專利名稱：高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于鐵路列車運(yùn)行應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說是涉及一種列車在運(yùn)行過程中 如何追蹤接近列車預(yù)警的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]隨著高速鐵路開通運(yùn)行，中國鐵路也進(jìn)入快速發(fā)展階段，如何安全有效的保證動 車運(yùn)營，不僅關(guān)系到動車組的運(yùn)行效率，同時也關(guān)系到人民的生命安全。為了防止列車追尾 等突發(fā)的小概率事件的發(fā)生，急需建立一套列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)。[0003]一般來說，列車在運(yùn)行過程中，列車的運(yùn)行速度、運(yùn)行位置信息是定位列車的重要 數(shù)據(jù)，在鐵路的運(yùn)營中有很多確定列車位置的方法和設(shè)備，比如使用地面軌道信號確定列 車對軌道的占用情況，來確定列車的運(yùn)行區(qū)段。但是使用地面軌道信號只能在地面確定列 車的位置，在列車上不能確定列車之間的相互位置關(guān)系。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型的目的是提供一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警方法及其系統(tǒng)，利用 GPS全球定位系統(tǒng)，應(yīng)答器電子標(biāo)簽，結(jié)合慣性導(dǎo)航和陀螺儀，依靠車載設(shè)備確定列車位置， 利用現(xiàn)有的GPRS/GMS-R無線通信網(wǎng)絡(luò)，建立動態(tài)列車定位預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)測列車運(yùn)行狀 態(tài)，并把本車的運(yùn)行狀態(tài)和前車的運(yùn)行狀態(tài)實時的顯示在車載顯示屏上，為司機(jī)提供直觀 的預(yù)警信息，為指導(dǎo)司機(jī)安全行車提供參考依據(jù)，保障行車安全。[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案[0006]一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應(yīng)答器及位于列 車上的車載設(shè)備；所述的車載設(shè)備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運(yùn)行狀態(tài) 信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設(shè)備把獲取的列車位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 到地面設(shè)備；所述的地面設(shè)備接收來自車載設(shè)備的列車位置信息，對列車間的相對位置進(jìn) 行邏輯判斷，根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生預(yù)警信息發(fā)送到車載設(shè)備中。[0007]所述的車載設(shè)備包括位于列車車頂?shù)腉PS天線、位于列車內(nèi)部的GPS接收單元和 定位單元；所述的GPS接收單元和定位單元均通過通信單元與地面設(shè)備通信連接；且來自 地面設(shè)備的預(yù)警信息通過通信單元送至車載設(shè)備的預(yù)警單元中。[0008]所述的定位單元由車載的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀構(gòu)成；通信單元為GPRS或GSM-R無 線數(shù)據(jù)傳輸模塊。[0009]地面設(shè)備由通信服務(wù)器、位置服務(wù)器及預(yù)警服務(wù)器組成；所述的通信服務(wù)器接收 來自列車車載設(shè)備的列車位置信息，然后發(fā)送至位置服務(wù)器中；位置服務(wù)器對列車之間的 相對位置進(jìn)行邏輯判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送至預(yù)警服務(wù)器中，最終由預(yù)警服務(wù)器產(chǎn)生預(yù)警 信息發(fā)送到車載設(shè)備的預(yù)警單元中。[0010]采用上述技術(shù)方案的本實用新型，在列車上安裝能檢測列車位置信息的車載設(shè) 備，使用車載設(shè)備確定列車的定位信息，并把定位信息通過GPRS/GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面設(shè)備，地面設(shè)備通過列車的位置信息對列車間定位信息進(jìn)行邏輯判斷，并把預(yù)警的信息 發(fā)送到車載設(shè)備，進(jìn)行預(yù)警提示。它具有以下優(yōu)點(diǎn)[0011](I)本實用新型的車載設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，不僅能滿足對列車定位、顯示、預(yù)警提示的 需要，而且便于在列車內(nèi)部安裝；[0012](2)本實用新型的地面設(shè)備只有服務(wù)器，接口服務(wù)器、預(yù)警服務(wù)器、位置服務(wù)器，不 僅能滿足對列車接近預(yù)警的邏輯處理，而且建設(shè)的投資小，方便施工完成；[0013](3)本實用新型采用才用GPS全球定位系統(tǒng)，應(yīng)答器電子標(biāo)簽，線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫， 結(jié)合慣性導(dǎo)航和陀螺儀綜合定位方式，保證列車定位的準(zhǔn)確；[0014](4)本實用新型對列車運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測不依賴軌道地面設(shè)備確定列車位置信 息，不受地面設(shè)備故障的影響；[0015](5)本實用新型對列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測不依賴于列車其他設(shè)備，也不受列控設(shè)備故 障的影響；[0016](6)本實用新型使用現(xiàn)有的GPRS/GSM-R網(wǎng)絡(luò)做數(shù)據(jù)傳輸通道，不需要從新投資建 設(shè)網(wǎng)絡(luò)通訊；[0017](7)本實用新型使用既有的GPS全球定位系統(tǒng)，結(jié)合車載設(shè)備的其他定位設(shè)備來 確定列車位置，系統(tǒng)施工方便，投資小。


[0018]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖。[0019]圖2為本實用新型的區(qū)間定位原理圖。[0020]圖3為本實用新型的隧道定位原理圖。[0021]圖4為本實用新型的車站定位原理圖。[0022]圖5為本實用新型的側(cè)線判別原理圖。[0023]圖6為本實用新型通信流程原理圖。
具體實施方式
[0024]一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警方法，它包括以下步驟[0025]①、在GPS信號覆蓋區(qū)段，將設(shè)置在鐵路線路上的應(yīng)答器作為電子標(biāo)簽，建立全路 GPS定位線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，該全路GPS定位線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫以應(yīng)答器電子標(biāo)簽為基本定位 單元，即應(yīng)答器標(biāo)識了預(yù)警線路的起始和終止，并與線路GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫結(jié)合。預(yù)警系 統(tǒng)利用應(yīng)答器電子標(biāo)簽作為列車位置的校核，線路GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫作為線路運(yùn)行定位標(biāo) 識。在GPS信號未覆蓋區(qū)段，將應(yīng)答器與位于列車上的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀結(jié)合起來作為 電子標(biāo)簽，然后再與GPS結(jié)合構(gòu)成綜合多重定位模式，從而實現(xiàn)GPS覆蓋區(qū)和非覆蓋區(qū)的無 縫連續(xù)定位。[0026]②、在列車上安裝車載設(shè)備，車載設(shè)備一方面利用GPS天線接收GPS定位信息，另 一方面獲取列車運(yùn)行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設(shè)備把獲取的列車位 置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面設(shè)備。[0027]上述列車運(yùn)行狀態(tài)信息包括列車的運(yùn)行速度信息和運(yùn)行方位信息。在GPS信號覆 蓋區(qū)段，運(yùn)行方位信息通過GPS定位獲取；在GPS信號未覆蓋區(qū)段，運(yùn)行方位信息通過位于列車上的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀定位獲取。具體地說其一，在GPS信號覆蓋區(qū)段，當(dāng)收到應(yīng) 答器信息時，根據(jù)GPS定位線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的GPS坐標(biāo)范圍確定該應(yīng)答器位置是否正確 可用，如果不正確則忽略該應(yīng)答器；如果正確利用應(yīng)答器進(jìn)行精確定位。其二，在GPS信號 未覆蓋區(qū)段，通過慣性導(dǎo)航儀測量列車的運(yùn)行速度，通過計算應(yīng)答器的相對位移確定列車 的位置；當(dāng)收到應(yīng)答器時，判斷GPS定位線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)答器電子標(biāo)簽位置是否正 確可用，如果不正確則忽略該應(yīng)答器；如果正確利用應(yīng)答器進(jìn)行精確定位。其三，列車運(yùn)行 在車站時，利用位于列車上的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀輸出的運(yùn)行速度信息和運(yùn)行方位信息， 繪制列車運(yùn)行的矢量曲線軌跡，根據(jù)慣性導(dǎo)航和陀螺儀在不同的曲線上的輸出的信息不 同，繪制慣性導(dǎo)航和陀螺儀的信息矢量軌跡數(shù)學(xué)模型。上述的矢量軌跡數(shù)學(xué)模型包括列車 運(yùn)行矢量軌跡圖和鐵路矢量軌跡數(shù)據(jù)模型，其中，列車運(yùn)行矢量軌跡圖由進(jìn)側(cè)線判別處理 裝置根據(jù)慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀獲取的數(shù)據(jù)繪制得出，鐵路矢量軌跡數(shù)據(jù)模型根據(jù)線路基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)庫得到。需要說明的是，列車運(yùn)行矢量軌跡圖，是慣性導(dǎo)航和陀螺儀在不同的曲線上的 輸出的信息不同，繪制慣性導(dǎo)航和陀螺儀的信息矢量軌跡數(shù)學(xué)模型，因此它表征了列車運(yùn) 行的矢量曲線軌跡；而鐵路矢量軌跡數(shù)據(jù)模型表征了鐵路線路固有的信息狀態(tài)。將列車運(yùn) 行矢量軌跡圖和鐵路矢量軌跡數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比，可判別列車是正線運(yùn)行還是進(jìn)側(cè)線。一 般來說，如圖5所示，列車在運(yùn)行過程中，在進(jìn)側(cè)線運(yùn)行時，都是需要經(jīng)過道岔轉(zhuǎn)換才能從 正線運(yùn)行轉(zhuǎn)到側(cè)線運(yùn)行，同時在側(cè)線運(yùn)行的列車需要進(jìn)入正線運(yùn)行也需要經(jīng)過道岔轉(zhuǎn)換。 經(jīng)過對比可知，列車在正線運(yùn)行時，列車運(yùn)行矢量軌跡為直線；列車從正線轉(zhuǎn)入側(cè)線時，列 車運(yùn)行矢量軌跡則會出現(xiàn)波動。圖5為列車從正線經(jīng)過道岔轉(zhuǎn)換進(jìn)入側(cè)線，再經(jīng)過道岔轉(zhuǎn) 換進(jìn)入正線的矢量軌跡數(shù)學(xué)模型。[0028]③、在地面建立預(yù)警系統(tǒng)，該預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)接收車載設(shè)備提供的列車位置信息，對 列車間的相對位置進(jìn)行邏輯判斷；根據(jù)判斷結(jié)果把列車間的追蹤關(guān)系發(fā)送到車載設(shè)備，實 現(xiàn)列車的追蹤接近預(yù)警功能。[0029]一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應(yīng)答器及位于列 車上的車載設(shè)備；所述的車載設(shè)備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運(yùn)行狀態(tài) 信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設(shè)備把獲取的列車位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 到地面設(shè)備；所述的地面設(shè)備接收來自車載設(shè)備的列車位置信息，對列車間的相對位置進(jìn) 行邏輯判斷，根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生預(yù)警信息發(fā)送到車載設(shè)備中。[0030]車載設(shè)備包括位于列車車頂?shù)腉PS天線、位于列車內(nèi)部的GPS接收單元和定位單 元，定位單元由車載的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀構(gòu)成；所述的GPS接收單元和定位單元均通過 通信單元與地面設(shè)備通信連接；且來自地面設(shè)備的預(yù)警信息通過通信單元送至預(yù)警單元 中。[0031]上述的GPS接收單元接收來自于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System)的GPS定位信號，它是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。目前鐵路信號、通信等系 統(tǒng)也多采用GPS技術(shù)進(jìn)行列車定位、系統(tǒng)校時等功能，同時許多研發(fā)在多條鐵路線路上進(jìn) 行了 GPS技術(shù)在鐵路系統(tǒng)列車定位方面運(yùn)用精度、準(zhǔn)確度的研究和試驗工作。高速鐵路列 車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)深化研究GPS系統(tǒng)在列車定位中的運(yùn)用，列車定位包括列車運(yùn)行的線 名、行別、里程等準(zhǔn)確定位信息。GPS全球定位系統(tǒng)使用的是共用的定位系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)在列車上安裝GPS天線和GPS接收裝置，接收和解析列車的位置和速度等狀態(tài)信息。[0032]列車定位單元主要包括區(qū)間定位、隧道定位、車站定位、側(cè)線判別等幾種情況下的 列車位置信息的采集和處理。如圖2所示，列車運(yùn)行在區(qū)間時，當(dāng)收到應(yīng)答器時，可以通過 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的GPS坐標(biāo)范圍確定該應(yīng)答器位置是否正確可用，如果不正確則忽略該應(yīng)答 器；如果正確利用應(yīng)答器進(jìn)行精確定位。如圖3所示，列車運(yùn)行在隧道或者沒有GPS信號的 區(qū)間時，通過慣性導(dǎo)航測量列車的速度，通過計算應(yīng)答器的相對位移確定列車的位置。當(dāng)收 到應(yīng)答器時，可以通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)答器電子標(biāo)簽位置是否正確可用，如果不正確則 忽略該應(yīng)答器；如果正確利用應(yīng)答器進(jìn)行精確定位。如圖4和5所示，列車運(yùn)行在車站時， 利用車載的慣性導(dǎo)航和陀螺儀并結(jié)合線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，使用數(shù)學(xué)模型計算列車運(yùn)行的矢量 軌跡，判斷列車正線運(yùn)行還是側(cè)線運(yùn)行。[0033]如圖6所示，車載設(shè)備與地面設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。車載設(shè)備把檢測 到列車的位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面設(shè)備的數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。同時地面設(shè)備處理、 判斷列車間的相對位置，如果列車間的相對位置短于設(shè)定距離，則產(chǎn)生預(yù)警信息，地面設(shè)備 把預(yù)警信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車載設(shè)備。車載設(shè)備把預(yù)警信息顯示到顯示器上，對司機(jī) 進(jìn)行采用對不同預(yù)警等級采用不同的顯示顏色和不同的聲音進(jìn)行預(yù)警提示。[0034]需要說明的是車載設(shè)備和地面設(shè)備使用的無線網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)在的GPRS移動公網(wǎng)和 GSM-R鐵路專用網(wǎng)，在有GSM-R的鐵路專用網(wǎng)的區(qū)段使用GSM-R鐵路專用網(wǎng)，沒有GMS-R鐵 路專用網(wǎng)的區(qū)段使用GPRS移動公網(wǎng)。通信單元為GPRS或GSM-R無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。
權(quán)利要求1.一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于它包括位于鐵路線路上的應(yīng)答器及位于列車上的車載設(shè)備；所述的車載設(shè)備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運(yùn)行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設(shè)備把獲取的列車位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面設(shè)備；所述的地面設(shè)備接收來自車載設(shè)備的列車位置信息，對列車間的相對位置進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生預(yù)警信息發(fā)送到車載設(shè)備中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述的車載設(shè)備包括位于列車車頂?shù)腉PS天線、位于列車內(nèi)部的GPS接收單元和定位單元；所述的GPS接收單元和定位單元均通過通信單元與地面設(shè)備通信連接；且來自地面設(shè)備的預(yù)警信息通過通信單元送至車載設(shè)備的預(yù)警單元中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述的定位單元由車載的慣性導(dǎo)航儀和陀螺儀構(gòu)成；通信單元為GPRS或GSM-R無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于地面設(shè)備由通信服務(wù)器、位置服務(wù)器及預(yù)警服務(wù)器組成；所述的通信服務(wù)器接收來自列車車載設(shè)備的列車位置信息，然后發(fā)送至位置服務(wù)器中；位置服務(wù)器對列車之間的相對位置進(jìn)行邏輯判斷，并將判斷結(jié)果發(fā)送至預(yù)警服務(wù)器中，最終由預(yù)警服務(wù)器產(chǎn)生預(yù)警信息發(fā)送到車載設(shè)備的預(yù)警單元中。
專利摘要一種高速鐵路列車追蹤接近預(yù)警系統(tǒng)，它包括位于鐵路線路上的應(yīng)答器及位于列車上的車載設(shè)備；車載設(shè)備一方面接收GPS定位信息，另一方面獲取列車運(yùn)行狀態(tài)信息，并最終得到列車位置信息；然后車載設(shè)備把獲取的列車位置信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面設(shè)備；地面設(shè)備接收來自車載設(shè)備的列車位置信息，對列車間的相對位置進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生預(yù)警信息發(fā)送到車載設(shè)備中。它具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實用新型的車載設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，不僅能滿足對列車定位、顯示、預(yù)警提示的需要，而且便于在列車內(nèi)部安裝；(2)本實用新型的地面設(shè)備只有服務(wù)器，接口服務(wù)器、預(yù)警服務(wù)器、位置服務(wù)器，不僅能滿足對列車接近預(yù)警的邏輯處理，而且建設(shè)的投資小，方便施工完成；(3)本實用新型采用才用GPS全球定位系統(tǒng)，應(yīng)答器電子標(biāo)簽，線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合慣性導(dǎo)航和陀螺儀綜合定位方式，保證列車定位的準(zhǔn)確。
文檔編號B61L23/08GK202827642SQ20122042320
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者趙松, 王洪良, 王少華, 郭向輝, 付強(qiáng), 楊曉飛 申請人:河南藍(lán)信科技有限公司