專利名稱：Cbtc系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動控制技術領域，尤其涉及一種基于通信的列控系統(tǒng)(CBTC系統(tǒng)) 中地面ATP設備對列車的安全定位方法。
背景技術：
城市軌道交通列車運行控制系統(tǒng)是實現(xiàn)行車指揮和列車運行自動化、提高運 輸效率的關鍵系統(tǒng)。近年來，隨著科技的進步，該系統(tǒng)正逐步向著基于通信的列控系統(tǒng) (communication based traincontrol-CBTC)的方向發(fā)展。地面區(qū)域控制設備如何處理列 車發(fā)送來的位置，是CBTC系統(tǒng)的關鍵問題之一。目前的主流處理方法是按照我國CTCS3級 列控系統(tǒng)列車定位的方法進行的車載設備以地面應答器收到的信息為基準點，通過測速 單元等設備測量列車運行距離來獲得列車位置，其中，計算列車位置時要考慮測速設備的 誤差；車載設備將位置信息報告給地面設備；地面設備根據(jù)接受到的位置信息，配合軌道 電路的占用信息來進行列車運行防護。在現(xiàn)有的其他方案中，車載設備直接將定位傳感器 或雷達數(shù)據(jù)產(chǎn)生的位置信息發(fā)送給地面控制設備直接使用，地面設備通過延時防護的方式 對列車進行控制和安全防護。現(xiàn)有的上述處理方法存在以下缺陷沒有考慮車-地通信的延遲性，獲得的安全 位置不精確，而地面控制設備利用如此獲得的不精確的位置信息對列車進行控制時，極端 情況下可能出現(xiàn)控制異常；同時，由于地面設備必須通過其它方式對通信延遲引起的位置 變化進行安全防護，例如，用軌道電路的占用信息來校核列車的位置，增加邏輯判斷當列 車位置與軌道電路信息一致時，認為位置是準確的，不一致則采取安全防護措施；或采用進 路延時解鎖的方式保護列車，即在原來的進路處理基礎上，增加延時時間解鎖進路，以確 保列車運行的安全；這兩種方式都要在地面設備控制邏輯的基礎上，附加對位置不準確帶 來的安全隱患處理，增加了控制算法的難度，使地面設備的控制算法變得非常復雜。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何克服現(xiàn)有的CBTC系統(tǒng)列車定位方法中存在的安 全位置計算不精確及其導致的地面設備控制算法復雜等缺陷。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案提供了一種CBTC系統(tǒng)地面設備的列車 安全定位方法，包括以下步驟Sl 由車載設備實時獲取當前列車行駛數(shù)據(jù)；S2 根據(jù)預設的通信延遲時間t、測量誤差值、潛在退行量以及所述當前列車行駛 數(shù)據(jù)分別計算列車的前端安全包絡和后端安全包絡；S3 根據(jù)所述前端安全包絡和后端安全包絡獲得列車安全位置。進一步地，所述步驟Sl還包括判斷由所述車載設備獲取的數(shù)據(jù)的生存周期是否小于預先設定的門限值，若是，則進入步驟S2 ；若否，則重新獲取。進一步地，所述步驟S2還包括計算獲得列車走行距離= + |如2，其中，V0為
當前行駛速度，a為加速度，則所述列車前端安全包絡為所述測量誤差值和所述走行距離之 和。其中，步驟S2中所述列車后端安全包絡為所述測量誤差值和潛在退行量之和。其中，步驟S3中，所述列車安全位置包括所述前端安全包絡和后端安全包絡。其中，步驟S2中，所述預設的通信延遲時間t取最大允許通信延遲時間6s。其中，步驟S2中，所述預設的測量誤差值為2米，所述預設的潛在退行量為5米。(三)有益效果本發(fā)明的技術方案提出了通過地面設備主動計算列車位置的方式來獲取列車的 安全位置，而不是被動地利用車載設備傳來的位置信息進行防護；由于實時考慮了車-地 之間的通信延遲，使地面設備得到的安全位置更精確。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法的原理圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法的一個實施例 的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法的一個實施例 的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，結合附圖和實施例 說明如下。為使本發(fā)明的原理及特征更加清楚，有必要對CBTC系統(tǒng)的地面區(qū)域控制設備做 簡要的介紹。CBTC系統(tǒng)的地面區(qū)域控制設備(以下簡稱地面設備)在對列車進行安全防護 及生成移動授權的過程中，需要使用到列車位置匯報中的列車位置信息。由于通信中不可 避免的存在延時、丟數(shù)等情況，通信協(xié)議在處理數(shù)據(jù)時，應對數(shù)據(jù)的生存時間進行判斷，如 果某一數(shù)據(jù)的生存時間超過了系統(tǒng)允許的門限值，則通信協(xié)議將此數(shù)據(jù)丟棄，從而保證系 統(tǒng)間通信的安全性及實時性。但即便數(shù)據(jù)的生存時間沒有超過預設定的門限值，地面設備 得到列車數(shù)據(jù)的時間與列車發(fā)送該數(shù)據(jù)的時間仍然存在著延時。本發(fā)明的技術方案的核心思想在于，在考慮最大值為預先定義的門限值的通訊延 遲的基礎上，對地面設備獲得的列車位置信息進行安全處理。具體來說，根據(jù)列車的相關參 數(shù)及預估的地面設備與車載設備之間的通信延時，對列車位置增加相應的包絡，從而保證 列車的安全。由此，無論在何種情況下，由車載設備發(fā)送的列車位置數(shù)據(jù)都經(jīng)過一定的安全 包絡處理后才被地面設備所使用。經(jīng)過安全包絡處理后的列車位置稱為列車的安全位置， 由車載設備匯報給地面設備的列車位置稱為列車的非安全位置。即，通過地面設備主動計 算位置的方式來獲取列車的安全位置，而不是被動地利用車載設備傳來的位置信息進行防 護；由于實時考慮了車地之間通信的延遲，使地面設備得到的安全位置更精確。如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法的原理圖。本發(fā)明的技術方 案中，列車的安全位置包括前端安全位置(前端安全包絡)和后端安全位置(后端安全包 絡)。如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的基于CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法的流程 圖，由圖中可知，該方法包括以下步驟Sl 由車載設備實時獲取當前列車行駛數(shù)據(jù)；其中，所述當前行駛數(shù)據(jù)包括行駛 速度Vtl、加速度a、列車的最大速度；具體地，在實施該步驟的過程時，通常還同時獲取車載設備匯報的這些數(shù)據(jù)的生 存周期，判斷該生存周期是否小于一個預先設定的門限值(該門限值通常與上述最大允許 通信延遲時間相同)，若是，則以該數(shù)據(jù)為基礎進行安全位置的計算(進入步驟S2)；若否， 則丟棄數(shù)據(jù)重新獲取。S2 根據(jù)預設的通信延遲時間t、測量誤差值、潛在退行量以及步驟Sl中獲取的所 述當前列車行駛數(shù)據(jù)計算獲得列車的前端安全包絡和后端安全包絡。關于本步驟中的預設值，根據(jù)我國城市軌道交通的運營現(xiàn)狀，CBTC系統(tǒng)時間參數(shù) 如下地面區(qū)域控制設備運行周期為400-600ms ；車載設備運行周期為200ms ；考慮到最不 利的通信狀態(tài)，即地面設備與車載設備失去通信聯(lián)系時，車地之間的最大允許通信延遲時 間為6s。本步驟中的中預設的通信延遲時間t的取值一般為該最壞情況下的最大允許通 信延遲時間，即6s ；所述測量誤差主要包括列車行駛速度測量誤差、加速度測量誤差、測距 (例如，列車長度測量)誤差等；所述潛在退行量為列車在停止行駛時，由于未穩(wěn)定停止等 原因造成的可能的退行距離；上述測量誤差值和潛在退行量可以根據(jù)當前的列車行駛狀態(tài) 并結合經(jīng)驗值確定，分別優(yōu)選為2米和5米。關于本步驟中的計算過程，具體來說，前端安全包絡=測量誤差值+走行距離；其中，走行距離S的計算公式如下S~V0t + ^at2(1)其中Vtl為地面設備接收到的最新的列車當前速度，t為延遲時間，a為加速度。后端安全包絡=測量誤差值+潛在退行量。S3 根據(jù)所述前端安全包絡和后端安全包絡獲得列車安全位置；具體來說，列車的安全位置包括前端安全位置和后端安全位置，所述前端安全位 置和后端安全位置分別為由步驟S2所計算獲得的前端安全包絡和后端安全包絡。實施例一如圖3所示為列車最不利情況，即，列車運行在線路上B點時(加速度為0)，車載 設備與地面設備之間失去通信聯(lián)系，此時獲取的列車行駛速度為80km/h，按車地最大允許 通信延遲時間6s來計算安全位置，則有前端安全包絡(位置)=(80000m/3600) X (6s) +測量誤差值= 22. 2 X 6+測量誤差值^ 133m后端安全包絡(位置)=測量誤差值+潛在退行量按照現(xiàn)有技術的處理方法，列車實際運行133米后列車到達A點，此時地面設備才收到車載設備發(fā)送的B點位置，很明顯是非常不精確的。而根據(jù)本發(fā)明的技術方案計算得到的位置是B點測量位置+133米+測量誤差 值。其與真實位置的差距只是列車本身的“測量誤差值”，通常< 2. 0米，顯然大大提高了精度。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
一種CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征在于，包括以下步驟S1由車載設備實時獲取當前列車行駛數(shù)據(jù)；S2根據(jù)預設的通信延遲時間t、測量誤差值、潛在退行量以及所述當前列車行駛數(shù)據(jù)分別計算列車的前端安全包絡和后端安全包絡；S3根據(jù)所述前端安全包絡和后端安全包絡獲得列車安全位置。
2.如權利要求1所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征在于，所述步 驟Sl還包括判斷由所述車載設備獲取的數(shù)據(jù)的生存周期是否小于預先設定的門限值，若 是，則進入步驟S2 ；若否，則重新獲取。
3.如權利要求1所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征在于，所述步驟S2還包括計算獲得列車走行距離《S 二 V0t + ^at2 ,其中，Vtl為當前行駛速度，a為加速度，則所述列車前端安全包絡為所述測量誤差值和所述走行距離之和。
4.如權利要求1所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征在于，步驟S2 中所述列車后端安全包絡為所述測量誤差值和潛在退行量之和。
5.如權利要求1所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征在于，步驟S3 中，所述列車安全位置包括所述前端安全包絡和后端安全包絡。
6.如權利要求1-5中任意一項所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征 在于，步驟S2中，所述預設的通信延遲時間t取最大允許通信延遲時間6s。
7.如權利要求1-5中任意一項所述的CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，其特征 在于，步驟S2中，所述預設的測量誤差值為2米，所述預設的潛在退行量為5米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CBTC系統(tǒng)地面設備的列車安全定位方法，包括S1由車載設備實時獲取當前列車行駛數(shù)據(jù)；S2根據(jù)預設的通信延遲時間t、測量誤差值、潛在退行量以及所述當前列車行駛數(shù)據(jù)分別計算列車的前端安全包絡和后端安全包絡；S3根據(jù)所述前端安全包絡和后端安全包絡獲得列車安全位置。本發(fā)明的技術方案通過地面設備主動計算列車位置的方式來獲取列車的安全位置，而不是被動地利用車載設備傳來的位置信息進行防護；由于實時考慮了車地之間的通信延遲，使地面設備得到的安全位置更精確。
文檔編號H04B17/00GK101941447SQ201010264278
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
發(fā)明者劉朔, 唐濤, 楊旭文, 王海峰, 郜春海 申請人:北京交通大學