CN115042839B - 基于5g网络车车通信的列车接近预警*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，***中的车载预警处理设备能够自主识别与自身同一线路、同一行别的前方追踪列车，并实时计算追踪距离，综合追踪距离、列车运行速度、制动距离等因素评估列车接近紧急程度，发出接近预警信息，提示司机采取处置措施；本发明提供的***能够解决在现有列车控制技术失效时可能发生列车追尾事故的问题，保障列车运行安全。

Description

基于5G网络车车通信的列车接近预警***

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***。

背景技术

随着5G通信技术快速发展，我国铁路已规划进行5G总体技术方案、***组网、频率规划、铁路专用业务等方面的研究，利用5G网络实现高速率、低时延以及大带宽的数据传输。同时，北斗***的成网运营也为列车高精度定位提供了有利条件，我国铁路在北斗应用方面已在基础网络规划、地理信息数据库、轨道电子地图、隧道和车站内的北斗定位等方面进行了各个层面的研究。

我国铁路具有高度集中的特点，各工作环节须紧密联系、协同配合，运营场景十分复杂，因此，需要多重的安全保障手段来防止发生列车运行事故。在铁路运营过程中，列车控制技术为列车安全运行提供了安全保障，但由于潜在的设计缺陷和人为操作失误等原因，列车控制技术可能存在安全保障失效的情况。这样的情况可能引起列车碰撞事故的发生。因此，有必要研究一种列车控制***失效时的安全防护技术，在既有列车控制技术的基础之上叠加一个安全防护层次，进一步保障列车运行安全。

目前主要有如下两类列车接近预警方案，主要介绍如下：

方案一、发表于2013年7月的北京交通大学的文章《高速铁路列车追踪接近预警***车载设备研究》，作者靳洪都。文章提出的方案通过预警服务器对管辖区域内所有列车的位置进行综合处理，通过GSM-R网络或者3G网络接收列车车载设备上报的位置信息以及向列车发出预警信息；该方案的存在技术问题包括：一方面，***的处理全部集中在预警服务器中，导致预警服务器的处理压力过大，当预警服务器的处理过程出现异常情况时，列车运行同样存在安全隐患；另一方面，通过GSM-R网络或者3G网络实现列车车载设备与预警服务器通信，通信速率受限，无法保证列车车载设备能够实时接收预警信息，列车运行同样存在安全隐患。

方案二、发表于2013年3月的北京交通大学的文章《高速列车追踪接近预警***研究》，作者苏昱。文章提出的方案通过设置在地面中心的列车位置控制器对管辖区域内所有列车的位置进行综合处理，通过GSM-R网络或者GPRS网络接收列车车载设备上报的位置信息以及向列车发出预警信息；该方案存在与前述方案一类似的技术问题：***的处理全部集中在列车位置控制器中，采用GSM-R网络或者GPRS网络使得***通信速率受限，因此，当列车位置控制器的处理过程出现异常情况时，或者由于网络拥堵问题，致使列车运行存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，能够在列车控制***失效时，保障列车运行安全，而且信息处理分散至各个列车，减少集中处理的压力，通过5G进行数据交互保证数据实时性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，包括：车车通信服务器、电子地图服务器以及车载预警处理设备；其中：

所述车车通信服务器，用于接收各个列车上的车载预警处理设备各自上报的列车运行位置信息；对于当前列车上的车载预警处理设备，利用相应列车运行位置信息查找设定范围内的其他列车，并构建基于5G网络的车车通信网络，供所述设定范围内的其他列车的车载预警处理设备接入，以及将所述设定范围内的其他列车的列车运行位置信息发送至当前车载预警处理设备；

所述电子地图服务器，用于为车载预警处理设备提供列车运行线路的轨道电子地图下载服务；

所述车载预警处理设备，用于结合轨道电子地图使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息，并上报至所述车车通信服务器；当前列车上的车载预警处理设备根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，由***中列车上的车载预警处理设备各自进行列车追踪与接近预警的判断，车车通信服务器主要负责数据接收与下发，降低了信息处理压力，避免数据集中处理时可能导致的安全隐患问题，并且***基于5G网络实现数据交互，能够保证数据准确实时送达；车载预警处理设备各自进行列车追踪与接近预警的判断时，能够自主识别与自身同一线路、同一行别的前方追踪列车，并实时计算追踪距离，综合追踪距离、列车运行速度、制动距离等因素评估列车接近紧急程度，发出接近预警信息，提示司机采取处置措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***的架构示意图；

图2为本发明实施例提供的车载预警处理设备连接示意图；

图3为本发明实施例提供的列车多源融合定位计算过程示意图。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

下面对本发明所提供的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***进行详细描述。本发明实施例中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。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明实施例提供一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，它能够为列车司机提供基于车载设备自主计算的列车接近预警信息，防止列车追尾事故的发生。***车载设备（即***中的车载预警处理设备）能够通过北斗卫星、5G网络、无源应答器、车速传感器等多源融合，确定自身运行位置；通过列车与列车之间的无线通信，交互运行位置信息；根据其他列车的运行位置信息，自主识别前方追踪列车，并实时检测与追踪列车的追踪距离，当满足接近预警条件时，向司机发出列车接近预警，保障了现有列车控制***失效时的列车运行安全。

图1展示了该***的主要架构，主要包括：车车通信服务器、电子地图服务器以及车载预警处理设备。该***采用多源融合定位方式，构建基于列车位置的车车通信网络，结合轨道电子地图，确定列车运行位置；以车载预警处理设备为主体，根据车车通信网络内列车的运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的正线追踪列车，实时计算列车追踪距离；当列车追踪距离满足接近预警条件时，***车载设备发出接近预警信息，提示司机采取处置措施。需要说明的是，图1展示***中各个设备的数目均为举例，并非构成限制。

下面对***中各个部分的工作原理做详细的介绍。

一、车车通信服务器。

本发明实施例中，所述车车通信服务器，主要用于接收各个列车上的车载预警处理设备各自上报的列车运行位置信息，列车运行位置信息是由各个列车上的车载预警处理设备通过多源融合定位方式获得，并周期性的上报。

车车通信服务器接收到各个车载预警处理设备各自上报的列车运行位置信息后，会以列车位置为中心构建设定范围内的车车通信网络。当然，对于某个车车通信服务器而言，能够与其通信的各个车载预警处理设备主要是指车车通信服务器管辖范围内车载预警处理设备。以当前车载预警处理设备为例，车车通信服务器，利用相应列车运行位置信息查找设定范围内的其他列车，并构建基于5G网络的车车通信网络，供所述设定范围内的其他列车的车载预警处理设备接入，以及将所述设定范围内的其他列车的列车运行位置信息发送至当前车载预警处理设备。

示例性的，设定范围可以为30km，且由于列车是动态运行的，因此，覆盖范围也是动态变化的，当然此处提供的设定范围数值仅为举例，并非构成限制；在实际应用中设定范围的具体大小可以由用户根据实际情况或者经验自行设定，本发明不做具体的限定。

本发明实施例中，车车通信服务器按照铁路局属地化管理原则，每个铁路局设置一套，将某个车车通信服务器配置归属功能，存有全路车车通信服务器的IP地址，并将铁路局地理管辖范围与唯一的车车通信服务器IP地址对应。

本发明实施例中，所述车车通信服务器还可以接入CTC***（列车集中控制***）服务器，获取CTC***的车次跟踪信息，为车载预警处理设备提供列车前方轨道电路占用信息。

二、电子地图服务器。

所述电子地图服务器，主要用于为车载预警处理设备提供列车运行线路的轨道电子地图下载服务。

示例性的，电子地图服务器可以采用集中设置的方式，并采取异地冗余备份的策略。

三、车载预警处理设备。

本发明实施例中，所述车载预警处理设备，主要用于结合轨道电子地图使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息，具体的：将轨道电子地图与获取的北斗卫星定位信息、无源应答器信息及列车运行速度信息相结合，计算列车运行位置信息，并上报至所述车车通信服务器；以及根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息。

图2为车载预警处理设备的连接示意图，其主要包括：预警处理主机和操作显示终端。其中：所述操作显示终端，用于对所述预警处理主机进行操控以及显示预警处理主机反馈的相关信息，例如，当操作显示终端发出列车接近预警信息时，可通过操作显示终端进行按键“确认”；所述预警处理主机，用于通过接入5G车载传输平台，获取北斗卫星定位信息，以及实现与车车通信服务器、电子地图服务器及其他列车车载预警处理设备在5G网络下的数据交互，通过接入所属列车中的其他车载设备获取无源应答器信息，通过接入车速传感器获取列车运行速度信息；还用于结合北斗卫星定位信息、无源应答器信息、列车运行速度信息以及轨道电子地图计算列车运行位置信息，并上报至所述车车通信服务器；以及根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息。

还参见图2，所述5G车载传输平台为图2中的WTP，其包含北斗卫星定位单元和5G传输单元，两个单元分别用于获取北斗卫星定位信息，以及实现5G网络下的数据交互。

还参见图2，所属列车中的其他车载设备主要包括BTM（应答器传输单元）、JRU（司法记录单元）与DMS（列控设备动态检测***）单元，以上三类车载设备均为既有设备，故不做赘述。

还参见图2，其中的车速传感器也为既有设备，能够采集车轮速度，从而获得列车运行速度信息。

本发明实施例中，车载预警处理设备也属于一种车载设备，它是本***的核心设备，其核心技术主要包括两个部分：第一个部分为，使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息；第二个部分列车追踪接近预警技术。下面对以上两部分分别进行详细的介绍。

1、使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息。

本发明实施例中，采用北斗+5G网络+无源应答器信息+车轮速度传感器多源融合的方式，辅以轨道电子地图，确定列车运行位置信息。

本发明实施例中，列车运行位置信息主要包括：列车运行线路、行别、正线或侧线、列车运行方向、列车运行速度信息与列车运行位置公里标。

（1）列车运行线路、行别与正线或侧线，通过无源应答器信息中携带的无源应答器编号，经映射后获得。

本领域技术人员可以理解，行别是铁路领域专业术语，行别主要包含：上、下，单等，对于线路而言，上即为上行，下即为下行，单即为单线路。

（2）列车运行方向通过北斗卫星定位信息中列车运行位置经纬度变化轨迹趋势，并结合轨道电子地图的方式获取。

或者，在经过无源应答器组时通过不同无源应答器信息中携带的无源应答器编号的变化趋势获取。

（3）列车运行速度信息通过列车上的车速传感器获取。

（4）列车运行位置公里标的获取方式。如图3所示，展示了不同情况下获取列车运行位置公里标（即实时公里标）的方式。

（A）当列车运行于北斗卫星定位信息正常接收的区段时，通过北斗卫星定位信息确定列车运行位置的经纬度，匹配轨道电子地图，确定列车运行位置公里标。

（B）当列车运行于北斗卫星定位信息无法正常接收的区段时（如隧道、山区等），采用5G网络定位获取列车运行位置的经纬度，匹配轨道电子地图，确定列车运行位置公里标。

或者，使用列车运行速度信息推算列车运行位置公里标，将其作为确定列车运行位置公里标的辅助方式，推算的起始位置为最后一次获取北斗卫星定位信息或最后一次获取的无源应答器信息对应的位置；当接收到新的无源应答器信息时，将所述新的无源应答器信息携带的无源应答器编号映射到相应位置的公里标，并对利用列车运行速度信息推算的列车运行位置公里标进行校正。

此外，如之前所述，车车通信服务器还可以接入CTC***服务器，获取CTC***的车次跟踪信息，因此，可根据CTC***的车次跟踪信息，获取轨道电路占用车次号，并将相应车次的列车所在轨道（红光带）作为列车定位的依据，主要用于列车自身无法进行定位的情况。按照本发明提供的方案，当前列车需要识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车时，如果设定范围内的其他列车无法进行定位，则车车通信服务器通过CTC***的车次跟踪信息确定相应列车的位置，并提供给当前列车用于追踪列车的识别。

2、列车追踪接近预警技术。

本发明实施例中，列车追踪接近预警技术主要包括：追踪列车识别与列车接近预警两部分。

（1）追踪列车识别部分。

当前列车上的车载预警处理设备接收到其他列车的列车运行位置信息。对于其他列车中的任意列车A，根据列车A运行位置信息判断列车A的列车运行线路以及行别是否与自身相同，如果不相同且列车A为当前的追踪列车，则列车A不再作为当前时刻的追踪列车，此处情况的原因可以是：之前的时刻中，列车A与自身是线路与行别相同的列车，并满足后续介绍的各项要求，因此列车A作为自身的追踪列车，但是，由于列车A转线运行导致线路发生变化，此时不再将列车A作为追踪列车；如果列车A的列车运行线路以及行别与自身相同，则判断当前时刻是否存在追踪列车；如果当前时刻存在追踪列车且不为列车A，则确定自身与列车A的距离，记为第一距离，并确定自身与当前时刻的追踪列车的距离，记为第二距离，如果第一距离小于第二距离，则将列车A作为当前时刻的追踪列车；如果当前时刻不存在追踪列车，则将列车A作为当前时刻的追踪列车。

（2）列车接近预警部分：根据列车运行速度信息实时计算自身与当前时刻的追踪列车的追踪距离，综合列车运行速度信息、追踪距离、以及设定门限值之间的关系，判断是否满足时满足接近预警条件，并在满足接近预警条件时，发出列车接近预警。

本发明实施例中，不同运行速度下，有不同的制动距离，不同的制动距离对应不同的设定门限值，因此，设定门限值是一个动态值，根据制动距离来设定；当追踪距离小于等于设定门限时，若自身速度小于追踪列车的速度，则不满足接近预警条件，不需要预警；当追踪距离小于等于设定门限，自身速度大于追踪列车的速度，则满足接近预警条件，需要发出列车接近预警。

本发明实施例中，可以综合追踪距离、列车运行速度、制动距离等因素评估列车接近紧急程度，并根据程度等级由低到高分别发出蓝色、黄色、红色三个等级的列车接近预警，以提示司机按照列车接近紧急程度采用相应的处置措施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，其特征在于，包括：车车通信服务器、电子地图服务器以及车载预警处理设备；其中：

所述车车通信服务器，用于接收各个列车上的车载预警处理设备各自上报的列车运行位置信息；对于当前列车上的车载预警处理设备，利用相应列车运行位置信息查找设定范围内的其他列车，并构建基于5G网络的车车通信网络，供所述设定范围内的其他列车的车载预警处理设备接入，以及将所述设定范围内的其他列车的列车运行位置信息发送至当前车载预警处理设备；

所述电子地图服务器，用于为车载预警处理设备提供列车运行线路的轨道电子地图下载服务；

所述车载预警处理设备，用于结合轨道电子地图使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息，并上报至所述车车通信服务器；当前列车上的车载预警处理设备根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息；

所述当前列车上的车载预警处理设备根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息包括：追踪列车识别与列车接近预警两部分；其中：

追踪列车识别部分：当前列车上的车载预警处理设备接收到其他列车的列车运行位置信息；对于其他列车中的任意列车A，根据列车A运行位置信息判断列车A的列车运行线路以及行别是否与自身相同，如果不相同且列车A为当前时刻的追踪列车，则列车A不再作为当前时刻的追踪列车；如果列车A的列车运行线路以及行别与自身相同，则判断当前时刻是否存在追踪列车；如果当前时刻存在追踪列车且不为列车A，则确定自身与列车A的距离，记为第一距离，并确定自身与当前时刻的追踪列车的距离，记为第二距离，如果第一距离小于第二距离，则将列车A作为当前时刻的追踪列车；如果当前时刻不存在追踪列车，则将列车A作为当前时刻的追踪列车；

列车接近预警部分：根据列车运行速度信息实时计算自身与当前时刻的追踪列车的追踪距离，综合列车运行速度信息、追踪距离、以及设定门限值之间的关系，判断是否满足接近预警条件，并在满足接近预警条件时，发出列车接近预警；

所述列车运行位置信息包括：列车运行线路、行别、正线或侧线、列车运行方向、列车运行速度信息与列车运行位置公里标；其中：

列车运行线路、行别与正线或侧线，通过无源应答器信息中携带的无源应答器编号，经映射后获得；

列车运行方向通过北斗卫星定位信息中列车运行位置经纬度变化轨迹趋势，并结合轨道电子地图的方式获取；或者，在经过无源应答器组时通过不同无源应答器信息中携带的无源应答器编号的变化趋势获取；

列车运行速度信息通过列车上的车速传感器获取；

列车运行位置公里标的获取方式包括：

当列车运行于北斗卫星定位信息正常接收的区段时，通过北斗卫星定位信息确定列车运行位置的经纬度，匹配轨道电子地图，确定列车运行位置公里标；

当列车运行于北斗卫星定位信息无法正常接收的区段时，采用5G网络定位获取列车运行位置的经纬度，匹配轨道电子地图，确定列车运行位置公里标；或者，使用列车运行速度信息推算作为确定列车运行位置公里标的辅助方式，推算的起始位置为最后一次获取北斗卫星定位信息或最后一次获取的无源应答器信息对应的位置，当接收到新的无源应答器信息时，将所述新的无源应答器信息携带的无源应答器编号映射到相应位置的公里标，并对利用列车运行速度信息推算的列车运行位置公里标进行校正。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，其特征在于，所述车载预警处理设备，用于结合轨道电子地图使用多源融合定位方式计算列车运行位置信息包括：所述车载预警处理设备，将轨道电子地图与获取的北斗卫星定位信息、无源应答器信息及列车运行速度信息相结合，计算列车运行位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，其特征在于，所述车载预警处理设备包括：预警处理主机和操作显示终端；其中：

所述操作显示终端，用于对所述预警处理主机进行操控以及显示预警处理主机反馈的相关信息；

所述预警处理主机，用于通过接入5G车载传输平台，获取北斗卫星定位信息，以及实现与车车通信服务器、电子地图服务器及其他列车车载预警处理设备在5G网络下的数据交互，通过接入所属列车中的其他车载设备获取无源应答器信息，通过接入车速传感器获取列车运行速度信息；还用于结合北斗卫星定位信息、无源应答器信息、列车运行速度信息以及轨道电子地图计算列车运行位置信息，并上报至所述车车通信服务器；以及根据其他列车的列车运行位置信息，识别运行在同一线路与同一行别的追踪列车，实时计算列车追踪距离，当列车追踪距离满足接近预警条件时，发出接近预警信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，其特征在于，所述综合列车运行速度信息、追踪距离、以及设定门限值之间的关系，判断是否满足时满足接近预警条件包括：

当追踪距离小于等于设定门限时，若自身的列车运行速度信息小于追踪列车的列车运行速度信息，则不满足接近预警条件；当追踪距离小于等于设定门限，自身速度大于追踪列车的速度，则满足接近预警条件。

5.根据权利要求1所述的一种基于5G网络车车通信的列车接近预警***，其特征在于，所述车车通信服务器接入CTC***服务器，获取CTC***的车次跟踪信息，当其他列车无法定位时，所述车车通信服务器通过获取的车次跟踪信息确定相应列车的位置，并提供给当前列车上的车载预警处理设备用于追踪列车识别；所述CTC***为列车集中控制***。

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