CN111016977B - 基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统及方法，该系统分别与TDCS/CTC子系统和LKJ设备连接，所述的防护系统包括调车中心子系统、车载子系统和卫星定位基站，所述的调车中心子系统分别与TDCS/CTC子系统、卫星定位基站连接；所述的车载子系统包括车载终端、卫星定位天线和双4G通信天线，所述的车载终端分别与LKJ设备、卫星定位天线和双4G通信天线连接。与现有技术相比，本发明具有大大节约了建设成本等优点。

Description

基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统及方法

技术领域

本发明涉及铁路机车的无线调车安全防护技术，尤其是涉及一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统及方法。

背景技术

无线调车机车信号和监控系统(以下简称STP系统)已广泛应用于国内各铁路局有固定调车机车作业的车站，根据现有相关技术规范要求，STP车载主机固定安装在机车上，通过与列车运行监控记录装置(以下简称LKJ)专用的调车监控接口盒设备的CAN接口交互信息，利用LKJ的彩屏显示器实现车载的人机交互并通过LKJ实现对车列的控制，如图1所示。

上述方案中车地通信采用无线数传电台进行车地通信，车列初始位置通过安装在地面固定位置的应答定位器获取，车载主机将地面设备发送的站场信息、进路信息、车位跟踪结果转发给LKJ，由LKJ系统实现界面显示、限速计算及制动控制。这种方案由于车载设备较多、连接线缆多、数传电台体积大等原因，车载系统整体设备成本较高，也很难实现便携式安装，只能每台机车固定安装一套设备，这种方案适用于作业区域固定的专用调机及其车站，不适合非固定调车机的调车安全防护。

由于LKJ显示器作业模式只能在调车模式下显示车站站场图，无法在列车模式下实时显示车站站场图形及前方信号机名称和状态，而对于非固定调车机来说往往需要在线路上的各个车站间混跑。在各个车站间都是以列车模式运行时，机车司机往往由于天气或弯道等原因无法提前观察到前方站场情况、前方信号机状态。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统，该系统分别与TDCS/CTC子系统和LKJ设备连接，所述的防护系统包括调车中心子系统、车载子系统和卫星定位基站，所述的调车中心子系统分别与TDCS/CTC子系统、卫星定位基站连接；其特征在于，所述的车载子系统包括车载终端、卫星定位天线和双4G通信天线，所述的车载终端分别与LKJ设备、卫星定位天线和双4G通信天线连接；

所述的车载终端根据卫星定位虚拟应答器、机车的运行状态信息及TDCS/CTC系统发送的车次号、联锁码位信息来综合计算跟踪车列的位置，并通过双4G通信天线来实现车地间的无线通信，提供DMI实现与司机的人机交互，通过与LKJ设备接口最终实现对机车的制动控制的防护功能。

优选地，所述的车载终端包括一体设计的控制主机和显示屏DMI，其中显示屏采用10寸屏。

优选地，所述的控制主机通过双路CAN接口与LKJ设备连接，与LKJ设备进行数据交互，实现对机车的安全防护控制；

所述的控制主机接收地面设备发送的进路信息、联锁码位信息及作业单信息，并向LKJ设备发送当前机车进路信息实现机车的安全防护，并将这些信息转发给显示屏，供车载DMI显示并实现人机交互。

优选地，所述的显示屏DMI实时显示调车模式及列车模式下的车站站场码位情况及机车进路状态、前方信号机名称及状态，并向司机动态播报当前车站名称及前方信号机名称状态。

优选地，所述的控制主机通过车地无线通道接收地面基站发送的卫星定位差分数据，并将自身的位置经纬度坐标发送给地面基站。

优选地，所述的控制主机在接收到卫星定位差分信息后可实现高精度亚米级差分定位，并结合车站虚拟应答器数据实现机车的准确位置定位注册注销逻辑判断。

优选地，所述的控制主机在根据虚拟应答器判断入网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、当前区段占用状态信息以确保机车初始位置定位准确可靠。

优选地，所述的控制主机在根据虚拟应答器判断退网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、车列所在进路及尾部区段是否包含该退网虚拟应答器所在区段，只有在该区段时才可判断注销；若当卫星定位失效后，车载主机应根据车列尾部所在位置是否越过虚拟应答器点来判断是否退网。

优选地，所述的调车中心子系统包括通信服务器以及分别与通信服务器连接的卫星定位基站管理服务器、STP接口服务器、跟踪控制服务器和4G通信服务器，所述的卫星定位基站管理服务器与卫星定位基站连接，所述的STP接口服务器与TDCS/CTC子系统连接，所述的4G通信服务器与车载终端连接。

一种所述的基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统的方法，包括以下步骤：

1)跟踪控制服务器接收TDCS/CTC车次信息及联锁码位信息跟踪判断是否有新的机车进站，并根据车次号信息结合车站三接近占用情况判断该机车是否满足入网注册条件，并向该机车的车载终端发送进路控制信息；

2)车载终端接收到跟踪控制服务器发送的进路控制信息后，结合当前机车手柄及运行方向判断是否接受当前进路控制信息，若满足则向跟踪控制服务器发送控制回执，并向LKJ设备发送当前进路信息，由LKJ设备实现最终控车；

3)车载终端接收到卫星定位基站发送的实时机车经纬度信息，结合车站区间的虚拟应答器数据及该区段的占用出清状态对机车进行初始位置注册逻辑判断；若机车运行方向满足入网条件则向跟踪控制服务器发送申请入网；

4)车载终端根据接收到的经纬度坐标及车站中心点坐标来判断机车是否进入某车站控制范围，并向车载终端显示屏DMI发送该站站号、联锁码位信息及前方进路机及信号机数据，车载终端显示屏DMI根据收到的信息实时显示进入车站站场图及前方进路及信号机名称、状态信息，并通过语言提示前方信号机状态信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过双4G冗余通信来取代数传电台，解决数传电台控制区域小的问题，同时通过设计基于APN专网的双4G异模通信解决了单个4G通信信息存在安全性和不稳定的情况。并采用基于北斗多模融合卫星定位技术来取代原有固定应答器，通过基于卫星定位的虚拟应答器取代车站和区间固定安装的应答器，大大节约了建设成本。

2、该车载终端通过将主机与显示器融合设计，具备人机交互界面和按钮，既减少了机车上的设备、降低了设备成本，并能通过车载终端显示器来实现之前LKJ系统显示器无法显示的功能。

3、采用基于APN专网的双4G通信技术来提升车地通信的带宽、安全性、可靠性及灵活性。

4、车载终显示器弥补了LKJ显示器在列车模式下无法实现的功能，提供了列车模式下更加直观的车站图形显示及语言提示信息。

5、车载终端采用便携式设计，供电电压既能采用适配器供电也可采用电池供电，设备安装方便灵活。

附图说明

图1为现有系统的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统，该系统分别与TDCS/CTC子系统4和LKJ设备2连接，所述的防护系统包括调车中心子系统3、车载子系统和卫星定位基站5，所述的调车中心子系统3分别与TDCS/CTC子系统4、卫星定位基站5连接；所述的车载子系统包括车载终端101、卫星定位天线103和双4G通信天线102，所述的车载终端101分别与LKJ设备2、卫星定位天线103和双4G通信天线102连接；

所述的车载终端根据卫星定位虚拟应答器、机车的运行状态信息及TDCS/CTC系统发送的车次号、联锁码位信息来综合计算跟踪车列的位置，并通过双4G通信天线来实现车地间的无线通信，提供DMI实现与司机的人机交互，通过与LKJ设备接口最终实现对机车的制动控制的防护功能。

所述的调车中心子系统3包括通信服务器301以及分别与通信服务器301连接的卫星定位基站管理服务器302、STP接口服务器303、跟踪控制服务器304和4G通信服务器305，所述的卫星定位基站管理服务器302与卫星定位基站5连接，所述的STP接口服务器303与TDCS/CTC子系统4连接，所述的4G通信服务器305与车载终端101连接。

本车载终端主要创新点在于：

1)采用基于APN虚拟专网的双4G通信技术来取代原有数传电台实现车地间的数据通信，系统采用的4G通信模块既能支持移动、联通、电信多个运营厂商4G通信，也能支持GSM-R通信。车地通信协议采用满足EN50128要求的安全通信技术来保障车地数据通信的安全性和可靠性；单个通信模块故障不会影响整个系统的车地通信。

2)车载终端设计采用了控制主机与显示器融合的设计方案，同时整体设计满足便携式需求，车载终端显示器采用10寸屏设计，大大缩小的车载主机的尺寸，同时又能满足控制与人机交互的需求。

3)通过双路CAN接口连接LKJ的设备，与LKJ设备进行数据交互，实现对机车的安全防护控制。

4)接收跟踪控制服务器发送的进路信息、联锁码位信息及作业单信息等，并向LKJ发送当前机车进路信息实现机车的安全防护，并将这些信息转发给车载终端显示器，供车载DMI显示并实现人机交互。

5)车载终端显示器可实时显示调车模式及列车模式下的车站站场码位情况及机车进路状态、前方信号机名称及状态，并向司机动态播报当前车站名称及前方信号机名称状态等。

6)车载终端通过车地无线通道接收地面基站发送的卫星定位差分数据，并将自身的位置经纬度坐标发送给地面基站。

7)车载终端在接收到卫星定位差分信息后可实现高精度亚米级差分定位，并结合车站虚拟应答器数据实现机车的准确位置定位注册注销逻辑判断。

8)车载终端在根据虚拟应答器判断入网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、当前区段占用状态等信息以确保机车初始位置定位准确可靠。

9)车载终端在根据虚拟应答器判断退网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、车列所在进路及尾部区段是否包含该退网虚拟应答器所在区段，只有在该区段时才可判断注销。若当卫星定位失效后，车载终端应根据车列尾部所在位置是否越过虚拟应答器点来判断是否退网。

10)当机车在调车模式和列车模式间切换时，车载终端的DMI可以根据作业模式不同自动切换显示界面，以满足司机在不同模式下不同的需求。

11)本车载终端供电电源采用两种可变供电方式，既可以采用适配器DC74V/110V供电，也可采用电池供电。

12)车载终端上部有2根4G天线、1根卫星定位天线；中间显示屏大小为10寸，分辨率：1024*768；下部有7个按键，按键分别为：“解锁”，“功能”，“查询”，“向上”，“向下”，“确认”，“取消”。

车载终端外部线缆接口主要包括RS232打印机口、RS485接口及DC24V供电电源。

具体实施例：

1)系统跟踪控制服务器接收TDCS/CTC发送的车次信息及联锁码位信息跟踪发现XX车站有XXXX次车列进站且车站三接近区段占用，跟踪控制服务器完成对该车次机车的初始位置入网定位，并将对应的进路控制信息发送给车载终端；

2)跟踪控制服务器根据机车前方进路占用出清关系跟踪车列进入股道；

3)车载终端在收到跟踪控制服务器发送的本机车的进路控制信息和车站码位信息后向LKJ发送进路信息，并将码位信息和进路信息转发给车载终端显示器软件显示。

4)车载终端当进入XX车站控制范围内后，首先向跟踪控制服务器发送车站码位请求，跟踪控制服务器接收到请求后向该机车发送本站联锁码位，车载终端显示器可显示出该站的站场图及码位信息。

5)当车载终端判断压中虚拟应答器，且机车运行方向满足入网注册条件时，判断当前是否处于注册状态，如处于非注册入网状态应向跟踪控制服务器发送压中虚拟应答器入网申请，跟踪控制服务器接收到该信息后判断当前机车所在区段占用状态是否满足入网条件，若占用则可允许注册入网，并向该机车发送进路控制信息，否则发送退网信息。

6)车载终端在接收到跟踪控制服务器的进路控制信息后，向LKJ发送进路信息并转发给车载终端显示器，车载终端显示器软件通过图形显示及语音方式向司机发送进入监控状态提示和前方信号机名称及状态。

7)车载终端显示器还可以显示其他如调车作业单、限速曲线及速度表盘等。

8)机车进入车站股道后，办理调车进路，跟踪控制服务器根据进路状态跟踪车列，车载终端根据接收到的进路控制信息向LKJ发送进路信息实现机车控制，并将司机操作信息、机车运行状态信息转发给跟踪控制服务器和车载终端显示器软件。

9)当机车超速或者靠近关闭信号时，车载终端显示器可向司机发送预警提示信息，并通过LKJ实现机车的制动防护；

本发明已经被应用于卡斯柯信号有限公司，在平煤矿业集团铁路进行功能验证和工程实施，证明完全能满足非固定调机的调车安全防护需要，具备良好可实施性和经济效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统，该系统分别与TDCS/CTC子系统和LKJ设备连接，所述的防护系统包括调车中心子系统、车载子系统和卫星定位基站，所述的调车中心子系统分别与TDCS/CTC子系统、卫星定位基站连接；其特征在于，所述的车载子系统包括车载终端、卫星定位天线和双4G通信天线，所述的车载终端分别与LKJ设备、卫星定位天线和双4G通信天线连接；

所述的车载终端根据卫星定位虚拟应答器、机车的运行状态信息及TDCS/CTC系统发送的车次号、联锁码位信息来综合计算跟踪车列的位置，并通过双4G通信天线来实现车地间的无线通信，提供DMI实现与司机的人机交互，通过与LKJ设备接口最终实现对机车的制动控制的防护功能；

所述的车载终端包括一体设计的控制主机和显示屏DMI，其中显示屏采用10寸屏；

所述的控制主机通过双路CAN接口与LKJ设备连接，与LKJ设备进行数据交互，实现对机车的安全防护控制；

所述的控制主机接收地面设备发送的进路信息、联锁码位信息及作业单信息，并向LKJ设备发送当前机车进路信息实现机车的安全防护，并将这些信息转发给显示屏，供车载DMI显示并实现人机交互；

所述的控制主机通过车地无线通道接收地面基站发送的卫星定位差分数据，并将自身的位置经纬度坐标发送给地面基站；

所述的控制主机在接收到卫星定位差分信息后可实现高精度亚米级差分定位，并结合车站虚拟应答器数据实现机车的准确位置定位注册注销逻辑判断；

所述的控制主机在根据虚拟应答器判断入网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、当前区段占用状态信息以确保机车初始位置定位准确可靠；

所述的控制主机在根据虚拟应答器判断退网时需综合考虑当前机车运行手柄状态、运行方向、车列所在进路及尾部区段是否包含该虚拟应答器所在区段，只有机车在该虚拟应答器所在区段时才可判断注销；若当卫星定位失效后，控制主机应根据车列尾部所在位置是否越过虚拟应答器点来判断是否退网。

2.根据权利要求1所述的一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统，其特征在于，所述的显示屏DMI实时显示调车模式及列车模式下的车站站场码位情况及机车进路状态、前方信号机名称及状态，并向司机动态播报当前车站名称及前方信号机名称状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统，其特征在于，所述的调车中心子系统包括通信服务器以及分别与通信服务器连接的卫星定位基站管理服务器、STP接口服务器、跟踪控制服务器和4G通信服务器，所述的卫星定位基站管理服务器与卫星定位基站连接，所述的STP接口服务器与TDCS/CTC子系统连接，所述的4G通信服务器与车载终端连接。

4.一种采用权利要求1所述的基于车载终端的非固定调车机调车安全防护系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)跟踪控制服务器接收TDCS/CTC车次信息及联锁码位信息跟踪判断是否有新的机车进站，并根据车次号信息结合车站三接近占用情况判断该机车是否满足入网注册条件，并向该机车的车载终端发送进路控制信息；

2)车载终端接收到跟踪控制服务器发送的进路控制信息后，结合当前机车手柄及运行方向判断是否接受当前进路控制信息，若满足则向跟踪控制服务器发送控制回执，并向LKJ设备发送当前进路信息，由LKJ设备实现最终控车；

3)车载终端接收到卫星定位基站发送的实时机车经纬度信息，结合车站区间的虚拟应答器数据及该虚拟应答器所在区段的占用出清状态对机车进行初始位置注册逻辑判断；若机车运行方向满足入网条件则向跟踪控制服务器发送申请入网；

4)车载终端根据接收到的经纬度坐标及车站中心点坐标来判断机车是否进入某车站控制范围，并向车载终端显示屏DMI发送该站站号、联锁码位信息及前方进路机及信号机数据，车载终端显示屏DMI根据收到的信息实时显示进入车站站场图及前方进路及信号机名称、状态信息，并通过语言提示前方信号机状态信息。