一種列車頭尾定位冗餘系統及方法與流程
2023-05-10 11:28:41 5
本發明實施例涉及軌道交通技術領域，具體涉及一種列車頭尾定位冗餘系統及方法。
背景技術：
隨著軌道交通的迅捷發展，軌道交通系統經歷了從人工駕駛到半自動駕駛再到全自動駕駛的轉變，軌道交通系統的安全性和自動化程度也得到了不斷提高。
伴隨著全自動駕駛系統的不斷推廣應用，具有全自動駕駛系統功能的列車將會逐漸成為軌道交通行業的主流。具有全自動駕駛的信號系統，應當具備高度的自動化，集成化，效率化。目前傳統的列車定位系統依賴於車頭接收應答器信息來完成定位，並在運行過程中通過不斷的接收新的應答器信息來完成位置更新和校正。但是，在全自動駕駛系統中，傳統的列車定位功能已經無法滿足新的需求。
在實現本發明實施例的過程中，發明人發現現有的全自動駕駛系統中列車定位依賴於車頭接收應答器信息來完成定位，無法滿足自動駕駛系統自動、高效、穩定的運行要求。
技術實現要素：
由於現有的全自動駕駛系統中列車定位依賴於車頭接收應答器信息來完成定位，無法滿足自動駕駛系統自動、高效、穩定的運行要求的問題，本發明實施例提出一種列車頭尾定位冗餘系統及方法。
第一方面，本發明實施例提出一種列車頭尾定位冗餘系統，包括：車頭定位子系統、車尾定位子系統、第一應答器和第二應答器；
所述車頭定位子系統用於接收所述第一應答器發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至所述車尾定位子系統，接收所述車尾定位子系統發送的第二應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息；
所述車尾定位子系統用於接收所述第二應答器發送的第二應答信息，並將所述第二應答信息發送至所述車頭定位子系統，接收所述車頭定位子系統發送的第一應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息；
所述第一應答器用於當車頭經過時將所述第一應答信息發送至所述車頭定位子系統；
所述第二應答器用於當車尾經過時將所述第二應答信息發送至所述車尾定位子系統；
其中，所述位置順序根據所述第一應答信息和所述第二應答信息處理得到。
優選地，所述車頭定位子系統包括：車頭應答器傳輸單元和車頭信號子系統；
所述車頭應答器傳輸單元設於列車頭部，用於接收所述第一應答器發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至所述車頭信號子系統；
所述車頭信號子系統用於將所述第一應答信息發送給所述車尾定位子系統，接收所述車尾定位子系統發送的所述第二應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息。
優選地，所述車尾定位子系統包括：車尾應答器傳輸單元和車尾信號子系統；
所述車尾應答器傳輸單元設於列車尾部，用於接收所述第二應答器發送的所述第二應答信息，並將所述第二應答信息發送至所述車尾信號子系統；
所述車尾信號子系統用於將所述第二應答信息發送給所述車頭信號子系統，接收所述車頭信號子系統發送的所述第一應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息。
優選地，所述系統還包括：頭尾通信線纜；
所述頭尾通信線纜用於連接所述車頭信號子系統和所述車尾信號子系統，並將所述第一應答信息從所述車頭信號子系統傳輸至所述車尾信號子系統，將所述第二應答信息從所述車尾信號子系統傳輸至所述車頭信號子系統。
第二方面，本發明實施例還提出一種列車頭尾定位冗餘方法，包括：
當車頭經過第一應答器時，車頭定位子系統接收所述第一應答器發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至車尾定位子系統；
所述車尾定位子系統接收所述第一應答信息，當車尾經過第二應答器時接收所述第二應答器發送的第二應答信息，根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息，並將所述第二應答信息發送至所述車頭定位子系統；
所述車頭定位子系統接收所述第二應答信息，並根據所述位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息；
其中，所述位置順序根據所述第一應答信息和所述第二應答信息處理得到。
優選地，所述方法還包括：
根據所述第一位置信息對車頭位置進行更新和校正；
根據所述第二位置信息對車尾位置進行更新和校正。
優選地，所述方法還包括：
所述車頭定位子系統接收所述車尾定位子系統發送的第二位置信息；
若判斷獲知所述車頭定位子系統未處理得到所述第一位置信息，則根據所述第二位置信息對車頭位置進行更新和校正。
優選地，所述方法還包括：
所述車頭定位子系統若判斷獲知車頭應答器傳輸單元發生故障，則根據所述第二位置信息對車頭位置進行更新和校正；
其中，所述車頭定位子系統包括車頭應答器傳輸單元。
優選地，所述方法還包括：
計算所述第一位置信息和所述第二位置信息的差值，若所述差值小於閾值，則確定所述第二位置信息有效。
優選地，所述方法還包括：
所述車頭定位子系統若根據進路信息判斷獲知所述進路信息中包含道岔信息，則根據所述第一位置信息和所述第二位置信息判斷列車位置；
若所述列車位置為車頭已經過道岔且車尾未經過道岔，則計算虛擬測距誤差，並將所述虛擬測距誤差發送至地面信號系統；
其中，所述虛擬測距誤差根據頭尾通信線纜傳輸的最大延遲時間和列車的最大減速度確定；所述頭尾通信線纜為連接所述車頭定位子系統和所述車尾定位子系統的線纜。
由上述技術方案可知，本發明實施例通過設置車尾定位子系統與車頭定位子系統形成相互獨立計算的冗餘定位系統，當車頭定位子系統出現故障時，依然能夠依靠車尾定位子系統接收應答器信息，並接替車頭的定位功能，以確保列車正常工作，滿足自動駕駛系統自動、高效、穩定的運行要求。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一實施例提供的一種列車頭尾定位冗餘系統的結構示意圖；
圖2是本發明一實施例提供的一種列車在全自動駕駛車輛段自動定位的流程示意圖；
圖3為本發明一實施例提供的一種列車頭尾定位冗餘方法的流程示意圖；
圖4是本發明一實施例提供的一種列車在全自動駕駛過程中頭尾位置冗餘切換的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
圖1示出了本實施例提供的一種列車頭尾定位冗餘系統的結構示意圖，包括：車頭定位子系統101、車尾定位子系統102、第一應答器103和第二應答器104。
所述車頭定位子系統101用於接收所述第一應答器103發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至所述車尾定位子系統102，接收所述車尾定位子系統102發送的第二應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息。
所述車尾定位子系統102用於接收所述第二應答器104發送的第二應答信息，並將所述第二應答信息發送至所述車頭定位子系統101，接收所述車頭定位子系統101發送的第一應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息。
所述第一應答器103用於當車頭經過時將所述第一應答信息發送至所述車頭定位子系統。
所述第二應答器104用於當車尾經過時將所述第二應答信息發送至所述車尾定位子系統。
其中，所述位置順序根據所述第一應答信息和所述第二應答信息處理得到。
所述第一應答信息為所述第一應答器103向所述車頭定位子系統101發送的應答信息。
所述第二應答信息為所述第二應答器104向所述車尾定位子系統102發送的應答信息。
所述第一位置信息為所述車頭定位子系統101計算得到的列車車頭的位置信息。
所述第二位置信息為所述車尾定位子系統102計算得到的列車車尾的位置信息。
所述第一應答器103和第二應答器104間隔設置於軌道下方。
所述第一應答器103和第二應答器104可以採用擴展型無源應答器，該應答器的長度比普通的無源應答器要長，並且能夠周期性地向信號系統發送信息。當列車通過時，其車頭和車尾的天線與底部安裝的應答器能夠通信，周期性地接收到應答器的信息。
如圖1所示，當列車在自動運行到指定停車點停車後，車頭和車尾的兩個應答器正好處於天線的下方。車頭定位子系統101和車尾定位子系統102分別能夠接收到頭尾的所述第一應答器103和第二應答器104發送的應答信息，從而完成頭尾的自動定位功能。
本實施例通過設置車尾定位子系統與車頭定位子系統形成相互獨立計算的冗餘定位系統，當車頭定位子系統出現故障時，依然能夠依靠車尾定位子系統接收應答器信息，並接替車頭的定位功能，以確保列車正常工作，滿足自動駕駛系統自動、高效、穩定的運行要求。
進一步地，在上述裝置實施例的基礎上，所述車頭定位子系統101包括：車頭應答器傳輸單元和車頭信號子系統。
所述車頭應答器傳輸單元設於列車頭部，用於接收所述第一應答器發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至所述車頭信號子系統。
所述車頭信號子系統用於將所述第一應答信息發送給所述車尾定位子系統102，接收所述車尾定位子系統102發送的所述第二應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息。
通過車頭應答器傳輸單元接收和發送信息，少了處理功能，使得車頭應答器傳輸單元外形簡便，便於設置車頭應答器傳輸單元的位置；通過採用單獨的車頭信號子系統處理信息，能夠簡化處理過程，提高處理速度。
進一步地，在上述裝置實施例的基礎上，所述車尾定位子系統102包括：車尾應答器傳輸單元和車尾信號子系統。
所述車尾應答器傳輸單元設於列車尾部，用於接收所述第二應答器發送的所述第二應答信息，並將所述第二應答信息發送至所述車尾信號子系統。
所述車尾信號子系統用於將所述第二應答信息發送給所述車頭信號子系統，接收所述車頭信號子系統發送的所述第一應答信息，並根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息。
具體地，如圖2所示為列車在全自動駕駛車輛段自動定位的流程示意圖。車頭和車尾的應答器傳輸單元(簡稱BTM)能夠周期性地接收到應答器的信息，並發送給車頭和車尾的信號系統；車頭信號子系統接收的第一應答信息周期性地發送給車尾信號子系統，同理，車尾信號子系統接收的第二應答信息周期性地發送給車頭信號子系統，完成應答器信息的交換；車頭和車尾的信號子系統在得到兩個應答器的信息後，根據事先存儲的線路應答器的布置順序，完成列車的初始定位，從而獲得列車的位置信息。
由於車頭和車尾接收的兩個應答器的順序相反：車頭定位子系統101在運行過程中先經過第二應答器104並接收到第二應答器104發送的應答信息，然後經過第一應答器103並接收到第一應答器103發送的應答信息；車尾定位子系統102在運行過程中先接收到車頭定位子系統101發送的第一應答器103的應答信息，然後經過第二應答器104並接收到第二應答器104發送的應答信息。因此，車頭和車尾列車獲得的位置的方向也相反。為了避免這種情況，在檢測到有一端的駕駛室激活的情況下，本端的位置的方向保持不變，另一端的位置的方向進行調整，以保持車頭和車尾的位置的方向一致。
通過車尾應答器傳輸單元接收和發送信息，少了處理功能，使得車尾應答器傳輸單元外形簡便，便於設置車尾應答器傳輸單元的位置；通過採用單獨的車尾信號子系統處理信息，能夠簡化處理過程，提高處理速度。
進一步地，在上述裝置實施例的基礎上，所述系統還包括：頭尾通信線纜。
所述頭尾通信線纜用於連接所述車頭信號子系統和所述車尾信號子系統，並將所述第一應答信息從所述車頭信號子系統傳輸至所述車尾信號子系統，將所述第二應答信息從所述車尾信號子系統傳輸至所述車頭信號子系統。
通過採用專用的頭尾通信線纜連接車頭信號子系統和車尾信號子系統，並進行信息傳輸，能夠加快信息傳輸，同時保證信息傳輸的安全性。
圖3示出了本實施例提供的一種列車頭尾定位冗餘方法的流程示意圖，包括：
S301、當車頭經過第一應答器時，車頭定位子系統接收所述第一應答器發送的第一應答信息，並將所述第一應答信息發送至車尾定位子系統。
S302、所述車尾定位子系統接收所述第一應答信息，當車尾經過第二應答器時接收所述第二應答器發送的第二應答信息，根據所述第一應答器和所述第二應答器的位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第二位置信息，並將所述第二應答信息發送至所述車頭定位子系統。
S303、所述車頭定位子系統接收所述第二應答信息，並根據所述位置順序、所述第一應答信息和所述第二應答信息，處理得到列車的第一位置信息。
其中，所述位置順序根據所述第一應答信息和所述第二應答信息處理得到。
本實施例通過設置車尾定位子系統與車頭定位子系統形成相互獨立計算的冗餘定位系統，當車頭定位子系統出現故障時，依然能夠依靠車尾定位子系統接收應答器信息，並接替車頭的定位功能，以確保列車正常工作，滿足自動駕駛系統自動、高效、穩定的運行要求。
進一步地，在上述方法實施例的基礎上，所述方法還包括：
S304、根據所述第一位置信息對車頭位置進行更新和校正。
S305、根據所述第二位置信息對車尾位置進行更新和校正。
具體地，列車車尾進行位置更新和校正的前提是依靠車頭傳遞的前方的進路信息來實現的。在特殊情況下，即當列車車頭判斷車尾的位置已經出清道岔時，車頭會向地面設備更新移動授權狀態，地面會以為列車已經整體出清道岔，移動授權中不再包含已經出清的道岔信息。然而，由於列車車尾判斷的車尾位置與列車車頭判斷的車尾位置會有誤差，當列車接收的移動授權中車尾所處的道岔已經出清時，如果此時列車車尾判斷的車尾位置還未出清道岔，就會發生車尾無法更新列車位置的情況，從而使得車尾的位置無效，進而導致全自動駕駛系統中的頭尾冗餘定位功能失效。為了避免出現上述情況，提出以下解決方案：
A1、車頭根據進路信息查詢是否包含道岔信息，如果不包含道岔信息，則匯報給地面信號系統的測距誤差使用真實值。
A2、如果包含道岔信息，查詢車頭的列車位置是否已經經過該道岔。如果車頭的列車位置已經經過該道岔，但車尾的列車位置仍未經過該道岔時，匯報給地面信號系統的測距誤差增加為虛擬測距誤差，以確保該道岔的進路信息不會被更新。
A3、當車尾的列車位置經過道岔時，匯報給地面信號系統的測距誤差使用真實值。
虛擬測距誤差D根據頭尾通信線纜傳輸的最大延遲時間t和列車的最大減速度a確定，即D＝1/2*a*t2。
進一步地，在上述方法實施例的基礎上，所述方法還包括：
S306、所述車頭定位子系統接收所述車尾定位子系統發送的第二位置信息。
S307、若判斷獲知所述車頭定位子系統未處理得到所述第一位置信息，則根據所述第二位置信息對車頭位置進行更新和校正。
具體地，車頭和車尾分別獨立計算位置信息，並通過車頭和車尾的通信線纜進行信息的傳輸。在人工駕駛升級為全自動駕駛的過程中，當車尾優先於車頭完成初始定位時，可使用車尾的位置信息提前完成列車的初始定位，從而提高了列車的運行效率。一般來說，在人工駕駛升級為全自動駕駛的過程中，車尾可以比車頭優先一個物理區段完成定位。
進一步地，在上述方法實施例的基礎上，所述方法還包括：
所述車頭定位子系統若判斷獲知車頭應答器傳輸單元發生故障，則根據所述第二位置信息對車頭位置進行更新和校正。
其中，所述車頭定位子系統包括車頭應答器傳輸單元。
如圖4為列車在全自動駕駛運行過程中根據車頭和車尾的位置進行冗餘切換的過程示意圖。在車頭位置有效的情況下，車尾的位置只用於監控，不用於控車；當車頭的位置無效的情況下，如果車尾的位置有效，則使用車尾的位置作為當前位置。當車頭位置重新有效時，則再次使用車頭位置作為當前位置。
通過判斷車頭應答器傳輸單元發生故障，根據所述第二位置信息對車頭位置進行更新和校正，能夠確保列車不會丟失位置觸發緊急制動停車。
進一步地，在上述方法實施例的基礎上，所述方法還包括：
S308、計算所述第一位置信息和所述第二位置信息的差值，若所述差值小於閾值，則確定所述第二位置信息有效。
通過判斷位置信息是否有效，能夠保證位置信息的準確性。
具體地，列車在全自動駕駛過程中，為了防止車頭的BTM故障或BTM天線故障導致車頭位置丟失引起的列車緊急制動，從而無法保證繼續全自動駕駛的問題，設計出全自動駕駛運行過程中的頭尾冗餘定位方案，具體如下：
B1、全自動駕駛過程中列車車頭根據接收的進路信息，結合接收的應答器信息完成列車車頭位置的更新和校正。
B2、列車車頭將進路信息通過頭尾通信線纜將進路信息發送給車尾，車尾根據進路信息，結合接收的應答器信息完成列車車尾位置的更新和校正。
B3、列車車尾將自身的位置信息通過頭尾通信線纜發送給車頭。
B4、列車車頭接收到車尾的位置信息後，綜合列車的運行方向、當前的速度信息和頭尾通信線纜傳輸的延遲時間，計算出更新後的車尾位置。
B5、列車車頭位置和更新後的車尾位置進行比較，如果差值在可容忍的門限內，則認為車尾的位置信息有效。
B6、列車車頭位置由於BTM故障或BTM天線故障等原因導致車頭位置丟失時，如果車尾的位置有效，則立即使用更新後的車尾位置，作為列車的當前位置，否則不使用列車的車尾位置。
B7、列車在使用車尾位置的過程中，當車頭的位置重新有效時，立即使用車頭的位置，作為列車的當前位置。
本實施例能夠很好的解決全自動駕駛系統從全自動駕駛車輛段自動定位、自動運行，在車頭位置丟失後使用車尾的備用位置，最大化增加利用系統的位置冗餘性能，確保列車維持全自動駕駛運行，並能夠實現車頭位置和車尾位置的自動切換，提高了全自動駕駛運行的效率。
作為本實施例的擴展方案，在擴增少量設備的基礎上，可以覆蓋列車站間追蹤、列車運行調整、屏蔽門聯動等主流需求，適應國內分段建設、分段開通的主流地鐵建設方式，並滿足用戶對系統自動化和運營效率日益增長的需求。
舉例來說，本實施例提供的方法在即將開通的北京地鐵燕房線的列車全自動駕駛系統的工程化期間，經理論驗證和實際測試，在保證安全防護的前提下，可實現全自動駕駛系統上電後自動完成列車定位升級，出庫運行，並在車頭位置丟失的情況下使用車尾位置，提高了系統的可用性，提高了運營效率，並在一定程度上解放了勞動力，減少了運營成本。
以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性的勞動的情況下，即可以理解並實施。
通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可藉助軟體加必需的通用硬體平臺的方式來實現，當然也可以通過硬體。基於這樣的理解，上述技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在計算機可讀存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。