲取當(dāng)前列車的列車定位信息和列車長度信息；

2)將所述列車的定位信息和所述列車的長度信息通過所述第一短報(bào)文裝置和所述第二短報(bào)文裝置經(jīng)由衛(wèi)星傳送給相鄰車輛，和/或?qū)⑺隽熊嚨亩ㄎ恍畔⒑退隽熊嚨拈L度信息通過所述第一無線通信裝置和所述第二無線通信裝置傳送給相鄰車輛；

3)所述第一安全平臺(tái)和所述第二安全平臺(tái)通過所述第一短報(bào)文裝置和所述第二短報(bào)文裝置接收相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息，和/或所述第一安全平臺(tái)和所述第二安全平臺(tái)通過所述第一無線通信裝置和所述第二無線通信裝置接收相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息；

4)所述第一安全平臺(tái)和所述第二安全平臺(tái)根據(jù)“相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息”和“當(dāng)前列車的列車定位信息和列車長度信息”計(jì)算出當(dāng)前列車的移動(dòng)授權(quán)。

進(jìn)一步地，上述方法還包括以下步驟，

5)列車地面控制系統(tǒng)通過自身的短報(bào)文天線接收來自衛(wèi)星的所述列車的定位信息和所述列車的長度信息，從而對(duì)列車進(jìn)行控制。

其中，所述相鄰列車可以是當(dāng)前列車前方的一輛或幾輛列車，也可以是當(dāng)前列車后方的一輛或幾輛列車。

其中，所述列車定位系統(tǒng)通過以下方法對(duì)列車進(jìn)行定位，包括：

a)所述第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置實(shí)時(shí)采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；所述第三無線電裝置和所述第四無線電裝置用于采集列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征；

b)所述第三cpu和所述第四cpu根據(jù)所述列車兩端的位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算出列車位置；所述第三cpu和所述第四cpu提取所述列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征，形成區(qū)域的無線電信號(hào)指紋，存入列車地面控制系統(tǒng)的鐵路沿線無線電指紋數(shù)據(jù)庫；

c)根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)獲取列車位置；根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的無線電信號(hào)特征，向所述無線電指紋數(shù)據(jù)庫進(jìn)行索引，獲得對(duì)應(yīng)的列車位置。

進(jìn)一步地，還包括以下步驟，

d)通過衛(wèi)星短報(bào)文通信，將步驟c)獲取的列車位置信息傳送給所述列車地面控制系統(tǒng)；

e)如果根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)解算的列車位置與實(shí)時(shí)采集到的無線電信號(hào)索引的列車位置不同，在鑒別后選擇是否丟棄。

其中，所述列車完整性檢查系統(tǒng)通過以下方法對(duì)列車完整性進(jìn)行檢查，包括：

a)所述第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和所述第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置實(shí)時(shí)采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；所述第五慣性導(dǎo)航裝置和所述第六慣性導(dǎo)航裝置實(shí)時(shí)采集列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)；

b)所述第五無線通信裝置和所述第六無線通信裝置用于將所述列車兩端的位置數(shù)據(jù)和/或慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互；

c)所述第五cpu和所述第六cpu用于將所述列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和/或位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運(yùn)算，獲取列車長度數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)列車的完整性狀態(tài)。

進(jìn)一步地，還包括以下步驟，

d)所述第五cpu和所述第六cpu將獲取的所述列車長度數(shù)據(jù)和/或所述完整性狀態(tài)分別傳送給所述第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和所述第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)；

e)所述第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和所述第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)將所述列車長度數(shù)據(jù)和/或所述完整性狀態(tài)傳遞給軌旁控制裝置，用于列車運(yùn)行控制。

其中，上述“第一”、“第二”僅是為了標(biāo)識(shí)，并不意圖限定部件的結(jié)構(gòu)，也并非對(duì)各部件的排序。上述“列車”的類型可以例如是普通列車、動(dòng)車、高鐵、城市軌道車輛等軌道編組車輛。上述“衛(wèi)星”可以是具有定位和短報(bào)文通信功能的各種衛(wèi)星系統(tǒng)。對(duì)于短報(bào)文通信，可以是衛(wèi)星通信等不需要軌旁基礎(chǔ)設(shè)施的星基通信網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明的有益效果：

1、同時(shí)采用北斗短報(bào)文和車車無線通信系統(tǒng)進(jìn)行列車狀態(tài)信息和列車移動(dòng)授權(quán)的傳遞，確保了在不同密度情況下對(duì)通信的不同需求(頻次、間隔、數(shù)據(jù)量等)；高密度短間隔時(shí)，車車無線通信作為主體；低密度長間隔時(shí)，北斗短報(bào)文通信作為補(bǔ)充；

2、設(shè)置了地面控制系統(tǒng)，可同時(shí)作為路由調(diào)度中心和移動(dòng)授權(quán)計(jì)算中心。一方面可以在單一通信失效時(shí)通過打通短報(bào)文通信和車車無線通信產(chǎn)生迂回路由實(shí)現(xiàn)冗余的通信鏈路；另一方面也可以作為統(tǒng)一的調(diào)度中心和控制中心，計(jì)算全線列車的移動(dòng)授權(quán)，滿足一體化調(diào)度的需求；

3、列車定位和完整性檢查以列車為主體實(shí)現(xiàn)，不由軌旁系統(tǒng)完成；

4、系統(tǒng)既可以按照移動(dòng)閉塞的方式，實(shí)現(xiàn)列車追蹤，也可以配置成物理區(qū)段或者邏輯區(qū)段的位置占用方式，實(shí)現(xiàn)兼容現(xiàn)有固定閉塞方式的列車控制系統(tǒng)。

本發(fā)明以車載設(shè)備為主體，通過北斗短報(bào)文通信與車車通信相結(jié)合，在不需要大量部署軌旁空閑檢測(cè)設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的靈活控制。一方面在保留充分備用系統(tǒng)的同時(shí)，大幅減少了軌旁設(shè)備，既降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)提升了系統(tǒng)可靠性，減少了維修工作量；另一方面，可以根據(jù)不同線路情況靈活配置，最大情況下滿足不同標(biāo)準(zhǔn)下的列車控制系統(tǒng)的兼容性要求。

附圖說明

圖1本發(fā)明的一種實(shí)施方式的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明的一種實(shí)施方式的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)的通信鏈路示意圖。

圖3本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)中的一種實(shí)施方式的列車定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)中的另一種實(shí)施方式的列車定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)中的一種實(shí)施方式的列車完整性檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)中的另一種實(shí)施方式的列車完整性檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-6對(duì)本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)及控制方法做詳細(xì)說明。

如圖1-6所示，基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)，包括：第一列車車載控制裝置和第二列車車載控制裝置；第一列車車載控制裝置包括第一安全平臺(tái)110、第一定位系統(tǒng)120、第一完整性檢查系統(tǒng)150、第一短報(bào)文裝置170和第一無線通信裝置130；

第二列車車載控制裝置包括第二安全平臺(tái)110、第二定位系統(tǒng)120、第二完整性檢查系統(tǒng)150、第二短報(bào)文裝置170和第二無線通信裝置130；

第一安全平臺(tái)110分別與第一定位系統(tǒng)120、第一完整性檢查系統(tǒng)150、第一短報(bào)文裝置170、第一無線通信裝置130進(jìn)行通信連接；第二安全平臺(tái)110分別與第二定位系統(tǒng)120、第二完整性檢查系統(tǒng)150、第二短報(bào)文裝置170、第二無線通信裝置130進(jìn)行通信連接；第一安全平臺(tái)110包括第一cpu，第二安全平臺(tái)110包括第二cpu；第一安全平臺(tái)具有第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，第二安全平臺(tái)具有第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

第一定位系統(tǒng)120包括第三短報(bào)文裝置270、第三cpu210、第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230、第三慣性導(dǎo)航裝置220和第三無線電裝置250，第三cpu210分別與第三短報(bào)文裝置270、第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230、第三慣性導(dǎo)航裝置220、第三無線電裝置250進(jìn)行通信連接；

第二定位系統(tǒng)120包括第四短報(bào)文裝置270、第四cpu210、第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230、第四慣性導(dǎo)航裝置220和第四無線電裝置250，第四cpu210分別與第四短報(bào)文裝置270、第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230、第四慣性導(dǎo)航裝置220、第四無線電裝置250進(jìn)行通信連接。

第一完整性檢查系統(tǒng)150包括第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置370、第五cpu310、第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330、第五慣性導(dǎo)航裝置320和第五無線通信裝置350；第五cpu310分別與第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置370、第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330、第五慣性導(dǎo)航裝置320、第五無線通信裝置350進(jìn)行通信連接；

第二完整性檢查系統(tǒng)150包括第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置370、第六cpu310、第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330、第六慣性導(dǎo)航裝置320和第六無線通信裝置350；第六cpu310分別與第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置370、第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330、第六慣性導(dǎo)航裝置320、第六無線通信裝置350進(jìn)行通信連接。

第三無線電裝置250和第四無線電裝置250用于采集列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征；

第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230和第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置230用于采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；

第三cpu210和第四cpu210用于根據(jù)列車兩端的位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解算出列車位置。

第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330和第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置330用于采集列車兩端的位置數(shù)據(jù)；

第五慣性導(dǎo)航裝置320和第六慣性導(dǎo)航裝置320用于采集列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)；

第五無線通信裝置350和第六無線通信裝置350用于將列車兩端的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行交互；第五無線通信裝置350和第六無線通信裝置350還用于將列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。

第三慣性導(dǎo)航裝置220和第四慣性導(dǎo)航裝置220用于采集列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)。

第五cpu和所述第六cpu用于將列車兩端的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和/或位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運(yùn)算，獲取列車長度數(shù)據(jù)；第五cpu和第六cpu將獲取的列車長度數(shù)據(jù)通過第五列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置和第六列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)接口裝置分別傳送給第一列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和第二列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。

第三cpu210和第四cpu210用于提取列車兩端當(dāng)前位置的無線電信號(hào)特征，形成區(qū)域的無線電信號(hào)指紋，存入列車地面控制系統(tǒng)90的鐵路沿線無線電指紋數(shù)據(jù)庫。

在將區(qū)域的無線電信號(hào)指紋存入列車地面控制系統(tǒng)90的鐵路沿線無線電指紋數(shù)據(jù)庫時(shí)，同時(shí)存入該指紋的時(shí)間戳。

圖4示出了另一種實(shí)施方式的列車定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，第三cpu210和第四cpu210分別包括cpu單元211和cpu單元212(第三cpu210和第四cpu210可以分別包括多組“cpu單元211和cpu單元212”)，第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置分別包括衛(wèi)星導(dǎo)航單元231和衛(wèi)星導(dǎo)航單元232(第三衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和第四衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以分別包括多組“衛(wèi)星導(dǎo)航單元231和衛(wèi)星導(dǎo)航單元232”)，第三慣性導(dǎo)航裝置和第四慣性導(dǎo)航裝置分別包括慣性導(dǎo)航單元221和慣性導(dǎo)航單元222(第三慣性導(dǎo)航裝置和第四慣性導(dǎo)航裝置可以分別包括多組“慣性導(dǎo)航單元221和慣性導(dǎo)航單元222”)。每個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航單元均具有相應(yīng)的衛(wèi)星天線241、242。cpu單元211和cpu單元212均單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，兩者會(huì)將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來決定是否采用上述計(jì)算結(jié)果和/或切換到另一組“cpu單元211和cpu單元212”和/或“將列車定位系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位重啟”。在衛(wèi)星信號(hào)良好時(shí)，可以優(yōu)先根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行列車位置解算；在衛(wèi)星信號(hào)不良時(shí)，可以優(yōu)先依據(jù)實(shí)時(shí)采集到的無線電指紋特征索引，獲得對(duì)應(yīng)的列車位置。通過北斗短報(bào)文通信，將列車位置信息傳送給列車地面控制系統(tǒng)90。

圖6示出了另一種實(shí)施方式的列車完整性檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，第五cpu310和第六cpu310分別包括cpu單元311和cpu單元312(第五cpu310和第六cpu310可以分別包括多組“cpu單元311和cpu單元312”)，第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置分別包括衛(wèi)星導(dǎo)航單元331和衛(wèi)星導(dǎo)航單元332(第五衛(wèi)星導(dǎo)航裝置和第六衛(wèi)星導(dǎo)航裝置可以分別包括多組“衛(wèi)星導(dǎo)航單元331和衛(wèi)星導(dǎo)航單元332”)，第五慣性導(dǎo)航裝置和第六慣性導(dǎo)航裝置分別包括慣性導(dǎo)航單元321和慣性導(dǎo)航單元322(第五慣性導(dǎo)航裝置和第六慣性導(dǎo)航裝置可以分別包括多組“慣性導(dǎo)航單元321和慣性導(dǎo)航單元322”)。每個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航單元均具有相應(yīng)的衛(wèi)星天線341、342。cpu單元311和cpu單元312均單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，兩者會(huì)將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來決定是否采用上述計(jì)算結(jié)果和/或切換到另一組“cpu單元311和cpu單元312”和/或“將列車完整性檢查系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位重啟”。在衛(wèi)星信號(hào)存在的情況下，可以通過衛(wèi)星導(dǎo)航裝置獲取列車頭部和尾部的位置，通過運(yùn)算后，可以獲得列車長度，通過持續(xù)跟蹤長度變化，可以獲得列車的完整性狀態(tài)。一旦長度變化超過數(shù)量和次數(shù)的閾值，則產(chǎn)生完整性丟失報(bào)警，傳送給atp。為了獲得較好的衛(wèi)星定位精度，在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下，會(huì)采取單個(gè)星座或者多個(gè)星座(如gps、北斗、glonass、伽利略等)的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，以及慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合的方法來提升性能。在必要時(shí)，還可以從atp獲取列車速度信息以及衛(wèi)星差分信息，用于輔助列車位置計(jì)算。在衛(wèi)星信號(hào)不良，衛(wèi)星導(dǎo)航裝置無法獲取數(shù)據(jù)的情況下，通過獲取列車頭部和尾部的慣性導(dǎo)航裝置的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)(如加速度、角速度、磁偏角等)，持續(xù)跟蹤列車兩端的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡，從而確定列車的完整性狀態(tài)。一旦兩端的狀態(tài)在數(shù)值和時(shí)間軸對(duì)比上產(chǎn)生明顯變化(如加速度變化差異較大、運(yùn)動(dòng)軌跡重合差異較大等)，則產(chǎn)生完整性丟失報(bào)警，傳送給atp。

上述慣性導(dǎo)航裝置，可以是加速度計(jì)、角速度計(jì)、電子羅盤中的一種或者多種。慣導(dǎo)數(shù)據(jù)例如可以是加速度、角速度、磁偏角等。

當(dāng)使用本發(fā)明的基于北斗短報(bào)文和車車通信的列車控制系統(tǒng)對(duì)列車進(jìn)行控制時(shí)，包括以下步驟：

1)通過第一定位系統(tǒng)120和第二定位系統(tǒng)120實(shí)時(shí)采集列車的定位信息；通過第一完整性檢查系統(tǒng)150和第二完整性檢查系統(tǒng)150實(shí)時(shí)獲取列車的長度信息；第一安全平臺(tái)110和第二安全平臺(tái)110獲取當(dāng)前列車的列車定位信息和列車長度信息；

2)將列車的定位信息和列車的長度信息通過第一短報(bào)文裝置170和第二短報(bào)文裝置170經(jīng)由衛(wèi)星100傳送給相鄰車輛，和/或?qū)⒘熊嚨亩ㄎ恍畔⒑土熊嚨拈L度信息通過第一無線通信裝置130和第二無線通信裝置130傳送給相鄰車輛；

3)第一安全平臺(tái)110和第二安全平臺(tái)110通過第一短報(bào)文裝置170和第二短報(bào)文裝置170接收相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息，和/或第一安全平臺(tái)110和第二安全平臺(tái)110通過第一無線通信裝置130和第二無線通信裝置130接收相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息；

4)第一安全平臺(tái)110和第二安全平臺(tái)110根據(jù)“相鄰車輛的列車定位信息和列車長度信息”和“當(dāng)前列車的列車定位信息和列車長度信息”計(jì)算出當(dāng)前列車的移動(dòng)授權(quán)；

5)列車地面控制系統(tǒng)90通過自身的短報(bào)文天線接收來自衛(wèi)星100的列車的定位信息和所述列車的長度信息。

關(guān)于上述授權(quán)，視情況一次或者分段給出，授權(quán)點(diǎn)前行為列車尾部防護(hù)點(diǎn)，該點(diǎn)可以是前行列車尾部附加額外的防護(hù)距離的邊界，也可以是前行列車占用的虛擬區(qū)段外加保護(hù)區(qū)段的邊界。同時(shí)，安全平臺(tái)還負(fù)責(zé)在列車完整性丟失時(shí)產(chǎn)生故障導(dǎo)向安全的響應(yīng)(如列車緊急制動(dòng)等)。在列車與列車距離較近時(shí)(如10千米，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)列車控制系統(tǒng)進(jìn)行配置)，車與車之間能夠建立無線連接時(shí)，后車的安全平臺(tái)根據(jù)無線連接傳遞的信息進(jìn)行高頻次移動(dòng)授權(quán)計(jì)算；在車與車之間因?yàn)榫嚯x較大無線通信不可用時(shí)，改用北斗短報(bào)文進(jìn)行低頻次移動(dòng)授權(quán)計(jì)算。信息同時(shí)在車車無線通信與北斗短報(bào)文通信兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸并路由，列車地面控制系統(tǒng)90作為所有列車短報(bào)文信息的備份中轉(zhuǎn)站，監(jiān)測(cè)所有車輛路由可達(dá)情況，例如，在直接前后車車通信無法建立時(shí)，通知第三車進(jìn)行迂回轉(zhuǎn)發(fā)。還例如，在前車與后車無法建立無線通信和短報(bào)文通信時(shí)，如后車位于隧道，與前車距離后車太遠(yuǎn)無法建立車車無線通信，但能夠與緊隨后車之后的第三車建立無線通信，第三車將收到列車地面控制系統(tǒng)90收到的前車短報(bào)文信息，并通過車車無線連接轉(zhuǎn)發(fā)給后車。列車地面控制系統(tǒng)90根據(jù)需要，也可以作為所有列車的調(diào)度中心，負(fù)責(zé)計(jì)算所有列車的移動(dòng)授權(quán)并分發(fā)給相應(yīng)列車。

圖1至圖6中：

“100”為示例性的北斗衛(wèi)星，“90”為示例性的列車地面控制系統(tǒng)，“80”為示例性的北斗短報(bào)文天線；

“140”為示例性的無線通信天線，“1”、“2”、“3”、“4”表示的是通信鏈路；

“260”為示例性的無線電偵聽天線，“240”為示例性的衛(wèi)星天線；“21”、“22”、“23”、“24”、“25”、“26”表示的是通信鏈路；

“390”為示例性的通信基站，“360”為示例性的無線通信天線，“380”為示例性的gsm/lte天線，“340”為示例性的衛(wèi)星天線；“31”、“32”、“33”、“34”、“35”、“36”、“37”、“38”表示的是通信鏈路。

顯然，上述實(shí)施方式僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。